KR20220149915A - 컨택터의 상태를 모니터링하는 방법 및 장치 - Google Patents

컨택터의 상태를 모니터링하는 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220149915A
KR20220149915A KR1020227034524A KR20227034524A KR20220149915A KR 20220149915 A KR20220149915 A KR 20220149915A KR 1020227034524 A KR1020227034524 A KR 1020227034524A KR 20227034524 A KR20227034524 A KR 20227034524A KR 20220149915 A KR20220149915 A KR 20220149915A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
contactor
voltage
interface
node point
battery cell
Prior art date
Application number
KR1020227034524A
Other languages
English (en)
Inventor
패트릭 아스만
미카엘 차일벡
안드레 헤이저
마르크 하르테마이어
피르민 스투츠
Original Assignee
베바스토 에스이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 베바스토 에스이 filed Critical 베바스토 에스이
Publication of KR20220149915A publication Critical patent/KR20220149915A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3277—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of low voltage devices, e.g. domestic or industrial devices, such as motor protections, relays, rotation switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • G01R17/10—AC or DC measuring bridges
    • G01R17/12—AC or DC measuring bridges using comparison of currents, e.g. bridges with differential current output
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0038—Circuits for comparing several input signals and for indicating the result of this comparison, e.g. equal, different, greater, smaller (comparing pulses or pulse trains according to amplitude)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/16571—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing AC or DC current with one threshold, e.g. load current, over-current, surge current or fault current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • H02H3/044—Checking correct functioning of protective arrangements, e.g. by simulating a fault
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은, 배터리 팩(3)에서 적어도 하나의 컨택터(1, 2)의 건강 상태를 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 여기서 상기 배터리 팩(3)은 전기 에너지의 전기화학적 저장을 위한 적어도 하나의 배터리 셀(4)과, 전기 에너지를 인터페이스(7)로 전달하기 위한 제1 인터페이스 라인(5) 및 제2 인터페이스 라인(6)을 포함하고, 적어도 하나의 스위칭 가능한 제1 컨택터(1)는 상기 인터페이스(7)와 상기 적어도 하나의 배터리 셀(4) 사이의 상기 제1 인터페이스 라인(5)에 배열되고, 적어도 하나의 스위칭 가능한 제2 컨택터(2)는 상기 인터페이스(7)와 상기 적어도 하나의 배터리 셀(4) 사이의 상기 제2 인터페이스 라인(6)에 배열되며, 상기 방법은, 개방된 상기 제1 컨택터(1)에 대한 제1 차동 전압(Udif, 1)을 측정하고, 및/또는 개방된 상기 제2 컨택터(2)에 대한 제2 차동 전압(Udif, 2)을 측정하는 단계; 및 측정된 상기 제1 차동 전압(Udif, 1)에 기초하여 상기 제1 컨택터(1)의 건강 상태를 모니터링하고, 및/또는 측정된 상기 제2 차동 전압(Udif, 2)에 기초하여 상기 제2 컨택터(2)의 건강 상태를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

컨택터의 상태를 모니터링하는 방법 및 장치
본 발명은 배터리 팩에서 적어도 하나의 컨택터의 건강 상태를 모니터링하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 배터리 팩에 사용하기 위한 배터리 제어 시스템 및 배터리 팩에 관한 것이다.
전기 모터로 구동되는 차량에는 구동 시스템에 에너지를 전달하는 배터리 시스템이 사용된다. 이러한 배터리 시스템은 종종 복수의 배터리 팩으로 구성되며, 이는 차례로 복수의 배터리 모듈을 포함하며, 각각은 차례로 복수의 배터리 셀을 수용한다.
배터리 팩의 작동 안전을 보장하기 위해, 배터리 팩은 본질적으로 안전한 설계여야 하며, 결과적으로 통합 컨택터들을 통해 외부에 대해 전원이 차단된 상태로 스위칭될 수 있어야 한다. 따라서 배터리 팩에 통합된 컨택터들은 주요 기능을 수행하므로 해당 기능을 모니터링해야 할 필요가 있다.
마모 관련 컨택터 노후화의 진단 방법은 DE 10 2012 215 190 A1에 알려져 있다. 절연 저항, 즉 개방된 컨택터의 전기 저항은 컨택터의 서비스 수명에 따라 감소한다. 전압 및 전류와 관련된, 컨택터의 절연 저항을 측정하면, 컨택터의 건강 상태에 대한 결론을 도출할 수 있다. 절연 저항이 한계값 아래로 떨어지는 즉시 DE 10 2012 215 190 A1의 개시에 따라 조치가 시행된다.
DE 10 2012 209 138 A1은, 퓨즈의 건강 상태를 결정하는 방법을 개시한다. 이 방법에 따르면, 퓨즈에 흐르는 전류가 측정되고 기록되어 퓨즈의 건강 상태를 지속적으로 확인할 수 있다.
DE 10 2014 200 265 A1은, 고전압 배터리 및 보호 회로를 갖는 배터리 시스템을 개시하며, 그 기능 상태가 모니터링된다. 특히, 이를 위해 컨택터에 상향-회로 보호 회로가 할당된다. 이 회로는 두 개의 병렬 연결된 회로 분기들로 구성되며, 각 분기에는 퓨즈와 전류 센서가 배치된다. 보호 회로에 흐르는 각각의 전류값을 평가함으로써 보호 회로의 기능 상태를 진단할 수 있다.
DE 10 2015 006 206 A1은, 스위칭 컨택터를 갖는 고전압 시스템을 개시하고 있다. 특히, 컨택터 재밍의 위험, 즉 스위칭 가능한 컨택터의 재밍을 식별하여 더 이상 스위칭할 수 없도록 한다. 컨택터 재밍의 문제 효과를 방지하기 위한 솔루션에 대한 접근 방식으로, 스위칭 컨택터를 추가 스위칭 소자와 직렬로 연결하는 것이 제안된다. 이러한 방식으로 고전압 시스템의 이중화가 달성되어 단일 스위칭 컨택터에 대한 의존도를 줄인다.
공지된 종래 기술에 기초하여, 본 발명의 하나의 목적은, 배터리 제어 시스템 및 배터리 팩과 함께, 배터리 팩 내의 적어도 하나의 컨택터의 건강 상태를 모니터링하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 방법, 청구항 10의 특징을 갖는 배터리 제어 시스템, 및 청구항 11의 특징을 갖는 배터리 팩에 의해 달성된다. 유리한 추가 개발은 종속항, 설명 및 도면으로부터 진행된다.
이에 따라 배터리 팩에서 적어도 하나의 컨택터의 상태를 모니터링하는 방법이 제안된다.
컨택터는 예를 들어, 릴레이와 같은, 전기 회로의 전기 기계식 절연 요소일 수 있다.
건강 상태는 컨택터의 특성을 나타내는 컨택터의 상태를 나타낼 수 있다. 특히, 이것은 대응하는 컨택터의 절연 능력, 즉 배터리 시스템의 나머지 부분으로부터 예를 들어 배터리 팩의 전기적 절연을 위한 능력으로 이해될 수 있다. 절연 능력을 나타내는 한 가지 파라미터는 컨택터의 절연 저항이다. 절연 저항은 개방된 컨택터를 가로질러 구성되는 저항으로 이해할 수 있다.
절연 저항의 해당 값은 본질적으로 컨택터의 차단기 챔버에 있는 컨택터 접점들 사이의 공극에 따라 달라질 수 있다. 손상되지 않고 사용되지 않은 컨택터는 몇 기가옴 정도의 절연 저항을 가정할 수 있다.
