KR20220131546A - 에너지 회생 기능을 지니는 차량용 배전 회로 - Google Patents

에너지 회생 기능을 지니는 차량용 배전 회로 Download PDF

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KR20220131546A
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batteries
bus
circuit
battery
motor
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KR1020227030557A
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제프리 앨런 롱
마이클 존 버거트
Original Assignee
위스크 에어로 엘엘씨
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Abstract

전동식 차량은 DC 버스 및 복수 개의 배터리들을 포함하며, 각각의 배터리는 상기 DC 버스에 병렬로 연결된다. 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리와 상기 DC 버스 사이에는 적어도 하나의 스위치가 직렬로 연결되고 상기 DC 버스에는 복수 개의 인버터 회로 각각이 병렬로 연결된다. 상기 복수 개의 인버터 회로들의 대응하는 인버터 회로에는 복수 개의 모터들 각각이 연결된다. 다양한 실시 예에서, 상기 전동식 차량은 복수 개의 스위치들을 더 포함하고, 상기 복수 개의 스위치들의 각각의 스위치는 상기 복수 개의 배터리들의 대응하는 배터리 사이에 직렬로 연결된다.

Description

에너지 회생 기능을 지니는 차량용 배전 회로
다른 출원들에 대한 상호 참조
본원은 발명의 명칭이 "에너지 회생 기능을 지니는 차량용 배전 회로(POWER DISTRIBUTION CIRCUITS FOR VEHICLES WITH ENERGY REGENERATION)"로 2020년 2월 3일자에 출원된 미국 임시특허출원 제62/969,232호를 기초로 우선권을 주장한 것이며, 상기 미국 임시특허출원 전체는 이로써 모든 목적을 위해 인용에 의해 보완된다.
본원은 다음과 같은 동시에 출원되어 공동 양도된 미국 정식특허출원들, 즉 발명의 명칭이 "DC/DC 컨버터를 포함하는 중복 배전 회로(REDUNDANT POWER DISTRIBUTION CIRCUITS INCLUDING DC/DC CONVERTERS)"로 2021년 2월 2일자 출원된 미국 정식특허출원 제17/165,565호, 및 발명의 명칭이 "전기 차량용 중복 배전 회로(REDUNDANT POWER DISTRIBUTION CIRCUITS FOR ELECTRIC VEHICLES)"로 2021년 2월 2일에 출원된 미국 정식특허출원 제17/165,742호에 관련된 것이며, 상기 미국 정식특허출원들 전체는 이로써 모든 목적을 위해 인용에 의해 보완된다.
기술분야
기재되어 있는 실시 예들은 일반적으로 충전식 전기 차량용 전기 회로에 관한 것이다. 더 구체적으로 말하면, 본 실시 예들은 전동식 차량 내 배터리의 회생 충전을 가능하게 하는 배전 회로에 관한 것이다.
현재에는 추진용으로 사용되는 에너지를 저장하기 위해 다수의 배터리를 채용하는 다양한 여러 전동식 차량이 있다. 배터리를 고장 이벤트(failure event)로부터 보호하면서 배터리의 회생 충전(regenerative charging)을 가능하게 하는 신규한 전기 회로가 필요하다.
일부 실시 예들에서 전동식 차량은 DC 버스 및 복수 개의 배터리들을 포함하고, 각각의 배터리는 상기 DC 버스에 병렬로 연결된다. 상기 DC 버스와 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리 사이에는 적어도 하나의 스위치가 직렬로 연결되고, 상기 DC 버스에는 복수 개의 인버터 회로들 각각이 병렬로 연결된다. 상기 복수 개의 인버터 회로들의 대응하는 인버터 회로에는 복수 개의 모터들 각각이 연결된다. 다양한 실시 예에서, 상기 전동식 차량은 복수 개의 스위치들을 더 포함하고, 각각의 스위치는 상기 복수 개의 배터리들의 대응하는 배터리 사이에 직렬로 연결된다.
일부 실시 예들에서, 상기 전동식 차량은 상기 복수 개의 배터리들의 각각의 배터리와 직렬로 연결되고 전류가 상기 복수 개의 배터리들의 각각의 대응하는 배터리로부터 상기 DC 버스로 일 방향으로 흐를 수 있게 하도록 구성된 회로를 포함한다. 다양한 실시 예에서 상기 회로는 적어도 하나의 다이오드를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 상기 복수 개의 스위치들의 각각의 스위치는 상기 복수 개의 배터리들의 각각의 대응하는 배터리와 직렬로 연결된 회로를 바이패스하도록 구성된다. 다양한 실시 예에서, 상기 전동식 차량은 상기 복수 개의 배터리들 중 고장이 난 배터리를 검출하고 그에 응답하여 상기 고장이 난 배터리를 상기 DC 버스와 전기적으로 분리시키도록 상기 복수 개의 스위치들의 대응하는 스위치를 개방하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함한다.
일부 실시 예들에서, 상기 전동식 차량은 회생 이벤트를 검출하고 그에 응답하여 상기 DC 버스로부터 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리로 전력을 전달하기 위해 상기 적어도 하나의 스위치를 폐쇄하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함한다. 다양한 실시 예에서, 상기 복수 개의 인버터 회로들 각각은 상기 복수 개의 모터들 중 하나 이상을 구동하는 데 사용되는 다상 AC 출력을 생성하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 상기 복수 개의 인버터 회로들 각각은 3상 출력을 생성하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 상기 복수 개의 인버터 회로들 각각에 의해 생성된 3상 출력은 0 내지 3KHz 주파수에서 0 내지 400볼트 AC로 동작한다. 다양한 실시 예에서, 상기 복수 개의 모터들 각각은 대응하는 프로펠러에 연결된다.
일부 실시 예들에서 상기 복수 개의 모터들 각각은 영구 자석 타입의 동기식 AC 모터이다. 다양한 실시 예에서, 상기 복수 개의 모터들은 적어도 12개의 모터를 포함한다.
일부 실시 예들에서, 회로는 복수 개의 배터리들 및 복수 개의 인버터들을 포함하며, 각각의 인버터는 상기 복수 개의 배터리들의 대응하는 배터리에 연결되고 복수 개의 입력 위상들을 생성하도록 구성된다. 각각의 상간 변압기가 상기 복수 개의 입력 위상들 중 하나 이상을 수신하는 복수 개의 상간 변압기들은 결합된 단일 구동 위상을 생성한다. 모터는 상기 복수 개의 상간 변압기들 각각으로부터 상기 결합된 단일 구동 위상을 수신하도록 구성된다. 다양한 실시 예에서, 상기 복수 개의 상간 변압기들의 적어도 하나의 상간 변압기는 상기 복수 개의 인버터들 각각으로부터 입력 위상을 수신한다.
일부 실시 예들에서 상기 복수 개의 상간 변압기들 각각은 상기 복수 개의 인버터들 각각으로부터 입력 위상을 수신한다. 다양한 실시 예에서, 상기 복수 개의 상간 변압기들 각각은 상기 복수 개의 입력 위상들 각각을 서로 전기적으로 분리시킨다. 일부 실시 예들에서 상기 회로는 상기 모터의 속도 및 전력을 제어하기 위해 상기 인버터들 중 적어도 하나의 동작을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함한다. 다양한 실시 예에서, 상기 컨트롤러는 상기 복수 개의 배터리들 중 고장이 난 배터리를 검출하고 그에 응답하여 상기 고장이 난 배터리에 연결된 상기 복수 개의 인버터들의 대응하는 인버터를 디스에이블(disable)하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서 상기 복수 개의 인버터들 중 하나 이상은 상기 모터가 회생 이벤트 동안 전력을 생성할 때 상기 복수 개의 배터리들 중 하나 이상을 충전하도록 구성된다. 다양한 실시 예에서 상기 모터는 영구 자석 타입의 동기식 AC 모터이다. 일부 실시 예들에서 상기 모터는 전동식 차량을 추진한다. 일부 실시 예들에서 상기 모터는 프로펠러에 연결된다.
일부 실시 예들에서, 전동식 차량은 복수 개의 배터리들 및 복수 개의 인버터들을 포함하고, 각각의 인버터는 상기 복수 개의 배터리들의 대응하는 배터리에 연결되고 복수 개의 위상들을 생성하도록 구성된다. 모터는 상기 복수 개의 인버터들 각각으로부터 상기 복수 개의 위상들 각각을 수신하도록 구성된다. 다양한 실시 예에서, 상기 복수 개의 인버터들의 각각의 인버터는 3개의 위상을 생성하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서, 상기 전동식 차량은 고장이 난 배터리를 검출하고 그에 응답하여 상기 고장이 난 배터리에 연결된 상기 복수 개의 인버터들의 대응하는 인버터를 디스에이블하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함한다.
일부 실시 예들에서, 상기 컨트롤러는 감소된 개수의 위상들로 상기 모터를 계속 동작시키도록 상기 복수 개의 인버터들의 나머지 인버터들을 제어하도록 구성된다. 다양한 실시 예에서, 상기 복수 개의 인버터들 중 하나 이상은 상기 모터가 회생 이벤트 동안 전력을 생성할 경우 상기 복수 개의 배터리들 중 하나 이상에 전력을 전송하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서 상기 모터는 프로펠러에 연결된다. 다양한 실시 예에서 상기 모터는 영구 자석 타입의 동기식 AC 모터이다. 일부 실시 예들에서 상기 전동식 차량은 적어도 12개의 모터를 포함한다.
일부 실시 예들에서 회로는 복수 개의 배터리들 및 복수 개의 DC-DC 컨버터들을 포함하고, 각각의 DC-DC 컨버터는 상기 복수 개의 배터리들의 대응하는 배터리에 연결된다. 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들 각각에는 DC 버스가 병렬로 연결되고, 상기 DC 버스에는 복수 개의 인버터 회로들 각각이 병렬로 연결된다. 상기 복수 개의 인버터 회로들의 대응하는 인버터 회로에는 복수 개의 모터들 각각이 연결된다. 다양한 실시 예에서, 상기 회로는 상기 DC 버스의 전압 및 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리의 전압을 모니터링하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함한다. 일부 실시 예들에서 상기 컨트롤러는 상기 DC 버스의 전압과 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리의 전압 간 비교에 기초하여 상기 DC 버스로부터 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리로 전력을 전송할 것을 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들 중 적어도 하나의 DC-DC 컨버터에게 명령하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서 상기 컨트롤러는 상기 복수 개의 모터들 중 적어도 하나의 모터가 회생 이벤트 동안 전력을 생성함에 응답하여 상기 DC 버스로부터 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리로 전력을 전송할 것을 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들 중 적어도 하나의 DC-DC 컨버터에게 명령하도록 구성된다. 다양한 실시 예에서, 상기 컨트롤러는 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리의 고장을 검출하고 그에 응답하여 상기 복수 개의 배터리들 중 고장이 난 하나 이상의 배터리들에 연결된 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들 중 하나 이상의 대응하는 DC-DC 컨버터들에게 상기 DC 버스와 상기 하나 이상의 고장이 난 배터리들을 분리할 것을 명령하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들 각각은 상기 DC 버스의 전압을 모니터링하고 상기 DC 버스의 전압이 임계 전압보다 클 경우 상기 DC 버스로부터 대응하는 배터리에 전력을 전송하도록 구성된 제어 회로를 포함하며, 상기 임계 전압은 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리의 전압에 기초하여 이루어진다. 다양한 실시 예에서 상기 제어 회로는 상기 복수 개의 모터들 중 적어도 하나의 모터가 회생 이벤트 동안 전력을 생성할 경우 상기 DC 버스로부터 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리로 전력을 전달하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서 상기 제어 회로는 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리의 고장을 검출하고 그에 응답하여 상기 복수 개의 배터리들 중 하나 이상의 고장이 난 배터리들에 연결된 상기 하나 이상의 대응하는 DC-DC 컨버터들에게 상기 DC 버스와 상기 하나 이상의 고장이 난 배터리들을 분리할 것을 명령하도록 구성된다. 다양한 실시 예에서 상기 복수 개의 모터들 각각은 AC 모터이다. 일부 실시 예들에서 상기 복수 개의 모터들은 전동식 차량을 추진한다. 일부 실시 예들에서 상기 복수 개의 모터들 각각은 대응하는 프로펠러에 연결된다.
일부 실시 예들에서 전동식 차량은 복수 개의 배터리들 및 복수 개의 DC-DC 컨버터들을 포함하고, 각각의 DC-DC 컨버터는 상기 복수 개의 배터리들의 대응하는 배터리에 연결되고 공통 DC 버스에 연결되는 DC 전력을 생성하도록 구성된다. 상기 공통 DC 버스에는 복수 개의 인버터 회로들이 연결되고, 상기 복수 개의 인버터 회로들의 대응하는 인버터 회로에는 복수 개의 전기 모터들 각각이 연결되며, 상기 복수 개의 전기 모터들의 각각의 모터는 상기 차량을 추진한다.
일부 실시 예들에서 상기 전동식 차량은 상기 공통 DC 버스의 전압 및 상기 복수 개의 배터리들의 각각의 배터리의 전압을 모니터링하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함한다. 다양한 실시 예에서, 상기 공통 DC 버스의 전압이 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리의 전압보다 클 경우 상기 컨트롤러는 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들 중 적어도 하나의 DC-DC 컨버터에게 상기 공통 DC 버스로부터 상기 복수 개의 배터리들의 대응하는 배터리로 전력을 전송할 것을 명령한다. 일부 실시 예들에서 상기 복수 개의 배터리들 중 한 배터리의 고장을 검출함에 응답하여 상기 컨트롤러는 상기 고장이 난 배터리에 연결된 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들의 대응하는 DC-DC 컨버터에게 상기 공통 DC와 상기 고장이 난 배터리를 분리할 것을 명령한다.
일부 실시 예들에서 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들의 각각의 DC-DC 컨버터는 상기 공통 DC 버스의 전압을 모니터링하고 상기 공통 DC 버스의 전압이 임계 전압보다 클 경우 상기 공통 DC 버스로부터 대응하는 배터리로 전력을 전달하도록 구성된 제어 회로를 포함한다. 다양한 실시 예에서 상기 복수 개의 배터리들 중 한 배터리의 고장을 검출함에 응답하여 상기 제어 회로는 상기 고장이 난 배터리에 연결된 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들의 대응하는 DC-DC 컨버터에게 상기 DC 버스와 상기 고장이 난 배터리를 분리할 것을 명령한다. 일부 실시 예들에서 상기 복수 개의 전기 모터들 각각은 AC 모터이다. 다양한 실시 예에서 상기 복수 개의 전기 모터들 각각은 대응하는 프로펠러에 연결된다.
일부 실시 예들에서, 회로는 제1 DC-DC 컨버터에 연결된 제1 배터리 및 제2 DC-DC 컨버터에 연결된 제2 배터리를 포함한다. 상기 제1 DC-DC 컨버터 및 상기 제2 DC-DC 컨버터에는 DC 버스가 병렬로 연결된다. 상기 DC 버스에는 제1 인버터가 연결되고 상기 DC 버스에는 제2 인버터가 연결된다. 상기 제1 인버터에는 제1 모터가 연결되고 상기 제2 인버터에는 제2 모터가 연결된다. 다양한 실시 예에서, 상기 제1 인버터 및 상기 제2 인버터는 상기 DC 버스에 병렬로 연결된다.