그러나 서비스 수명 동안, 절연 저항이 감소할 수 있으며 이는 컨택터의 노후화로 설명될 수 있다. 컨택터의 절연 저항 감소는 예를 들어, 컨택터 접점들의 오염, 마모 및/또는 아크 침식으로 인해 발생할 수 있으며, 이에 따라 절연 저항이 감소할 수 있다. 컨택터의 절연 저항을 감소시킬 수 있는 추가 요소는, 컨택터 하우징에 존재하고, 컨택터 접점들 사이의 전도 경로 또는 브리지 형성에 전도성이 있는 오염, 먼지 및 입자를 포함한다. 더욱이, 순수한 기계적 요인은 또한, 예를 들어, 컨택터 접점들의 서로에 대한 이동성의 제한과 같은, 절연 저항의 감소를 초래할 수 있으며, 그 결과 컨택터 접점들이 개방 상태에서 브리지 또는 전도 경로의 형성과 마찬가지로 전도성이 있는 방식으로 서로 충분히 이격되지 않는다.
적어도 위에서 언급한 요소들은, 컨택터의 절연 저항을 고려하는데 역할을 하며, 우선, 배터리 시스템에서 컨택터의 작동을 위해, 컨택터가 부하로부터 배터리 셀의 정상적인 절연을 실행할 수 있는지 여부만이 유일한 관련 요인이라는 이유로, 여기서 전체적으로 고려된다.
이러한 절연 저항의 감소는 또한 컨택터의 노후화로 설명될 수도 있다. 여기서 노후화는 위에서 설명한 바와 같이 기계적, 화학적 및 전기적 원인에 기인할 수 있다. 전류 차단을 위한 스위칭 동작의 빈도에 따라, 스위칭되는 각각의 전류의 크기 및 방향과 함께, 컨택터 노후화가 더 빠르게 또는 더 느리게 진행된다.
특정 절연 저항 미만(예: 300킬로옴 미만)에서는, 모든 부하 조건, 특히 고전류 및 필수 안전 셧다운이 있는 경우, 배터리 시스템의 나머지 부분으로부터의 배터리 팩의 안전한 절연은, 예를 들어, 스위칭 접점들 사이의 아크 발생이, 차단하려는 전류 플럭스의 의도치 않은 추가 전도를 초래하기 때문에, 더 이상 안정적으로 달성될 수 없다.
배터리 팩은 전기 에너지의 전기화학적 저장을 위한 적어도 하나의 배터리 셀과, 전기 에너지를 인터페이스로 전달하기 위한 제1 인터페이스 라인 및 제2 인터페이스 라인을 포함한다.
인터페이스는, 예를 들어 고전압 소켓-아웃렛 형태로 구성될 수 있어, 배터리 팩이 간단한 플러그인 연결을 통해 배터리 시스템에 전기적으로 연결될 수 있다. 차량에서, 배터리 시스템에 대한 배터리 팩의 연결은, 예를 들어, 추가 배터리 팩이 상호 연결되어 논리적으로 구성된, 예를 들어 전기 모터로 구동되는 차량의 작동을 위한 고전압 시스템의 형성을 위한, 차량 배터리를 형성하는 "차량 인터페이스 박스"(VIB)를 통해 실행될 수 있다.
배터리 팩은 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 각각의 배터리 모듈은 차례로 전기 에너지의 실제 저장을 담당하는 개별 전기화학 배터리 셀을 수용할 수 있다.
제1 인터페이스 라인에서, 적어도 하나의 스위칭 가능한 제1 컨택터는, 인터페이스와 적어도 하나의 배터리 셀 사이에 배열되고, 제2 인터페이스 라인에서, 적어도 하나의 스위칭 가능한 제2 컨택터는 인터페이스와 적어도 하나의 배터리 셀 사이에 배열된다. 이와 같이 인터페이스와 배터리 셀 사이에 제1 컨택터와 제2 컨택터를 배열함으로써, 배터리 셀을 인터페이스로부터 안전하게 절연할 수 있어 안전 기준 및 제어성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 개방된 제1 컨택터에 대한 제1 차동 전압을 측정하는 단계를 포함한다. 제1 차동 전압은 배터리 팩에 존재하는 전압일 수 있으며, 이는 적어도 특히 개방된 제1 컨택터를 가로질러 측정된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 제2 차동 전압이, 개방된 제2 컨택터에 대해 측정된다. 제1 차동 전압과 유사한 방식으로, 제2 차동 전압은 또한 배터리 팩에 존재하고 적어도 특히 개방된 제2 컨택터를 가로질러 측정되는 전압일 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 또한 측정된 상기 제1 차동 전압에 기초하여 제1 컨택터의 건강 상태를 모니터링하는 단계를 포함한다. 상기 제1 차동 전압은 개방된 제1 컨택터를 가로질러 적어도 부분적으로 측정되고, 제1 차동 전압은 컨택터의 노후화에 따라 그리고 추가로 컨택터의 노후화와 관련된 절연 저항의 변화에 따라 변하기 때문에, 제1 컨택터의 건강 상태를 모니터링할 수 있다.
그러나 제안된 방법에서, 컨택터의 내부 저항은 명시적으로 결정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 특히 전압 측정 외에 전류 측정을 하지 않기 때문에, 전류 측정이 없는 상태에서, 내부 저항은 차동 전압으로부터 계산될 수 없다. 본 방법은 전적으로 차동 전압 측정을 기반으로 한다.
"모니터링"을 위한 프로세스 단계에 의해, 입력 변수로서 "제1 차동 전압"을 기초로, 출력 변수가 생성되고, 이는 제1 컨택터의 건강 상태에 대한 정보를, 추가 제어 장치, 디스플레이 유닛 또는 사용자와 같은, 추가 시스템 구성요소로 전달한다. 가장 간단한 형태로, 이것은 측정된 차동 전압이 지정된 값을 초과하는지 또는 지정된 값 아래에 있는지에 대한 정보일 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 제2 컨택터의 건강 상태는 측정된 제2 차동 전압에 기초하여 모니터링된다. 제2 차동 전압이, 제1 컨택터와 유사한 방식으로, 개방된 제2 컨택터를 통해 적어도 부분적으로 측정되기 때문에, 이것은 제2 컨택터의 건강 상태의 모니터링을 허용한다. 따라서 한 컨택터에 대한 방법의 효과는 다른 컨택터에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 다시 말해서, 이 방법은 적어도 하나의 차동 전압의 측정에만 전적으로 기초하여 적어도 하나의 컨택터에서 노후화 과정의 모니터링을 허용한다.
따라서 제안된 방법에 따르면, 개방된 컨택터를 가로질러 전압 강하가 측정된다. 이러한 방식으로 컨택터의 전기적 기능과 기계적 기능이 모두 모니터링된다.
제안된 방법은, 간단한 전압 측정을 고려하여, 제1 컨택터 및/또는 제2 컨택터의 건강 상태에 대한 결론을 도출할 수 있다.
반대로 "컨택터 개방"과 " 컨택터 닫힘" 두 가지 작동 상태 사이에서 크게 달라지는 전류 플럭스를 결정하는 것을 요구하는 저항 측정은 그에 따라 무시되며, 그 결과 추가 전류 측정 없이 방법을 실행할 수 있다.
제안된 방법의 정확성은, 한편으로는, 컨택터의 건강 상태 및 따라서 안전한 작동 상태의 존재가 안정적으로 모니터링될 수 있기 때문에, 높은 수준의 작동 안정성을 허용하고, 다른 한편으로는 방법은 컨택터가 EOL(수명 종료)까지 사용할 수 있고 사전 정의된 수의 스위칭 주기가 완료되면 폐기할 필요가 없기 때문에, 유지보수 주기를 정확하게 조정하는 것을 허용한다.
이 방법은 유리하게 다음의 추가 단계들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: 측정된 제1 차동 전압과 제1 전압 임계값의 비교에 기초하여 제1 컨택터의 건강 상태를 모니터링하는 단계, 및/또는 측정된 제2 차동 전압과 제2 전압 임계값의 비교에 기초하여 제2 컨택터의 건강 상태를 결정하는 단계.
상기 제1 전압 임계값 및 상기 제2 전압 임계값은 미리 설정될 수 있거나, 회로의 서비스 수명 동안 동적으로 조정될 수 있다. 서로 동일하거나 다른 값을 가정할 수 있다. 전압 임계값과의 대응하는 비교에 의해, 방법은 높은 수준의 계산 노력 없이도 강력한 방식으로 실행될 수 있다.
이 방법에 따르면, 유리하게는, 적어도 하나의 기준 전위를 고려하여 적어도 하나의 차동 전압이 측정될 수 있으며, 여기서 바람직하게는 적어도 하나의 크로스오버 전압이 각각의 개방된 컨택터를 통해 측정된다. 기준 전위는, 배터리 팩에 존재하는, 차동 전압과 다른 전압이다. 배터리 팩 또는 배터리 셀들의 충전 상태 및 건강 상태에 따라 다를 수 있다.
크로스오버 전압은, 예를 들어, 컨택터(예: 개방된 컨택터), 및 회로의 추가 구성요소를 가로지르는 전압 강하일 수 있다.
또한 크로스오버 전압은 배터리 제어 시스템에 의해 모든 이벤트에 기록되는 측정 변수일 수 있다. 따라서, 측정된 크로스오버 전압을 컨택터 노후화와 관련하여 첫 번째로 고려하고, 두 번째로 배터리 팩의 다른 특성 변수들의 모니터링을 위해 고려하는 것이 가능하다. 이는 배터리 팩에서 실행되는 프로세스의 효율성과, 배터리 팩의 응답성을 향상시킨다.
이 방법에 따르면, 유리하게는, 제1 컨택터 및 제2 컨택터 상의 차동 전압은, 인터페이스를 마주하는 인터페이스 노드 포인트에 대해, 그리고 배터리를 마주하는 배터리 셀 노드 포인트에 대해 각각 측정될 수 있다. 제1 차동 전압은 제1 컨택터의 인터페이스 노드 포인트와 제2 컨택터의 배터리 셀 노드 포인트 사이에 존재하는 제1 크로스오버 전압이고, 및/또는 제2 차동 전압은 제2 컨택터의 인터페이스 노드 포인트와 제1 컨택터의 배터리 셀 노드 지점 사이에 존재하는 제2 크로스오버 전압이다. 따라서 각각의 크로스오버 전압은 배터리 팩 회로에서 서로 전기적으로 분리된 두 포인트에 존재할 수 있다.
제1 및 제2 컨택터는 각각의 전기 라인을 차단할 수 있다. 인터페이스 노드 포인트는 인터페이스와 각각의 컨택터 사이에 배열되는 회로의 노드 포인트로 이해될 수 있다. 배터리 셀 노드 포인트는 대응하여 각각의 컨택터와 적어도 하나의 배터리 셀 사이에 배열되는 회로의 노드 포인트로 이해될 수 있다. 각 노드 포인트는 컨택터의 닫힘 접점들 또는 연결 단자들에 해당할 수 있다. 대안으로, 그것들은 컨택터와, 인터페이스 또는 적어도 하나의 배터리 셀 사이의 임의의 포인트에 제공될 수 있다.
방법은 유리하게 다음 단계들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: 제1 크로스오버 전압이 경고 전압 임계값을 달성하거나 초과하는 경우에 경고 신호를 생성하는 단계, 및/또는 제2 크로스오버 전압이 제2 경고 전압 임계값을 달성하거나 초과하는 경우에 경고 신호를 생성하는 단계. 경고 신호는 배터리 제어 장치에 의해 추가 제어 장치, 디스플레이 유닛 또는 사용자에게 전송되어 제1 또는 제2 컨택터의 건강 상태가 치명적이라는 것을 표시할 수 있다. 각 컨택터의 스위칭이 억제되기 전에, 경고 신호가 생성되므로, 배터리 팩의 강제 중단 없이 컨택터를 교체할 수 있다. 그에 따라 최대의 작동 안정성과 최적의 활용이 결합된다.
방법은 유리하게 다음 단계들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: 제1 크로스오버 전압이 제1 전압 임계값을 초과하는 경우에 제1 컨택터의 스위칭을 억제하는 단계, 및/또는 제2 크로스오버 전압이 제2 전압 임계값을 초과하는 경우에 제2 컨택터의 스위칭을 억제하는 단계, 및/또는 상기 제1 크로스오버 전압이 상기 제1 전압 임계값을 초과하거나 상기 제2 크로스오버 전압이 상기 제2 전압 임계값을 초과하는 경우에 상기 제1 컨택터 및 상기 제2 컨택터의 스위칭을 억제하는 단계.
경고 전압 임계값과 전압 임계값 모두 볼트로 설정할 수 있으며 자유롭게 선택할 수 있다. 한편으로는 컨택터 노후화와 관련된 제조업체 데이터와, 다른 한편으로는 필수 안전 마진을 고려할 수 있다. 컨택터의 스위칭이 억제되는 즉시 적어도 하나의 배터리 셀 및 인터페이스로부터의 연결 해제를 보장하기 위해 해당 명령에도 불구하고 컨택터는 더 이상 닫히지 않는다. 제1 컨택터와 제2 컨택터에 동일한 부품을 사용하는 경우, 제1 전압 임계값과 제2 전압 임계값을 동일한 값으로 지정하는 것이 유리하다.
경고 전압 임계값은 전압 임계값의 백분율을 구성할 수 있다. 예를 들어, 각각 고려되는 크로스오버 전압이 전압 임계값의 80%인 경우 경고가 트리거될 수 있다. 따라서 경고 전압 임계값은 전압 임계값의 80%이다. 경고 전압 임계값과 전압 임계값 사이의 마진은, 일반적인 사용자 행동을 고려할 수 있으며, 예를 들어 차량에 적용하는 경우, 차량 사용자가 서비스 정비소와 약속을 잡을 수 있도록 허용하고 차량이 그때까지 정상 사용 중에 안전 종료 없이 정상적으로 계속 작동하는 것을 허용한다. 즉, 경고 전압 값은 정상 주행 시 내내 차량이 안전하게 운행될 수 있도록 설정되며, 정비 주기도 준수할 수 있다.
방법은 유리하게 다음 단계들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: 제1 컨택터의 배터리 셀 노드 포인트와 제2 컨택터의 배터리 셀 노드 사이의 제1 기준 전위를 결정하는 단계, 및/또는 제1 컨택터의 인터페이스 노드 포인트와 제2 컨택터의 인터페이스 노드 포인트 사이의 제2 기준 전위를 결정하는 단계, 여기서 상기 제1 전압 임계값은 바람직하게는 제1 기준 전위에 따라 결정되고 상기 제2 전압 임계값은 바람직하게는 제2 기준 전위에 따라 결정된다. 각각의 기준 전위는 배터리 팩의 충전 상태와 같은 상태를 고려하는데 적합하다. 기준 전위와 전압 임계값 사이의 관계를 설정함으로써, 전압 임계값의 동적 조정이 허용된다. 이것은 방법의 유연성과 적응성을 향상시킨다.