일부 실시 예들에서 상기 회로는 상기 DC 버스의 전압, 상기 제1 배터리의 전압 및 상기 제2 배터리의 전압을 모니터링하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함한다. 다양한 실시 예에서, 상기 DC 버스의 전압이 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리 중 적어도 하나의 전압보다 큼에 응답하여, 상기 컨트롤러는 상기 제1 DC-DC 컨버터에게 상기 DC 버스로부터 상기 제1 배터리로 전력을 전송할 것을 명령한다. 일부 실시 예들에서, 상기 제1 배터리의 고장을 검출함에 응답하여 상기 컨트롤러는 상기 제1 DC-DC 컨버터에게 상기 DC 버스와 상기 제1 배터리를 분리할 것을 명령한다. 다양한 실시 예에서, 상기 컨트롤러는 상기 제1 모터가 회생 이벤트 동안 전력을 생성할 경우 상기 제1 DC-DC 컨버터에게 상기 제1 배터리에 전력을 전달할 것을 명령하도록 구성된다.
일부 실시 예들에서 상기 컨트롤러는 회생 이벤트 동안 상기 제1 DC-DC 컨버터에게 상기 제1 배터리에 전력을 전송할 것을 명령하도록 구성된다. 다양한 실시 예에서, 상기 컨트롤러는 상기 제1 배터리의 고장을 검출하고 그에 응답하여 상기 DC 버스와 상기 제1 배터리를 분리하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터는 AC 모터이다. 다양한 실시 예에서, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터는 전동식 차량을 추진한다. 일부 실시 예들에서 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 각각은 대응하는 프로펠러에 연결된다.
종래기법들에 비해 본 발명에 의해 많은 이점이 달성된다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예들은 다른 구성요소들과 상기 배전 회로의 고장을 분리하고 고장시 추진 모터들로의 전력 전달을 유지하는 능력을 제공한다. 실시 예들은 또한 배터리들을 재충전하기 위한 회생 이벤트들을 가능하게 하고 개별 배터리 회로들은 배터리들 간의 전하 셔틀링을 방지하도록 분리된다. 본 발명의 많은 이점 및 특징과 함께 본 발명의 이들 및 다른 실시 예는 이하의 명세서 및 첨부된 도면들과 함께 더 구체적으로 설명된다.
본 개시내용의 특성 및 이점을 더 잘 이해하기 위해, 이하의 설명 및 첨부 도면들에 대한 참조가 이루어져야 한다. 그러나, 여기서 이해하여야 할 점은 첨부 도면들 각각이 단지 예시를 목적으로 하여 제공되고 본 개시내용의 범위 제한을 정의하는 것으로 의도되지 않는다는 것이다. 또한, 일반적으로 그리고 다른 도면들의 요소들이 동일한 참조번호들을 사용하는 설명과는 달리 명백하지 않는 한, 상기 요소들은 일반적으로 기능 또는 목적 면에서 동일하거나 적어도 유사한 것이다.
도 1은 본 개시내용의 실시 예들에 따른, 바이패스 스위치들 및 보호 다이오드들을 포함하는 배전 회로의 개략도이다.
도 2는 본 개시내용의 실시 예들에 따른, 차단기를 포함하는 배전 회로의 개략도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시 예들에 따른, 인버터 및 상간 변압기(interphase transformer)를 포함하는 배전 회로의 개략도이다.
도 4는 본 개시내용의 실시 예들에 따른, 인버터 및 12-상 모터를 포함하는 배전 회로의 개략도이다.
도 5는 본 개시내용의 실시 예들에 따른, DC 버스를 통해 인버터에 연결된 DC-DC 컨버터를 포함하는 배전 회로의 개략도이다.
도 6은 본 개시내용의 실시 예들에 따른, 복수 개의 모터들에 의해 구동되는 공통 동력 샤프트를 포함하는 배전 회로의 개략도이다.
도 7은 본 개시내용의 실시 예들에 따른, 배전 회로를 포함하는 전동식 항공기를 보여주는 도면이다.
여기에 개시되는 기법들은 일반적으로 전동식 차량용 전기 회로에 관한 것이다. 더 구체적으로 말하면, 여기에 개시되는 기법들은 중복 배터리 시스템 및 에너지 회생 기능을 포함하는 전동식 차량용 배전 회로에 관한 것이다. 방법, 프로세스, 시스템, 장치 등을 포함하는 다양한 본 발명의 실시 예가 여기에서 설명된다.
본 개시내용에 따른 전동식 차량용 배전 회로의 특징 및 실시형태를 더 양호하게 이해하기 위해, 본 개시내용에 대한 추가의 전후관계가 본 개시내용의 실시 예들에 따른 전동식 차량의 하나의 특정 구현 예를 논의하는 방식으로 이하의 섹션에 제공된다. 이러한 실시 예들은 단지 예일 뿐이고 다른 실시 예들이 자동차, 기차, 버스, 오토바이 및 스쿠터와 같지만 이들에 국한되지 않는 다른 전동식 차량에 채용될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 실시 예들에 따른, 전동식 차량용 배전 회로(100)를 개략적으로 간략하게 보여준다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배전 회로(100)는 복수 개의 개별 배터리들(105a-105c)을 포함하며, 상기 복수 개의 개별 배터리들(105a-105c) 각각은 복수 개의 셀들을 포함한다. 일 실시 예에서 각각의 배터리(105a-105c)는 대략 600볼트의 DC 전압을 생성하지만, 다른 실시 예들에서 상기 배터리들은 상이한 전압을 생성할 수 있다. 임의 개수의 배터리들이 사용될 수 있고 일부 실시 예들은 3 내지 15개의 배터리를 포함한다.
각각의 배터리는 공통 DC 버스(110)에 병렬로 연결되고 상기 공통 DC 버스(110)는 복수 개의 인버터 회로들(115a-115c)에 연결된다. 각각의 인버터 회로(115a-115c)는, 일 실시 예에서 영구 자석 타입의 AC 동기식 모터일 수 있는 개별 모터들(120a-120c)을 구동하는 데 사용될 수 있는 다상 AC 출력을 생성하도록 구성된다. 일부 실시 예들에서 각각의 인버터 회로(115a-115c)는 0 내지 3kHz 주파수에서 0 내지 400볼트 AC로 동작하는 3상 출력을 생성하도록 구성되지만, 당업자는 다른 개수의 위상, 출력 전압, 출력 주파수 및 전기 모터 유형이 본 발명을 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 다이오드(125a-125c)는 각각의 대응하는 배터리(105a-105c)와 DC 버스(110) 사이에 직렬로 연결된다. 다이오드들(125a-125c)은 배터리(105a-105c)가 DC 버스(110)에 전류를 제공하고 상기 DC 버스로부터 상기 배터리들로 다시 흐르는 전류를 차단하도록 배향된다. 이러한 구성은 단락 상태에서 고장이 난 배터리의 경우 배터리들(105a-105c)을 보호하는데 사용될 수 있는데, 상기 단락 상태는 다른 배터리들이 고장이 난 배터리로 전류를 방전하게 하는 것이다. 추가의 실시 예들에서 다이오드들(125a-125c)은 각각의 배터리가 상이한 충전 상태를 지님으로써 야기되는 배터리들(105a-105c) 간 전하 셔틀링(charge shuttling)을 방지할 수 있다. 더 구체적으로 말하면, 일부 실시 예들에서 각각의 배터리(105a-105c)는 상대적으로 높은 충전 레벨을 지니는 배터리들이 상대적으로 낮은 충전 레벨을 지니는 재충전 배터리들과는 다이오드들(125a-125c)에 의해 차단되게 하도록 상이한 수명 및/또는 충전 특성을 지닐 수 있다. 이러한 전하 셔틀링은 효율 손실, 열 발생 및 일반적인 시스템 불안정을 초래할 수 있다.
배터리들(105a-105c)이 모터들(120a-120c)에 의해 생성되는 회생 전력을 수신할 수 있게 하기 위해, 각각의 회로에는 각각의 대응하는 다이오드(125a-125c)를 선택적으로 바이패스하는 바이패스 스위치(130a-130c)가 장착되어 있다. 더 구체적으로 말하면, 채용될 때, 각각의 대응하는 바이패스 스위치(130a-130c)는 DC 버스(110)로부터 배터리들(105a-105c)로 전력이 전송될 수 있게 하고 그래서 상기 배터리들이 모터들(120a-120c)에 의해 생성되는 전력으로 재충전될 수가 있다. 일부 실시 예들에서 바이패스 스위치들(130a-130c)은 DC 버스(110) 및 배터리들(105a-105c)의 매개변수들을 모니터링하는 컨트롤러(135)에 연결될 수 있다. 컨트롤러(135)는 회생 충전 이벤트가 진행되고 있음을 DC 버스(110)의 상태들이 나타내는 경우(예컨대, 상기 DC 버스 상의 전압 레벨이 상기 배터리들 중 적어도 하나의 전압 레벨보다 높을 경우) 바이패스 스위치들(130a-130c)을 채용하여 대응하는 다이오드들(125a-125c)을 바이패스하도록 구성될 수 있다.
더 구체적으로 말하면, 일부 실시 예들에서 모터들(120a-120c)은 상기 모터들이 외부의 기계적 힘에 의해 회전될 때 상기 모터들이 인버터 회로들(115a-115c)을 통해 DC 버스(110)로 다시 이동하는 전기를 생성하게 하는 발전기로서 작용하도록 구성된다. 이것이 이루어질 때, DC 버스(110) 상에 걸린 전압은 배터리들(105a-105c)의 전압 이상으로 증가할 수 있고 컨트롤러(135)는 이러한 증가를 검출하고 전류가 상기 DC 버스로부터 상기 배터리들 중 하나 이상의 배터리들로 흐를 수 있도록 하나 이상의 바이패스 스위치들을 폐쇄함으로써 응답할 수 있다. 상기 회생 이벤트가 종료될 때, DC 버스(110) 상에 걸린 전압은 배터리들(105a-105c)의 전압 미만으로 강하하고 컨트롤러(135)는 바이패스 스위치들을 개방함으로써 응답한다. 일부 실시 예들에서 컨트롤러(135)는 DC 버스(110)의 전압이 임계 전압보다 높을 때에만 배터리들(105a-105c)의 회생 충전을 가능하게 하고, 여기서 상기 임계 전압은 일단 상기 바이패스 스위치들이 폐쇄되면 전하 셔틀링이 일어나지 않도록 상기 배터리들 중 어느 하나의 배터리의 최대 전압에 기초하여 설정될 수 있다. 추가의 실시 예들에서, 컨트롤러(135)는 한 번에 하나의 바이패스 스위치, 또는 상기 바이패스 스위치들의 서브세트를 채용하여 개별 배터리들을 재충전할 수 있으며, 이는 일부 실시 예들에서 예를 들어 충전이 상대적으로 낮은 임의의 배터리를 "완충(top off)"하는 데 사용될 수 있다.
추가의 실시 예들에서, 하나 이상의 바이패스 스위치들(130a-130c)은 예를 들어, 오퍼레이터가 예를 들어 비행기의 하강 또는 브레이크 페달의 밟음과 같은 회생 동작을 특히 채용할 때 외부 회로에 의해 채용될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 컨트롤러(130)는 단지 특정 임계값 미만의 충전 레벨을 지니는 그러한 배터리들(105a-105c)만을 재충전하거나 특정 배터리들의 수명을 보존하기 위해 사전에 결정된 시퀀스로 특정 배터리를 충전하도록 바이패스 스위치들(130a-130c)을 선택적으로 채용할 수 있는 논리 회로를 지닐 수 있다. 본 개시내용의 이점을 지니는 당업자는 바이패스 스위치들(130a-130c)을 언제 그리고 어떻게 채용해야 할지에 대한 많은 변형, 수정 및 대안 기법을 인식할 것이다.
일부 실시 예들에서 바이패스 스위치들(130a-130c)은 전자석에 의해 결합 및 결합해제되는 금속 접점들을 지니는 전기-기계적 릴레이 타입의 스위치이다. 다른 실시 예들에서 바이패스 스위치들(130a-130c)은 고체 상태이고 실리콘, 갈륨-질화물, 실리콘-카바이드 또는 다른 반도체 소재로 만들어진다.
일부 실시 예들에서 컨트롤러(135)는 만약 장애가 검출되면 (예컨대 배터리가 단락으로서 고장이 나면) 바이패스 스위치들(130a-130c) 중 하나 이상의 스위치들이 폐쇄되는 회생 동작시 그러한 특정 배터리(105a-105c)에 대한 바이패스 스위치가 개방되어서, 다른 배터리들이 고장이 난 배터리에 전류를 방전하지 않게 하도록 하는 장애 모니터링 및 검출 회로를 포함할 수 있다. 본 개시내용의 이점을 지니는 통상의 기술자는 상기 바이패스 스위치를 사용하기 위한 많은 변형, 수정 및 대안을 인식할 것이다.
일부 실시 예들에서는 도 1의 배전 회로(100)가 중복성의 목적(redundancy purposes)을 위해 다수의 개별 배터리(105a-105c)를 필요로 하는 항공기들에 특히 유용할 수 있다. 이러한 실시 예들에서, 도 1에 도시된 바와 같은 절연 회로 인버터 및 모터 회로는 추가의 중복성과 향상된 신뢰성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 분리형 인버터/모터 및 배터리 회로는 예를 들어 하나의 배터리에서부터 DC 버스(110)에 이르기까지의 DC 공급 라인에서의 전기적 단락 또는 고장의 경우에 중복성을 제공하게 된다. 일부 실시 예들에서는 바이패스 스위치들(130a-130c)의 위치가 (도 1에 도시된 바와 같이) 배터리들(105a-105c)에 근접할 수 있는 반면에, 다른 실시 예들에서는 바이패스 스위치들(130a-130c)의 위치가 인버터 회로들(115a-115c)에 근접할 수 있다.
배터리들(105a-105c)은 납산, 니켈-금속 수소화물, 리튬 이온, 리튬 이온 폴리머, 알카라인 또는 임의의 다른 타입의 배터리일 수 있다. 모터들(120a-120c)은 브러시 AC 모터, 브러시리스 AC 모터, 유도 AC 모터 또는 동기 AC 모터를 포함하지만 이들에 국한되지 않는 임의 타입의 AC 모터일 수 있다. 인버터들(115a-115c)은 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 임의 타입의 아날로그 또는 솔리드-스테이트(solid-state) 인버터 회로일 수 있다. 간략함을 위해, 다양한 능동 및 수동 회로 구성요소는 배전 회로(100)에 도시되어 있지 않다.
도 2는 도 1에 도시된 배전 회로(100)와 유사한 배전 회로(200)를 보여주지만, 이러한 실시 예는 상기 DC 버스와 각각의 배터리 사이에 위치된 다이오드들을 포함하지 않는다. 그 대신에, 도 2에 도시된 바와 같이, 차단기들(230a-230c)이 DC 버스(110)와 각각의 배터리(105a-105c) 사이에 위치된다. 정상 동작시 차단기들(230a-230c)은 폐쇄 위치에 있고 그래서 DC 전력이 배터리들(105a-105c)로부터 DC 버스(110)로, 인버터 회로들(115a-115c)을 통해 모터들(120a-120c)로 흐를 수 있다. 컨트롤러(235)는 시스템 장애들을 검출하도록 구성되고 컨트롤러(235)는 이에 응답하여 이하에서 보다 구체적으로 설명되겠지만 추가의 고장을 방지하기 위해 차단기들(230a-230c) 중 하나 이상을 개방할 수 있다.