상기 방법은 유리하게 다음 단계들을 포함할 수 있다: 각각의 컨택터의 닫힘을 위한 임의의 스위칭 프로세스 이전에, 제1 컨택터 및/또는 제2 컨택터의 건강 상태를 결정하는 단계. 건강 상태 모니터링을 위한 차동 전압의 측정을 기반으로, 각 컨택터의 각 스위칭 작동 전에, 노력 증가 없이, 건강 상태에 대한 해당 결론이 허용된다. 이를 통해 언제든지 건강 상태를 안정적으로 모니터링할 수 있으므로 안전성이 더욱 향상된다.
유리하게는, 방법은 또한 제1 차동 전압 및/또는 제2 차동 전압의 연속 측정을 위한 단계를 실행할 수 있다. 연속 측정에 의해, 제어 장치의 각 프로세서 시간 간격에서, 해당 차동 전압이 측정된다는 것을 알 수 있다. 결과적으로 각 컨택터의 건강 상태의 급격한 변화를 포함한 변화가 직접 검출된다. 이것은 모니터링의 역동성에 긍정적인 영향을 미친다.
배터리 팩에 사용하기 위해 제안된 배터리 제어 시스템은 본 발명에 따른 방법의 실행에 적합하다.
이를 위해, 해당 신호 라인들이 제공되고, 해당 기능들이 구조적으로 구현된다. 배터리 제어 시스템은 다양한 입력 신호가 출력 신호로 변환되는 프로세서를 포함하는 전자 모듈일 수 있다. 잠재적인 입력 신호는 컨택터의 건강 상태에 대한 설명이며, 각각의 차동 전압은 잠재적인 출력 신호를 구성한다.
전기 구동 유닛에 전기 에너지를 공급하기 위해 제안된 배터리 팩은 다음 구성요소를 포함한다: 적어도 하나의 배터리 셀, 인터페이스에 전기 에너지를 전달하기 위한 제1 인터페이스 라인 및 제2 인터페이스 라인, 제1 인터페이스 라인에 배열된 적어도 하나의 스위칭 가능한 제1 컨택터, 및 제2 인터페이스 라인에 배열된 적어도 하나의 스위칭 가능한 제2 컨택터. 배터리 팩은 전술한 배터리 제어 시스템을 더 포함한다. 배터리 팩의 해당 구성요소는 위에서 언급한 방법과 관련하여 이미 해결되었다. 방법과 관련하여 개시된 해당 특징은 배터리 팩에도 적용할 수 있다.
전술한 목적은 또한 전술한 방법의 실행을 위한 기계 실행 가능 명령어들이 저장되는 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 추가 실시예는 도면의 다음 설명을 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 제1 컨택터 및 제2 컨택터를 갖는 회로의 개략도를 도시한다.
도 2는 제1 크로스오버 전압 및 제2 크로스오버 전압의 표현을 위한 단순화된 개략도를 도시한다.
도 3은 제1 컨택터 및 제2 컨택터를 갖는 회로의 추가 개략도를 도시한다.
도 4는 제1 컨택터 및 제2 컨택터를 갖는 회로의 등가 회로도를 도시한다.
도 5는 제1 컨택터의 절연 저항에 대해 플롯된, 시뮬레이션된 크로스오버 전압의 제1 다이어그램을 도시한다.
도 6은 제2 컨택터의 절연 저항에 대해 플롯된, 시뮬레이션된 크로스오버 전압의 제2 다이어그램을 도시한다.
도 7은 절연 저항에 대해 플롯된, 시뮬레이션된 크로스오버 전압 세트의 제3 다이어그램을 도시한다.
이하 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명한다. 다양한 도면에서 동일하거나 유사하거나 동일하게 기능하는 요소는 동일한 참조 기호로 식별되며, 중복을 피하기 위해 이러한 요소에 대한 반복적인 설명은 여러 곳에서 생략된다.
도 1은 전기 에너지의 전기화학적 저장을 위한 적어도 하나의 개략적으로 도시된 배터리 셀(4)을 포함하는 배터리 팩(3)의 개략도를 도시한다. 이러한 유형의 배터리 팩(3)은 예를 들어 구동 에너지의 전달을 위해 차량에 제공될 수 있다.
배터리 팩(3)에 제공되는 복수의 배터리 셀(4)은 배터리 모듈의 형태로 구성될 수 있고, 복수의 배터리 모듈은 또한 배터리 팩에 제공될 수 있다. 복수의 배터리 팩(3)은 차례로 배터리 시스템에서 상호 연결될 수 있으며, 이는 궁극적으로 구동 에너지의 전달을 위해 제공될 수 있다. 배터리 시스템은 예를 들어 400V 또는 800V의 정격 전압에서 작동하는 "고전압 시스템"일 수 있다.
배터리 팩(3)은 제1 인터페이스 라인(5) 및 제2 인터페이스 라인(6)을 포함한다. 제1 인터페이스 라인(5) 및 제2 인터페이스 라인(6)은 전기 에너지를 인터페이스(7)에 전달한다. 인터페이스(7)는, 예를 들어, 배터리 시스템에 대한 간단한 전기 플러그인 연결을 허용하는 고전압 소켓-아웃렛의 형태로 제공될 수 있다. 다시 말해, 배터리 팩(3)은 인터페이스(7)에서 배터리 시스템의 나머지 부분에 연결될 수 있으며, 여기서 전기 에너지는, 배터리 팩(3)의 내부 구조, 특히 하나 이상의 배터리 모듈이 배터리 팩(3)에 배열되는지 여부, 또는 배터리 팩(3)의 배터리 셀(4)이 다른 방식으로 구조화되는지 여부에 관계없이, 배터리 팩(3)으로부터 배터리 시스템의 나머지 부분으로 단일 플러그인 연결을 통해 배타적으로 전달된다. 따라서 원칙적으로 배터리 시스템은 배터리 팩(3)을 단일 배터리로 간주한다.
배터리 팩(3)의 연결을 위한 인터페이스(7)는 또한, 이러한 방식으로, 배터리 팩(3)이, 예를 들어, 차량의 구동 유닛의 추진을 위해 사용될 수 있도록, 예를 들어, (도시되지 않은) 고전압 시스템의 구성에 사용될 수 있도록, 차량 인터페이스 박스(VIB) 상에 구성될 수 있다.
도 1에 따른 배터리 팩(3)에서, 제1 컨택터(1) 및 제2 컨택터(2)를 갖는 회로가 도시된다. 제1 컨택터(1)는 제1 인터페이스 라인(5)에 배열되고, 제2 컨택터(2)는 제2 인터페이스 라인(6)에 배열된다. 제1 컨택터(1) 및 제2 컨택터(2)의 기능은, 개방 상태에 있는 컨택터(1, 2)를 갖는 라인(7)이 배터리 셀(4)에 연결되지 않아 무전압 상태가 되도록, 인터페이스(7)로부터 배터리 셀(4)을 절연하는 것이다. 이에 따라, 컨택터들(1, 2)의 기능은 배터리 팩(3)의 연결 및 분리이다. 배터리 팩(3) 또는 전체 배터리 시스템이 불안정하거나 위험 상태인 이벤트에서, 컨택터들(1, 2)을 통해, 배터리 팩(3)의 안전 차단도 실행될 수 있다.
도시된 예시적인 실시예에서, 제1 컨택터(1)는 인터페이스(7)를 마주하는 인터페이스 노드 포인트(8)와, 배터리 셀(4)을 마주하는 배터리 셀 노드 포인트(10) 사이에 배열된다. 따라서, 제1 컨택터(1)는 인터페이스 노드 포인트(8)와 배터리 셀 노드 포인트(10) 사이의 전기적 연결을 차단하거나 설정할 수 있다.