일 예에서 컨트롤러(235)는 단락 상태에서 고장이 나는 배터리(105a-105c)의 고장을 검출하도록 구성된다. 그 후에 컨트롤러(235)는 그러한 특정 배터리(105a-105c)에 연관된 차단기들(230a-230c)에게 개방할 것을 명령하여 상기 배터리가 DC 버스(110)에 연결된 다른 배터리들로부터 전류를 수신하는 것으로부터 보호한다. 그러한 고장시, 컨트롤러(235)는 전력이 모터들(120a-120c)에게는 계속 제공될 수 있게 다른 차단기들(230a-230c)를 폐쇄된 상태로 유지하도록 구성된다. 추가의 실시 예들에서 컨트롤러(235)는 필요한 차단기들(230a-230c)만을 개방하고 다른 모든 차단기들을 폐쇄된 상태로 유지해서 전력이 모터들(120a-120c)에게 계속 공급될 수 있게 하도록 구성된다. 이러한 동작 모드는 모터들(120a-120c)의 중단 없는 연속 동작이 중요한 안전 고려사항인 항공기에 특히 유용할 수 있다.
일부 실시 예들에서 차단기들(230a-230c)은 (도 2에 도시된 바와 같이) 배터리들(105a-105c)에 근접 위치될 수 있는 반면, 다른 실시 예들에서 차단기들(230a-230c)은 모터들(120a-120c)에 근접 위치될 수 있다. 추가의 실시 예들에서, 각각의 배터리(105a-105c)에 근접한 한 세트의 차단기들(230a-230c) 및 각각의 모터(120a-120c)에 근접한 개별 세트의 차단기들이 있을 수 있고, 이들의 조합은 상기 배터리들에서부터 상기 모터들에 이르기까지 연장하는 와이어링 하니스(wiring harness)의 고장들을 격리하는데 사용될 수 있다.
일부 실시 예들에서 차단기들(230a-230c)은 금속 접점들을 지니는 전기기계식 스위치들이다. 다른 실시 예들에서 차단기들(230a-230c)은 솔리드-스테이트이고 실리콘, 갈륨-질화물, 실리콘-카바이드 또는 다른 반도체 소재로부터 만들어진다.
도 3은 본 개시내용의 실시 예들에 따른 배전 회로(300)를 보여준다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 배터리(105a-105d)는 대응하는 3상 AC 출력을 생성하는 개별 인버터(310a-310d)에 연결된다. 또한, 3개의 개별 상간 변압기(315a-315c)가 있으며 각각의 상간 변압기(315a-315c)는 각각의 인버터(310a-310d)로부터 하나의 입력 위상을 수신하고 이러한 입력들을, 모터(330)에 연결되어 있는 하나의 대응하는 구동 위상(320a-320c)으로 결합한다. 각각의 상간 변압기(315a-315c) 내에서는 4개의 위상 입력 각각은 서로 전기적으로 분리되어 있어서 하나의 입력에서의 고장이 다른 3개의 입력 중 어느 하나의 입력에서의 고장을 일으키지 않는다. 일부 실시 예들에서 각각의 상간 변압기(315a-315c)는 모터(320)에 대한 통합된 단일 구동 위상(320a-320c)을 생성하기 위해 각각의 상간 변압기(315a-315c)의 4개의 대응하는 입력 각각에 의해 전달되는 전력을 유도 결합하도록 구성된다.
따라서, 모터(320)의 각 위상은 4개의 개별 인버터/배터리 세트 각각으로부터 전력의 대략 25퍼센트를 수신하는 대응하는 상간 변압기(315a-315c)에 의해 구동된다. 하나의 배터리(105a-105d) 또는 인버터(310a-310d)가 고장이 날 경우, 모터(330)의 각각의 위상은 약 25퍼센트 미만의 전력을 수신하게 되지만 상기 모터는 여전히 동작하게 된다. 일부 실시 예들에서, 상간 변압기들(315a-315c)에 대한 입력들이 동기화되도록 각각의 인버터(310a-310c)의 각각의 위상을 제어하는 마스터 컨트롤러(도 3에는 도시되지 않음)가 사용될 수 있다. 일부 실시 예들에서 모터 컨트롤러 회로는 인버터들(310a-310d)만을 포함할 수 있는 반면, 다른 실시 예들에서 모터 컨트롤러 회로는 또한 간상 변압기들(315a-315c)을 포함할 수 있다. 각각의 회로 사이의 전기적 분리 때문에, 배터리들(105a-105d) 간 전하 셔틀링이 문제가 되지 않는다.
모터(330)가 외부의 기계적 힘에 의해 회전되는 회생 이벤트 동안, 상기 모터는 전력을 각각의 간상 변압기(315a-315c)에 전달하고 각각의 간상 변압기(315a-315c)는 그 후에 상기 개별 인버터들(310a-310d)을 통해 전력을 다시 배터리들(105a-105d)로 전달한다. 각각의 배터리(105a-105d)는 각각의 다른 배터리와 분리되어 있어서 만약 하나의 배터리가 고장이 나면 나머지 배터리들로부터의 전력이 고장이 난 배터리로 흐르지 않을 수 있다. 기본적으로 각각의 배터리와 각각의 AC 신호는 분리되어 있어서 각각이 분리형 시스템으로서 동작한다. 본 개시내용의 이점을 지니는 당업자에 의해 이해되겠지만, 배터리들의 개수, 인버터들의 개수 및 간상 변압기들의 개수는 도 3에 도시된 것에 국한되지 않으며 다른 실시 예들은 상이한 개수의 이러한 장치들 또는 구성들을 지닐 수 있다. 예를 들어, 6개의 배터리는 각각의 간상 변압기가 6개의 입력을 결합하는 간상 변압기들와 함께 사용될 수 있다. 본 개시내용의 이점을 지니는 통상의 기술자는 많은 변형, 수정 및 대안을 인식할 것이다.
도 4는 도 3에 예시된 배전 회로(300)와 유사한 배전 회로(400)를 보여주지만, 이러한 실시 예에서는 어떠한 간상 변압기도 없으며 상기 모터가 12개의 개별 권선을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 4개의 개별 배터리(105a-105d)가 있으며, 각각의 배터리(105a-105d)는 그에 연결된 개별 인버터(310a-310d)를 지닌다. 각각의 인버터(310a-310d)는 각각의 위상이 모터(405)에 직접 연결되어 있는 3개의 개별 위상을 생성한다. 따라서, 4개의 3상 인버터(310a-310d)에서는 모두가 모터(405)에 개별적으로 연결되는 12개의 위상이 생성된다.
이러한 실시 예에서, 하나의 배터리(105a-105d)가 고장이 날 경우, 모터(405)의 12개의 위상 중 3개의 위상은 전력을 수신하지 못하게 되고 그래서 모터는 전력의 대략 75%만으로 여전히 동작하게 된다. 일부 실시 예들에서, 상기 회로는 감소된 개수의 위상들로 상기 모터를 계속 동작시키기 위해 상기 복수 개의 인버터들 중 다른 인버터들(예컨대, 고장이 나지 않은 인버터)를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 또한 상기 고장이 난 배터리를 상기 회로와 분리시키도록 상기 고장이 난 배터리에 연결된 인버터를 제어할 수 있다. 또한, 각각의 배터리(105a-105d)와 인버터(310a-310d)는 서로 전기적으로 절연되어 있어서, 만약 배터리가 단락된 상태에서 고장이 나면, 나머지 배터리들로부터의 전류가 상기 고장이 난 배터리로 흐르지 않게 된다. 본질적으로, 각각의 배터리(105a-105d) 및 인버터(310a-310d) 세트는 각각의 다른 배터리 및 인버터 세트와 전기적으로 분리된다. 그러한 분리로 인해, 배터리들(105a-105d) 간 전하 셔틀링도 문제가 되지 않는다.