동일한 방식으로, 제2 컨택터(2)는 인터페이스(7)를 마주하는 인터페이스 노드 포인트(9)와, 배터리 셀(4)을 마주하는 배터리 셀 노드 포인트(11) 사이에 배열된다. 따라서, 제2 컨택터(2)는 인터페이스 노드 포인트(9)와 배터리 셀 노드 포인트(10) 사이의 전기적 연결을 차단하거나 설정할 수 있다.
도 1은 개방 위치에 있는 제1 컨택터(1)와 제2 컨택터(2)를 모두 나타낸다. 이 위치에서 각각의 컨택터(1, 2)는 각각의 절연 저항을 전달한다.
도 1에 따른 표현은 이 예시적인 실시예에 따른 방법의 동작을 예시하기 위한 것임을 주목해야 한다. 따라서 컨택터의 수, 배터리 셀의 수 또는 인터페이스 라인의 수는 제한적인 것이 아니다.
일반적으로 컨택터(1, 2)의 절연 저항은 300메가옴을 초과한다. 그러나 다양한 스위칭 주기 동안, 예를 들어, 스위칭 중에 잔류 전류가 흐르고 이에 따라 아크가 생성된 경우에, 컨택터는, 접촉 마모, 아크 침식 또는 접점 융합의 결과로, 마모된다. 이러한 마모의 결과로, 컨택터의 절연 저항이 감소될 수 있으며, 사전 정의된 절연 저항이 달성되면, 인터페이스(7)로부터 배터리 셀(4)의 절연은 더 이상 사용할 수 없고 더 이상 보장할 수 없다. 이 절연 저항은 예를 들어 300킬로옴일 수 있다. 이 절연 저항에 도달하면 해당 컨택터의 수명이 다한 것이므로 교체해야 한다.
이상적인 작동에서, 컨택터는 전원이 차단된 상태로만 스위칭되므로 컨택터 노후화는 본질적으로 기계적 마모로만 인해 발생한다. 이러한 노후화는 스위칭 주기를 측정하여 모니터링할 수 있지만, 예상치 못한 작동 상태 또는 제어의 최적 구성이 아닌 경우, 전류가 흐르는 곳에서도 스위칭이 실행될 가능성이 있다. 전류 차단을 위한 스위칭 동작의 빈도와 스위칭되는 각 전류의 크기 및 방향에 따라, 컨택터 노후화가 더 빠르게 또는 더 느리게 진행된다.
따라서 더 이상 안전하지 않은 컨택터가 배터리 팩(3)에서 계속 사용되는 것을 방지하기 위해, 컨택터 노후화를 보다 정확하게 모니터링할 필요가 있다. 반대로, 자원 절약을 위해, 컨택터의 조기 교체를 방지하기 위한 것이다.
여기에 나타낸 예시적인 실시예에 따르면, 개방된 제1 컨택터(1)에 대한 제1 차동 전압(Udif, 1) 및/또는 개방된 제2 접촉기(2)에 대한 제2 차동 전압(Udif, 2)이 측정된다. 측정된 제1 차동 전압(Udif, 1) 또는 측정된 제2 차동 전압(Udif, 2)을 참조하여, 제1 컨택터(1) 또는 제2 컨택터(2)의 건강 상태를 결정하거나 적어도 각각의 컨택터가 여전히 안전한 방식으로 작동할 수 있는지 여부를 알아낼 수 있다.
차동 전압은 처음에 두 지점 사이에 존재하는 측정된 전압으로 이해될 수 있다.
도 2는 특정 차동 전압을 나타낸다. 따라서, 제1 차동 전압(Udif, 1)으로서, 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1)이 측정된다. 제2 차동 전압(Udif, 2)으로서, 제2 크로스오버 전압(Ukreuz, 2)이 측정된다. 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1)은 제1 컨택터(1)의 인터페이스 노드 포인트(8)와 제2 컨택터(2)의 배터리 셀 노드 포인트(11) 사이에 존재한다. 제2 크로스오버 전압(Ukreuz, 2)은 제1 컨택터(1)의 배터리 셀 노드 포인트(10)와 제2 컨택터(2)의 인터페이스 노드 포인트(9) 사이에 존재한다. 따라서, 크로스오버 전압(Ukreuz, 1, 2)은, 제1 컨택터(1) 또는 제2 컨택터(2)에서의 전압 강하와 관련하여 - 각 경우에서 고정된 기준값과 관련하여 -, 즉 제2 컨택터(2)의 배터리 노드 포인트(11) 및 인터페이스 노드 포인트(9) 각각과 관련하여, 설명을 가능하게 한다. 일반적으로 제2 인터페이스 라인(6)은 접지 전위에 있어 이 경우에 각각의 기준 전위는 접지이다.
도 2에 따른 회로에서 크로스오버 전압(Ukreuz, 1, 2)에 추가하여, 제1 기준 전압(Uref, 1) 및 제2 기준 전압(Uref, 2)도 측정된다. 제1 기준 전압(Uref, 1)은 제1 컨택터(1)의 배터리 셀 노드 포인트(10)와 제2 컨택터(2)의 배터리 셀 노드 포인트(11) 사이에 존재하므로 배터리 셀(4)의 전압에 해당한다.
제2 기준 전압(Uref, 2)은 제1 컨택터(1)의 인터페이스 노드 포인트(8)와 제2 컨택터(2)의 인터페이스 노드 포인트(9) 사이에 존재하므로 인터페이스(7)에 인가되는 전압에 해당한다. 제1 기준 전압(Uref, 1)을 참조하여, 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1)의 표준화가 가능하다. 제2 기준 전압(Uref, 2)을 참조하여, 제2 크로스오버 전압(Ukreuz, 2)의 표준화가 가능하다.
도 3은 배터리 팩(3)의 회로의 추가 표현을 도시한다. 이 배터리 팩은 또한 예를 들어 고전압 시스템에 대한 연결을 허용하는 인터페이스(7)를 포함한다.
제1 컨택터(1) 및 제2 컨택터(2)에 더하여, 보조 컨택터(12)가 회로에 제공된다. 보조 저항(13)은 보조 컨택터(12)의 상부 회로에 연결된다. 보조 컨택터(12)와 보조 저항(13)은 제1 컨택터(1)의 인터페이스 노드 포인트(8)와 제1 컨택터(1)의 배터리 팩 노드 포인트(10)에 연결된다. 보조 컨택터(12) 및 보조 저항(13)의 기능은, 배터리 팩(3)이 배터리 시스템에 연결될 때, 보조 저항(13)을 통해 배터리 시스템에 존재하는 정전 용량의 사전 충전을 허용하여, 배터리 팩(3)이 배터리 시스템에 연결될 때, 배터리 셀(4)의 높은 부하를 초래할 수 있고 그리고 컨택터(1, 2)가 닫힐 때 컨택터(1, 2)의 높은 부하 및 마모를 초래할 수 있는, 과도하게 높은 전류의 갑작스러운 흐름이 없도록 한다. 이러한 유형의 보호 회로는 원칙적으로 잘 알려져 있다.
제1 컨택터(1) 또는 제2 컨택터(2)의 건강 상태에 대한 전압 기반 모니터링의 기본 동작 모드는 보조 컨택터(12) 및 보조 저항(13)의 영향을 받지 않고 유지된다.
도 3의 다양한 화살표는 다양한 측정 전압을 나타낸다. 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1), 제2 크로스오버 전압(Ukreuz, 2), 제1 기준 전압(Uref, 1) 및 제2 기준 전압(Uref, 2)은 도 2에서 알 수 있다.
더욱이, 도 3에 따른 회로에서, 다양한 보조 전압이 측정된다: 제1 보조 전압(Uhilf, 1)은 제2 컨택터(2)의 인터페이스 노드 포인트(9)와 접지 포인트 사이에 존재한다. 제2 보조 전압(Uhilf, 2)은 배터리 저항(15)의 포인트 업 회로와 제2 컨택터(2)의 배터리 셀 노드 포인트(11) 사이에 인가된다. 제3 보조 전압(Uhilf, 3)은 배터리 저항(15)의 포인트 업 회로와 추가적인 접지 포인트 사이에 인가된다. 제4 보조 전압(Uhilf, 4)은 제2 컨택터(2)의 배터리 셀 노드 포인트(11)와 추가 접지 포인트 사이에 인가된다.
다양한 보조 전압은 도 3에 따른 회로의 전압 조건에 대한 자세한 이미지를 배터리 제어 시스템에 제공하는데 사용된다. 배터리 저항(15)은 배터리 팩(3)의 저항을 나타내기 위해 개략적으로만 표시된다. 설명을 위해 오직, 도 3은 배터리 셀로서 DC 전류 소스(14)를 도시한다.
도 4는 추가 회로를 나타낸다. 도 4에 따른 회로는 측정 어셈블리를 포함하는 배터리 팩(3)의 등가 회로도를 나타낸다.
제1 컨택터(1)의 내부 저항은 제2 보조 컨택터(12)의 내부 저항 및 보호 저항(13)과 함께 제1 공통 내부 저항(16)에 할당될 수 있다. 제2 컨택터(2)는 제2 내부 저항(17)에 할당될 수 있다. DC 전류 소스(14) 또는 적어도 하나의 배터리 셀(4)은 교체 배터리(18)에 할당될 수 있다. 다양한 저항(19)이 회로에 표시되며, 그 기능은 여기에서 자세히 설명되지 않지만 배터리 셀 내의 조건을 나타내기 위한 것일 뿐이다.
측정 션트(20)는 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1)에 따른 전압 강하를 결정하는데 사용된다. 측정 션트(21)는 제2 크로스오버 전압(Ukreuz, 2)에 따른 전압 강하를 결정하는데 사용된다. 추가 측정 션트(22)는 제1 기준 전압(Uref, 1)에 따른 전압 강하를 결정하는데 사용된다. 추가 측정 션트(23)는 제2 기준 전압(Uref, 2)에 따른 전압 강하를 결정하는데 사용된다. 따라서 측정 션트(20, 21) 상의 전압 강하를 참조하여, 각각의 크로스오버 전압을 결정할 수 있다. 이것은 각각의 컨택터(1, 2) 또는 그에 할당된 내부 저항(16, 17)의 노후화 과정의 효율적인 모니터링 또는 결정을 허용한다.
도 5는 절연 저항, 즉 각 개방된 컨택터의 전기 저항에 대해 플롯된 크로스오버 전압의 예시적인 시뮬레이션된 전압 특성을 나타낸다. 도 5와 관련하여, 상위 특성은 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1)의 전압 특성에 해당하는 반면, 하위 특성은 제2 크로스오버 전압(Ukreuz, 2)의 전압 특성에 해당한다. 이는 예시일 뿐이며 역 할당은 동등하게 적용 가능하다..
도 5에 따른 예에서, 제1 컨택터(1)는 상당한 노후화를 겪고 그 내부 저항이 감소한다. 시뮬레이션에서 제2 컨택터(2)는 (높은) 내부 저항을 유지하므로 가시적인 노후화가 발생하지 않은 것으로 동시에 가정한다. 이것은 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1), 즉 상위 특성에서 유추할 수 있다. 따라서 크로스오버 전압(Ukreuz, 1)은 제1 컨택터(1)의 절연 저항이 감소함에 따라 증가한다. 다시 말해서, 제1 컨택터(1)는 더 이상 배터리 셀(4)에 의해 생성된 전압으로부터 제1 인터페이스(5)를 완전히 졀연할 수 없으므로 이 경우 개방된 컨택터(1)를 가로질러 전압 전달이 발생한다. 이것은 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1)의 측정에 의해 검출된다.
제1 컨택터(1)의 이러한 노후화 과정을 모니터링하기 위해, 제1 전압 임계값(Ukrit, 1)이 정의된다. 이 제1 전압 임계값(Ukrit, 1)은 예를 들어 도 5에 표시된 회로의 시뮬레이션에서 추론할 수 있다. 여기서 제1 전압 임계값(Ukrit, 1)은 치명적으로 가정되는 컨택터(1)의 (시뮬레이션된) 내부 저항으로부터 추론된다. 일 예에서, 제1 전압 임계값(Ukrit, 1)은 예를 들어 1.4메가옴의 (시뮬레이션된) 내부 저항에서 설정될 수 있다. 회로에서 측정된 크로스오버 전압(Ukreuz, 1)이 전압 임계값(Ukrit, 1)을 초과하면 컨택터(1)의 내부 저항이 치명적 값 아래로 떨어진 것으로 가정하므로 배터리 팩(3)이 더 이상 켜지지 않을 수 있다.
절대값으로 고정되지 않고 각 배터리 셀의 충전 상태에 적응하는 전압 임계값을 정의하기 위해, 예를 들어, 전압 임계값은 제1 기준 전압(이 경우 400V)의 90%로 정의할 수도 있다. 측정 또는 검출된 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1)이 제1 전압 임계값(Ukrit, 1)을 달성하거나 초과하자마자, 제1 컨택터(1)의 치명적 건강 상태가 도달된다. 결과적으로, 이러한 경우, 각각의 컨택트가 닫히는 것을 방지할 수 있고 해당 메시지를 배터리 제어 장치로 전송할 수 있다.
여기서 전압 임계값을 초과하여 배터리 팩이 경고 없이 갑자기 기능을 중지하는 것을 방지하기 위해, 경고 메시지가 중앙 배터리 컨트롤러에 출력되는 경고 전압 임계값을 추가로 정의할 수 있다. 경고 전압 임계값은 바람직하게는 전압 임계값에 도달하여 배터리 팩의 추가 사용이 억제되기 전에 배터리 팩이 잠시 동안 여전히 작동될 수 있도록 수치가 지정된다. 경고 전압 임계값은, 예를 들어, 차량에서 배터리 팩을 사용하는 경우, 차량 운전자가 차량의 정규 동작 중에 정비소에서 서비스 약속을 잡을 수 있고 차량이 그때까지 통상적으로 계속 운행할 수 있는 충분한 시간을 갖도록 설정하는 것이 바람직합니다. 따라서, 경고 전압 임계값은, 예를 들어 기준 전압의 80%, 또는 시뮬레이션에서 유도되고 경고 값에 있는 각 컨택터의 계산된 내부 저항에서 설정될 수 있다. 도 6은 절연 저항에 대해 플롯된 크로스오버 전압의 추가적인 시뮬레이션을 나타낸다. 도 6에서, 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1)과 제2 크로스오버 전압(Ukreuz, 2)의 특성이 일치하여 하나의 곡선만 인식될 수 있다. 여기서는 두 컨택터(1, 2)가 동일한 노후화 과정을 겪는다고 가정한다. 따라서 절연 저항이 감소함에 따라, 크로스오버 전압(Ukreuz, 1, 2)이 증가한다. 결과적으로 도 2에 표시된 예에서, 제2 전압 임계값(Ucrit, 2)에 도달하면 각 컨택터(1, 2)의 닫힘도 억제된다. 도 7에는 크로스오버 전압들의 다양한 시뮬레이션이 절연 저항에 대해 플롯된 다이어그램이 추가로 도시된다. 여기에서, 개별 영역이 강조 표시된다. "I"로 식별된 영역, 즉 상대적으로 높은 저항과 상대적으로 낮은 전압을 갖는 영역에서, 컨택터는 여전히 안정적으로 기능을 실행할 수 있다. 절연 저항이 더 감소하고 전압이 더 증가하면, 즉 영역 II에서는 이미 심각한 노후화에 도달한 것이다. 이 영역에서 각 배터리 컨트롤러에 경고가 전송된다. 각 컨택터가 계속 노후화되면, 즉 저항과 전압이 계속 증가하는 경우, 영역 III 참조, 각 컨택터가 개방되었을 때 각 인터페이스 라인이 인터페이스로부터 분리된다는 것이 더 이상 보장되지 않고, 이것이 닫힘이 이러한 영역들에서 방지되는 이유이다. 이 영역은, 안전상의 이유로, 컨택터의 닫힘을 방지해야 하는 결함 영역이라고도 한다. 이것은 제안된 방법에 의해 효율적으로 달성되며, 여기서 크로스오버 전압 측정은 컨택터의 건강 상태와 관련하여, 신뢰할 수 있는 결론을 도출하기에 충분하다.