회생 이벤트 동안, 회전 에너지는 발전기로서 동작하는 모터(405)에 인가되어서, 각각의 대응하는 인버터(310a-310d)를 통해 각각의 배터리(105a-105d)에 전류를 전달하게 된다. 다른 실시 예들에서 모터(405)는 임의 개수의 위상들을 지닐 수 있고 인버터들(310a-310d)은 임의 개수의 위상 출력들을 생성할 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 실시 예들에 따른 배전 회로(500)를 보여준다. 배전 회로(500)는 DC 버스를 채용하는 도 1 및 도 2에 각각 예시된 배전 회로들(100, 200)과 유사하지만, 도 5에 예시된 실시 예는 공통 DC 버스에 에너지를 공급하도록 각각의 배터리와 직렬로 DC/DC 컨버터들을 사용한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 개별 배터리들(105a-105)은 각각의 대응하는 배터리로부터 수신된 DC 에너지를 변환하여 이를 공통 DC 버스(510)에 연결된 DC 에너지로 조절하는 개별 DC/DC 컨버터들(505a-505d)에 각각 연결된다. DC 버스(510)는 복수 개의 인버터들(515a-515c)에 병렬로 연결되는데, 각각의 인버터(515a-515c)는 개별 모터들(520a-520c)을 구동하는 3상 AC 신호를 생성한다.
각각의 DC/DC 컨버터(505a-505d)는 그의 대응하는 배터리(105a-105d)로부터만 전력을 수신하고 상기 DC 버스에 인가된 부하에 기초하여 DC 버스(510)에 조절된 전력을 전달하도록 구성된다. 더 구체적으로 말하면, 일부 실시 예들에서 각각의 DC/DC 컨버터(505a-505d)는 독립적으로 조절될 수 있고 상기 DC/DC 컨버터가 그의 대응하는 배터리(105a-105d)로부터 추출하는 전력의 양을 제어하기 위해 DC 버스(510)의 전압을 사용할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 컨트롤러(525)는 각각의 DC/DC 컨버터(505a-505d)를 제어하고 DC 버스(510)에 전달되는 전력을 조절하기 위해 필요에 따라 이들을 온(on) 및 오프(off)로 사이클링할 수 있다. 더 구체적으로, 각각의 DC/DC 컨버터(505a-505d)는 주어진 기간 동안 온(on) 상태이고 주어진 기간 동안 오프(off) 상태인 듀티 사이클(duty cycle)에 따라 실행될 수 있다.
이러한 실시 예에서, 배터리(105a-105d)가 고장이 난 경우(예컨대, 상기 배터리가 단락된 상태에서 고장이 난 경우), 상기 배터리에 대한 DC/DC 컨버터(505a-505d)는 전력이 DC 버스(510)로부터 고장이 난 배터리로 전송되는 것을 허용하지 않게 된다. 일 예에서, 각각의 DC/DC 컨버터(505a-505d)(또는 상기 컨트롤러(525))는 상기 배터리 내 단락 또는 고장을 검출하고 그에 응답하여 상기 배터리로부터 DC 버스(510)로의 전력 전송을 중단하기 위해 각각의 대응하는 배터리(105a-105d) 양단에 걸린 전압을 모니터링할 수 있다. 추가의 실시 예들에서, DC/DC 컨버터들(505a-505d)은 회생 이벤트들을 검출하고 재충전을 위해 DC 버스(510)로부터 배터리들(105a-105d)로 전력을 전달할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 상기 대응하는 DC/DC 컨버터(505a-505d)는 상기 대응하는 배터리(105a-105d)에서 이용가능한 전압과 비교하여 DC 버스(510) 상에 걸린 전압 전위를 모니터링함으로써 회생 이벤트를 검출할 수 있다. 일부 실시 예들에서, DC 버스(510) 상에 걸린 전압이 임계 전압을 초과할 때 상기 임계 전압이 회생 충전을 채용하는데 사용될 수 있다.
일부 실시 예들에서 DC/DC 컨버터들(505a-505d)은 유사한 충전 상태로 각각의 배터리를 유지하기 위해 상기 배터리들(105a-105d) 각각 간 부하 공유를 조정할 수 있다. 일 실시 예에서, 각각의 DC/DC 컨버터(505a-505d)는 대응하는 배터리(105a-105d)의 전압 및 DC 버스(510) 상에 걸린 전압을 모니터링한다. 컨트롤러(525)가 다른 배터리 전압보다 상대적으로 높은 배터리(105a-105d)의 전압을 감지하면, 상기 컨트롤러는 대응하는 DC/DC 컨버터(505a-505d)에게 그러한 배터리로부터 많은 전력을 끌어와서 충전 상태를 다른 배터리들과 일치하게 할 것을 명령할 수 있다. 추가의 실시 예들에서는 각각의 DC/DC 컨버터(505a-505d)가 각각의 대응하는 배터리(105a-105d)로부터 DC 버스(510)로 전력을 전송하는 것을 제어하는 컨트롤러(525)로부터 동일한 PWM(pulse-width modulation) 신호를 수신할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 동일한 PWM 신호는 전압 레벨이 높음으로 인해 상대적으로 높은 충전을 지니는 배터리로부터 많은 전력을 전달하고 전압 레벨이 낮음으로 인해 상대적으로 낮은 충전을 지니는 배터리로부터 상대적으로 적은 전력을 전달함으로써 배터리들(105a-105d)의 상이한 충전 레벨을 "자동으로" 보상할 수 있다.
일부 실시 예들에서 DC/DC 컨버터들(505a-505d)은 배터리들(105a-105d)에 근접 배치될 수 있는 반면, 다른 실시 예들에서 DC/DC 컨버터들(505a-505d)은 모터들(520a-520c)에 근접 배치될 수 있다. 추가의 실시 예들에서 DC 버스(510)는 제거될 수 있고 각각의 DC/DC 컨버터(505a-505d)는 대응하는 인버터(515a-515c)에 연결될 수 있고 각각의 대응하는 인버터는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 대응하는 모터(520a-520c)에 연결될 수 있다.
일부 실시 예들에서 DC/DC 컨버터들(505a-505d)은 분리되어 있거나 분리되어 있지 않은 스위치-모드 컨버터일 수 있다. 다양한 실시 예에서, 분리형 DC/DC 컨버터들(505a-505d)은 배터리들(105a-105d)의 잠재적인 고장들과 다운스트림 회로를 분리시키는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시 예들에서는, DC/DC 컨버터들(505a-505d)이 스텝-다운/벅(buck), 스텝-업 부스트(boost), SEPIC, 벅-부스트 또는 플라이백(flyback)과 같지만 이들에 국한되지 않는 아키텍처일 수 있다. 추가의 실시 예들에서, DC/DC 컨버터(505a-505d)는 실리콘, 실리콘-카바이드, 갈륨-질화물 또는 임의의 다른 타입의 솔리드-스테이트 스위치를 포함할 수 있는 하나 이상의 솔리드-스테이트 스위치들을 채용할 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 실시 예들에 따른 배전 회로(600)를 보여준다. 배전 회로(600)는 각각의 인버터에 연결된 하나의 배터리를 지니는 도 3 및 도 4에 개시된 배전 회로와 유사하지만, 도 6에서는 각각의 인버터가 단일 샤프트에 연결된 중복적인 모터들에 전력을 공급한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 3개의 개별 모터(605a-605c)가 단일의 프로펠러 샤프트(610)에 연결된다. 3개의 모터(605a-605c) 각각은 개별 배터리(105a-105c)에 의해 구동되고 그럼으로써 하나의 배터리가 고장이 나면 나머지 모터들과 배터리들이 전기적으로 분리되어 프로펠러 샤프트(610)에 전력이 공급될 수 있다. 프로펠러(615)가 회생 이벤트 동안 외부의 기계적 힘에 의해 회전될 때, 상기 개별 모터들(605a-605c) 각각은 각각의 대응하는 배터리(105a-105c)에 피드백되는 전력을 생성한다. 하나의 배터리(105a-105c) 또는 인버터(310a-310c)가 고장이 난 경우, 프로펠러(615)는 약 33% 미만의 전력으로 2개의 나머지 모터(605a-605c)에 의해 여전히 전력을 공급받게 된다. 다른 실시 예들에서 3개 미만의 개별 모터들이 샤프트당 사용될 수 있고 일부 실시 예들에서 3개보다 많은 모터가 샤프트에 사용될 수 있다. 또 다른 실시 예들에서, 각각의 모터(605a)는 도 1 내지 도 3 또는 도 5에 예시된 바와 같은 중복 배전 시스템을 통해 전력을 공급받을 수 있다.