전술한 방법은 배터리 제어 시스템에서 구현될 수 있으며, 바람직한 구성에서 개별 실행 단계는 배터리 제어 시스템의 프로세서에 의해 실행될 수 있는 기계 실행 가능 명령어들의 형태로 설정된다. 기계 실행 가능 명령어들은 바람직하게는 예를 들어 ROM, EPROM 또는 하드 디스크 메모리의 형태로 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있다.
적용 가능한 범위 내에서, 실시예에 도시된 임의의 개별 특징은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 결합 및/또는 상호 교환될 수 있다.
1 : 제1 컨택터
2 : 제2 컨택터
3 : 배터리 팩
4 : 배터리 셀
5 : 제1 인터페이스 라인
6 : 제2 인터페이스 라인
7 : 인터페이스
8 : 제1 컨택터의 인터페이스 노드 포인트
9 : 제2 컨택터의 인터페이스 노드 포인트
10 : 제1 컨택터의 배터리 셀 노드 포인트
11 : 제2 컨택터의 배터리 셀 노드 포인트
12 : 보조 컨택터
13 : 보호 저항
14 : DC 전류 소스
15 : 배터리 저항
16 : 내부 저항
17 : 내부 저항
18 : 교체 배터리
19 : 저항
20 : 측정 션트
21 : 측정 션트
22 : 측정 션트
23 : 측정 션트
Udif, 1 : 제1 차동 전압
Udif, 2 : 제2 차동 전압
Ukreuz, 1 : 제1 크로스오버 전압
Ukreuz, 2 : 제2 크로스오버 전압
Uref, 1 : 제1 기준 전압
Uref, 2 : 제2 기준 전압
Ukrit, 1 : 제1 전압 임계값
Ukrit, 2 : 제2 전압 임계값
Uhilf, 1 : 제1 보조 전압
Uhilf, 2 : 제2 보조 전압
Uhilf, 3 : 보조 전압
Uhilf, 4 : 제4 보조 전압

Claims (12)

  1. 배터리 팩(3)에서 적어도 하나의 컨택터(1, 2)의 건강 상태를 모니터링하는 방법에 있어서,
    여기서 상기 배터리 팩(3)은, 전기 에너지의 전기화학적 저장을 위한 적어도 하나의 배터리 셀(4)과, 전기 에너지를 인터페이스(7)로 전달하기 위한 제1 인터페이스 라인(5) 및 제2 인터페이스 라인(6)을 포함하고,
    적어도 하나의 스위칭 가능한 제1 컨택터(1)는 상기 인터페이스(7)와 상기 적어도 하나의 배터리 셀(4) 사이의 상기 제1 인터페이스 라인(5)에 배열되고, 적어도 하나의 스위칭 가능한 제2 컨택터(2)는 상기 인터페이스(7)와 상기 적어도 하나의 배터리 셀(4) 사이의 상기 제2 인터페이스 라인(6)에 배열되며,
    상기 방법은,
    - 개방된 상기 제1 컨택터(1)에 대한 제1 차동 전압(Udif, 1)을 측정하고, 및/또는 개방된 상기 제2 컨택터(2)에 대한 제2 차동 전압(Udif, 2)을 측정하는 단계;
    - 측정된 상기 제1 차동 전압(Udif, 1)에 기초하여 상기 제1 컨택터(1)의 건강 상태를 모니터링하고, 및/또는 측정된 상기 제2 차동 전압(Udif, 2)에 기초하여 상기 제2 컨택터(2)의 건강 상태를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    측정된 상기 제1 차동 전압(Udif, 1)과 제1 전압 임계값(Ukrit, 1)의 비교에 기초하여 상기 제1 컨택터(1)의 건강 상태를 모니터링하고, 및/또는
    측정된 상기 제2 차동 전압(Udif, 2)과 제2 전압 임계값(Ukrit, 2)의 비교에 기초하여 상기 제2 컨택터(2)의 건강 상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 차동 전압(Udif, 1, 2)은, 적어도 하나의 기준 전위(9, 11)를 고려하여 측정되며, 여기서 바람직하게는 적어도 하나의 크로스오버 전압(Ukreuz, 1, 2)은 상기 기준 전위(9, 11)를 참조하여 각각의 개방된 컨택터(1, 2)를 통해 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 이전 청구항들 중 한 항에 있어서,
    상기 제1 컨택터(1)는 상기 인터페이스(7)를 마주하는 제1 인터페이스 노드 포인트(8)와 상기 배터리 셀(4)을 마주하는 제1 배터리 셀 노드 포인트(10) 사이에 배열되고, 및/또는 상기 제2 컨택터(2)는 상기 인터페이스(7)를 마주하는 제2 인터페이스 노드 포인트(9)와 상기 배터리 셀(4)을 마주하는 제2 배터리 셀 노드 포인트(11) 사이에 배열되며,
    여기서 상기 제1 차동 전압(Udif, 1)은 상기 제1 컨택터(1)의 상기 제1 인터페이스 노드 포인트(8)와 상기 제2 컨택터(2)의 상기 제2 배터리 셀 노드 포인트(11) 사이에 존재하는 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1)이고, 및/또는 상기 제2 차동 전압(Udif, 2)은 상기 제2 컨택터(2)의 상기 제2 인터페이스 노드 포인트(9)와 상기 제1 컨택터(1)의 상기 제1 배터리 셀 노드 포인트(10) 사이에 존재하는 제2 크로스오버 전압(Ukreuz, 2)인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 이전 청구항들 중 한 항에 있어서, ,
    상기 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1) 또는 상기 제1 차동 전압(Udif, 1)이 제1 전압 임계값(Ukrit, 1)을 초과하는 경우 상기 제1 컨택터(1)의 스위칭을 억제하고, 및/또는
    상기 제2 크로스오버 전압(Ukreuz, 2) 또는 상기 제2 차동 전압(Udif, 2)이 제2 전압 임계값(Ukrit, 2)을 초과하는 경우 상기 제2 컨택터(2)의 스위칭을 억제하는, 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 이전 청구항들 중 한 항에 있어서,
    상기 제1 크로스오버 전압(Ukreuz, 1) 또는 상기 제1 차동 전압(Udiff, 1)이 제1 경고 전압 임계값을 초과하는 경우 경고 신호를 생성하고, 및/또는 상기 제2 크로스오버 전압(Ukreuz, 2) 또는 상기 제2 차동 전압(Udiff, 2)이 제2 경고 전압 임계값을 초과하는 경우 경고 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 이전 청구항들 중 한 항에 있어서,
    상기 제1 컨택터(1)의 제1 배터리 셀 노드 포인트(10)와 상기 제2 컨택터(2)의 제2 배터리 셀 노드 포인트(11) 사이의 제1 기준 전압(Uref, 1)을 결정하고, 및/또는
    상기 제1 컨택터(1)의 제1 인터페이스 노드 포인트(8)와 상기 제2 컨택터(2)의 제2 인터페이스 노드 포인트(9) 사이의 제2 기준 전압(Uref, 2)을 결정하며,
    상기 제1 전압 임계값(Ukrit, 1)은 바람직하게는 상기 제1 기준 전압(Uref, 1)에 따라 결정되고, 상기 제2 전압 임계값(Ukrit, 2)은 바람직하게는 상기 제2 기준 전압(Uref, 2)에 따라 결정되는, 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 이전 청구항들 중 한 항에 있어서,
    각각의 컨택터(1, 2)를 닫기 위한 임의의 스위칭 프로세스 이전에, 상기 제1 컨택터(1) 및/또는 상기 제2 컨택터(2)의 상태를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 이전 청구항들 중 한 항에 있어서,
    상기 제1 차동 전압(Udif, 1) 및/또는 상기 제2 차동 전압(Udif, 2)을 연속적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 배터리 팩에 사용하기 위한 배터리 제어 시스템에 있어서,
    이전 청구항들 중 하나에 따른 방법을 실행하도록 구성되고 배열되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 시스템.
  11. 전기 구동 유닛에 대한 전기 에너지 전달용 배터리 팩(3)에 있어서,
    적어도 하나의 배터리 셀(4),
    인터페이스(7)에 전기 에너지를 전달하기 위한 제1 인터페이스 라인(6) 및 제2 인터페이스 라인(7),
    인터페이스 노드 포인트(8)와 배터리 셀 노드 포인트(10) 사이의 상기 제1 인터페이스 라인(6)에 배열되는 적어도 하나의 스위칭 가능한 제1 컨택터(1),
    인터페이스 노드 포인트(9)와 배터리 셀 노드 포인트(11) 사이의 상기 제2 인터페이스 라인에 배열되는 적어도 하나의 스위칭 가능한 제2 컨택터(2), 및
    제10항에 따른 배터리 제어 시스템을 포함하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제9항 중 한 항에 따른 방법의 실행을 위한 기계 실행 가능 명령어들이 저장된 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
KR1020227034524A 2020-03-12 2021-03-12 컨택터의 상태를 모니터링하는 방법 및 장치 KR20220149915A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020106856.5A DE102020106856A1 (de) 2020-03-12 2020-03-12 Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen des Alterungszustands eines Schützes
DE102020106856.5 2020-03-12
PCT/EP2021/056336 WO2021180923A1 (de) 2020-03-12 2021-03-12 Verfahren und vorrichtung zum überwachen des alterungszustands eines schützes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220149915A true KR20220149915A (ko) 2022-11-09

Family

ID=74874878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227034524A KR20220149915A (ko) 2020-03-12 2021-03-12 컨택터의 상태를 모니터링하는 방법 및 장치

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP4118703A1 (ko)
JP (1) JP2023516985A (ko)
KR (1) KR20220149915A (ko)
CN (1) CN115280577A (ko)
DE (1) DE102020106856A1 (ko)
WO (1) WO2021180923A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3141109A1 (fr) * 2022-10-24 2024-04-26 Psa Automobiles Sa Surveillance d’états de contacteurs d’un dispositif d’interface entre un connecteur de recharge et une batterie rechargeable en courant continu d’un véhicule

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011004516A1 (de) 2011-02-22 2012-08-23 Sb Limotive Company Ltd. Schaltung und Verfahren zur Diagnose von Schaltkontakten in einem batteriebetriebenen Straßenfahrzeug
DE102012209138A1 (de) 2012-05-31 2013-12-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Alterungsbestimmung einer Sicherung sowie ein Batteriesystem mit Batteriesteuergerät zur Ausführung des Verfahrens
DE102012215190A1 (de) 2012-08-27 2014-02-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren für eine verschleißabhängige Schützalterungsdiagnose sowie eine Batterie mit einem Schaltschütz und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie
US9925878B2 (en) 2013-09-26 2018-03-27 Ford Global Technologies, Llc Bus pre-charge control using a buck converter
DE102013221972B4 (de) 2013-10-29 2024-03-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung der Stellung eines Relais zur Überbrückung von Bordnetzen in Kraftfahrzeugen
DE102014200265A1 (de) 2014-01-10 2015-07-16 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem mit einer Hochvoltbatterie und einer Schutzschaltung und Verfahren zum Überwachen des Funktionszustandes einer Schutzschaltung für eine Hochvoltbatterie
DE102015006206A1 (de) 2015-05-13 2015-12-03 Daimler Ag Hochvoltsystem für ein Kraftfahrzeug
KR102256097B1 (ko) 2017-11-29 2021-05-25 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023516985A (ja) 2023-04-21
CN115280577A (zh) 2022-11-01
WO2021180923A1 (de) 2021-09-16
EP4118703A1 (de) 2023-01-18
DE102020106856A8 (de) 2022-12-15
DE102020106856A1 (de) 2021-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5654687B2 (ja) 継電器又は接触器の動作能力を予測する方法
JP3779617B2 (ja) 燃料電池の電気出力と絶縁電気回路網との切換え接続を制御するための方法および装置
KR102121639B1 (ko) 실시간 동작 감지를 통한 컨텍터의 비정상 개방 방지 시스템 및 방법
CN106030951B (zh) 电池组系统和用于运行这样的电池组系统的方法
KR101457986B1 (ko) 배터리팩 과충전 방지회로
JP7119401B2 (ja) 故障診断装置、蓄電装置、故障診断方法
CA2871096A1 (en) Relay including processor providing control and/or monitoring
US11677232B2 (en) Quick battery disconnect system for high current circuits
CN112590617A (zh) 用于电动化车辆的接触器状态检查的系统和方法
JP2014050138A (ja) バッテリシステム及びバッテリ
CN111584816A (zh) 保护装置、电池、机动车和用于关断电池单体的方法
JP2012010525A (ja) 出力停止スイッチ付き電池パック
KR20180115239A (ko) 안전 모니터링 유닛
KR101487577B1 (ko) 배터리 팩의 고장 진단 방법 및 장치, 이를 이용한 전력 릴레이 어셈블리
KR20220149915A (ko) 컨택터의 상태를 모니터링하는 방법 및 장치
CN107004540B (zh) 监控借助励磁线圈控制的接触器的接触器触点状态的方法
JP4758196B2 (ja) 電力貯蔵装置
KR20230149838A (ko) 배터리 모니터링 유닛
JP6648217B2 (ja) スイッチユニットおよび電池装置
US20240131934A1 (en) Control Method for an HV Contactor in a Battery Storage Device and Control Unit for the Implementation Thereof
JP7416027B2 (ja) 車両用電源システム
JP5888138B2 (ja) 電力変換装置
JP2011135685A (ja) 車両用電力変換装置
CN112793383B (zh) 电动车辆及其电加热设备
JP7365962B2 (ja) バッテリユニット