도 7은 본 개시내용의 실시 예들에 따른 항공기(700)를 간략하게 보여주는 평면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 항공기(700)는 하니스(715)를 통해 배터리 팩(710)에 연결된 12개의 모터(705a-705l)를 포함한다. 항공기(700)는 위에서 논의되고 도 1 내지 도 6에 예시된 배전 회로들 중의 하나 또는 그들의 조합을 사용할 수 있다.
전기 차량(700)이 하나의 특정 전기 차량으로서 기재되고 예시되어 있지만, 본 개시내용의 실시 예들은 다수의 전자 차량과 함께 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 하나 이상의 배터리들로부터 전력 중 적어도 일부를 수신하는 임의의 전동식 차량이 본 개시내용의 실시 예들과 함께 사용될 수 있다. 일부 예시들에서, 본 개시내용의 실시 예들은 배전 회로들의 신뢰성 및 고장 분리로 인해 항공기와 함께 사용하기에 특히 매우 적합하다. 비록 도 1 내지 도 6에 예시된 회로들 각각에는 제어 회로가 예시되어 있지 않지만, 인버터, 간상 변압기, 스위치, 모터, 피드백 루프 등을 포함하지만 이들에 국한되지 않는 다양한 구성요소의 동작을 제어하기 위해 여기에 설명된 회로들 중 어느 한 회로에 하나 이상의 제어 회로가 추가될 수 있다.
간략함을 위해, 다양한 능동 및 수동 회로 구성요소는 본 도면들에 도시되어 있지 않다. 전술한 명세서에서, 본 개시내용의 실시 예들은 구현마다 다를 수 있는 다수의 특정 세부사항을 참조하여 설명되었다. 따라서, 본 명세서 및 도면들은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 간주되어야 한다. 본 개시내용의 유일하고 배타적인 지표, 및 출원인이 본 개시내용의 범위로 의도한 것은 임의의 차후 수정을 포함하여 청구항들이 발행되는 특정 형태로 본원에서 발행하는 청구항 세트의 문자 그대로 동등한 범위이다. 특정 실시 예들의 특정 세부사항들은 본 개시내용의 실시 예들의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
추가로, "하단" 또는 "상단" 등과 같은 공간적인 면에서 상대적인 용어들은 요소 및/또는 특징과 다른 요소(들) 및/또는 특징(들)과의 관계를 예를 들어 도면들에 도시된 바와 같이 설명하는데 사용될 수 있다. 여기서 이해할 점은 공간적인 면에서 상대적인 용어들이 도면들에 도시된 배향에 추가하여 사용 및/또는 동작 중인 장치의 다른 배향을 망라한다는 것이다. 예를 들어, 도면들 내 장치가 뒤집혀 있는 경우 "바닥" 표면으로서 설명된 요소는 이때 다른 요소들 또는 특징들보다 "위"에 배향될 수 있다. 그러하지 않으면 상기 장치는 배향(예컨대, 90도 또는 다른 배향으로 회전)될 수 있고 여기에 사용된 공간적인 면에서 상대적인 설명자들이 그에 따라 해석될 수 있다.
여기에 사용된 용어들 "및", "또는" 및 "및/또는"은 또한 그러한 용어들이 사용되는 문맥에 적어도 부분적으로 의존할 것으로 예상되는 다양한 의미를 포함할 수 있다. 일반적으로 "또는"이 A, B 또는 C와 같이 목록을 연관시키는 데 사용되는 경우 여기에서 포괄적인 의미로 사용되는 A, B 및 C와 여기에서 배타적인 의미로 사용되는 A, B 또는 C를 의미하도록 의도된 것이다. 또한, 여기서 사용된 용어 "하나 이상"은 어느 하나의 특징, 구조 또는 특성을 단수로 설명하는 데 사용될 수도 있고 특징, 구조 또는 특성의 일부 조합을 설명하는 데 사용될 수도 있다. 그러나 여기서 유념해야 할 점은 이러한 것이 단지 예시적인 예이며 청구된 주제가 이러한 예에 국한되지 않는다는 것이다. 또한, A, B 또는 C와 같이 목록을 연관시키는 데 사용되는 경우 용어 "다음 중 적어도 하나"는 A, B, C, AB, AC, BC, AA, AAB, ABC, AABBCCC 등와 같은 A, B 및/또는 C의 조합을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "일 예", "한 예", "특정 예들" 또는 "대표적인 구현"에 대한 참조는 특징 및/또는 예와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 청구된 주제의 적어도 하나의 특징 및/또는 예에 포함될 수 있다. 따라서, "일 예에서", "한 예에서", "특정 예들에서", "특정한 구현들에서" 또는 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에 있는 기타 유사한 문구의 출현이 반드시 모두 동일한 특징, 예, 및/또는 제한을 언급하는 것은 아니다. 더욱이, 특정한 특징, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 예들 및/또는 특징들로 조합될 수 있다.

Claims (41)

  1. 회로로서,
    상기 회로는,
    복수 개의 배터리들;
    각각의 DC-DC 컨버터가 상기 복수 개의 배터리들의 대응하는 배터리에 연결된 복수 개의 DC-DC 컨버터들;
    상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들 각각에 병렬로 연결된 DC 버스;
    각각의 인버터 회로가 상기 DC 버스에 병렬로 연결된 복수 개의 인버터 회로들; 및
    각각의 모터가 상기 복수 개의 인버터 회로들의 대응하는 인버터 회로에 연결된 복수 개의 모터들;
    을 포함하는, 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로는,
    상기 DC 버스의 전압 및 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리의 전압을 모니터링하도록 구성된 컨트롤러;
    를 더 포함하는, 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 DC 버스의 전압과 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리의 전압 간 비교에 기초하여 상기 DC 버스로부터 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리로 전력을 전송할 것을 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들 중 적어도 하나의 DC-DC 컨버터에게 명령하도록 구성되는, 회로.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 복수 개의 모터들 중 적어도 하나의 모터가 회생 이벤트 동안 전력을 생성함에 응답하여 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들 중 적어도 하나의 DC-DC 컨버터에게 상기 DC 버스로부터 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리로 전력을 전송할 것을 명령하도록 구성되는, 회로.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리의 고장을 검출하고 그에 응답하여 상기 복수 개의 배터리들 중 하나 이상의 고장이 난 배터리들에 연결된 상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들 중 하나 이상의 대응하는 DC-DC 컨버터들에게 상기 DC 버스와 상기 하나 이상의 고장이 난 배터리들을 분리할 것을 명령하도록 구성되는, 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 DC-DC 컨버터들 각각은 상기 DC 버스의 전압을 모니터링하고 상기 DC 버스의 전압이 임계 전압보다 클 경우 상기 DC 버스로부터 대응하는 배터리로 전력을 전송하도록 구성된 제어 회로를 포함하며, 상기 임계 전압은 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리의 전압에 기초하여 이루어지는, 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 복수 개의 모터들 중 적어도 하나의 모터가 회생 이벤트 동안 전력을 생성할 경우 상기 DC 버스로부터 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리로 전력을 전송하도록 구성되는, 회로.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리의 고장을 검출하고 그에 응답하여 상기 복수 개의 배터리들 중 하나 이상의 고장이 난 배터리들에 연결된 하나 이상의 대응하는 DC-DC 컨버터에게 상기 DC 버스와 상기 하나 이상의 고장이 난 배터리들을 분리할 것을 명령하도록 구성되는, 회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 모터들 각각은 AC 모터인, 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 모터들은 전동식 차량을 추진하는, 회로.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 모터들 각각은 각각의 프로펠러에 연결되는, 회로.
  12. 전동식 차량으로서,
    상기 전동식 차량은,
    DC 버스:
    각각의 배터리가 상기 DC 버스에 병렬로 연결된 복수 개의 배터리들;
    상기 DC 버스와 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리 사이에 직렬로 연결된 적어도 하나의 스위치;
    각각의 인버터 회로가 상기 DC 버스에 병렬로 연결된 복수 개의 인버터 회로들; 및
    각각의 모터가 상기 복수 개의 인버터 회로들의 대응하는 인버터 회로에 연결된 복수 개의 모터들;
    을 포함하는, 전동식 차량.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전동식 차량은,
    복수 개의 스위치들;
    을 더 포함하고, 각각의 스위치는 상기 복수 개의 배터리들의 대응하는 배터리 사이에 직렬로 연결되는, 전동식 차량.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전동식 차량은,
    상기 복수 개의 배터리들의 각각의 배터리와 직렬로 연결되고 전류가 상기 복수 개의 배터리들의 각각의 대응하는 배터리에서부터 상기 DC 버스에 이르기까지 일 방향으로 흐를 수 있게 하도록 구성된 회로;
    를 더 포함하는, 전동식 차량.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 회로는 적어도 하나의 다이오드를 포함하는, 전동식 차량.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 복수 개의 스위치들의 각각의 스위치는 상기 복수 개의 배터리들의 각각의 대응하는 배터리와 직렬로 연결된 회로를 바이패스하도록 구성되는, 전동식 차량.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 전동식 차량은,
    상기 복수 개의 배터리들 중 고장이 난 배터리를 검출하고 그에 응답하여 상기 복수 개의 스위치들의 대응하는 스위치를 개방하여 상기 DC 버스와 상기 고장이 난 배터리를 전기적으로 분리시키도록 구성된 컨트롤러;
    를 더 포함하는, 전동식 차량.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 전동식 차량은,
    회생 이벤트를 검출하고 그에 응답하여 상기 적어도 한의 스위치를 폐쇄하여 상기 DC 버스로부터 상기 복수 개의 배터리들 중 적어도 하나의 배터리로 전력을 전달하도록 구성된 컨트롤러;
    를 더 포함하는, 전동식 차량.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 인버터 회로들 각각은 상기 복수 개의 모터들 중 하나 이상의 모터들을 구동하는 데 사용되는 다상 AC 출력을 생성하도록 구성되는, 전동식 차량.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 인버터 회로들 각각은 3상 출력을 생성하도록 구성되는, 전동식 차량.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 복수 개의 인버터 회로들 각각에 의해 생성된 3상 출력은 0 내지 3KHz 주파수에서 0 내지 400 볼트 AC로 동작하는, 전동식 차량.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 모터들 각각은 대응하는 프로펠러에 연결되는, 전동식 차량.
  23. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 모터들 각각은 영구 자석 타입의 동기식 AC 모터인, 전동식 차량.
  24. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 모터들은 적어도 12개의 모터를 포함하는, 전동식 차량.
  25. 회로로서,
    상기 회로는,
    복수 개의 배터리들;
    각각의 인버터가 상기 복수 개의 배터리들 중 대으하는 배터리에 연결되고 복수 개의 입력 위상들을 생성하도록 구성된 복수 개의 인버터들;
    각각의 상간 변압기가 상기 복수 개의 입력 위상들 중 하나 이상의 입력 위상들을 수신하고 결합된 단일 구동 위상을 생성하는 복수 개의 상간 변압기들; 및
    상기 복수 개의 상간 변압기들 각각으로부터 상기 결합된 단일 구동 위상을 수신하도록 구성된 모터;
    를 포함하는, 회로.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 복수 개의 상간 변압기들 중 적어도 하나의 상간 변압기는 상기 복수 개의 인버터들 각각으로부터 입력 위상을 수신하는, 회로.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 복수 개의 상간 변압기들의 각각의 상간 변압기는 상기 복수 개의 인버터들 각각으로부터 입력 위상을 수신하는, 회로.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 복수 개의 상간 변압기들의 각각의 상간 변압기는 상기 복수 개의 입력 위상들 각각을 서로 전기적으로 분리하는, 회로.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 회로는,
    상기 모터의 속도 및 전력을 제어하기 위해 상기 인버터들 중 적어도 하나의 인버터의 동작을 제어하도록 구성된 컨트롤러;
    를 더 포함하는, 회로.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 복수 개의 배터리들 중 고장이 난 배터리를 검출하고 그에 응답하여 상기 고장이 난 배터리에 연결된 상기 복수 개의 인버터들의 대응하는 인버터를 디스에이블하도록 구성되는, 회로.
  31. 제25항에 있어서,
    상기 복수 개의 인버터들 중 하나 이상의 인버터들은 상기 모터가 회생 이벤트 동안 전력을 생성할 경우 상기 복수 개의 배터리들 중 하나 이상의 배터리들을 충전하도록 구성되는, 회로.
  32. 제25항에 있어서,
    상기 모터는 영구 자석 타입의 동기식 AC 모터인, 회로.
  33. 제25항에 있어서,
    상기 모터는 전동식 차량을 추진하는, 회로.
  34. 제25항에 있어서,
    상기 모터는 프로펠러에 연결되는, 회로.
  35. 전동식 차량으로서,
    상기 전동식 차량은,
    복수 개의 배터리들;
    각각의 인버터가 상기 복수 개의 배터리들의 대응하는 배터리에 연결되고 복수 개의 위상들을 생성하도록 구성된 복수 개의 인버터들; 및
    상기 복수 개의 인버터들 각각으로부터 상기 복수 개의 위상들 각각을 수신하도록 구성된 모터;
    를 포함하는, 전동식 차량.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 복수 개의 인버터들의 각각의 인버터는 3상을 생성하도록 구성되는, 전동식 차량.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 전동식 차량은,
    고장이 난 배터리를 검출하고 그에 응답하여 상기 고장이 난 배터리에 연결된 상기 복수 개의 인버터들의 대응하는 인버터를 디스에이블하도록 구성된 컨트롤러;
    를 더 포함하는, 전동식 차량.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 감소된 개수의 위상들로 상기 모터를 계속 동작시키기 위해 상기 복수 개의 인버터들 중 다른 인버터들을 제어하도록 구성되는, 전동식 차량.
  39. 제35항에 있어서,
    상기 복수 개의 인버터들 중 하나 이상의 인버터들은 상기 모터가 회생 이벤트 동안 전력을 생성할 경우 상기 복수 개의 배터리들 중 하나 이상의 배터리들에 전력을 전송하도록 구성되는, 전동식 차량.
  40. 제35항에 있어서,
    상기 모터는 프로펠러에 연결되는, 전동식 차량.
  41. 제35항에 있어서,
    상기 모터는 영구 자석 타입의 동기식 AC 모터인, 전동식 차량.
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