KR20230020507A - 배터리 에너지 처리 디바이스 및 방법, 및 차량 - Google Patents

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화 판
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Abstract

본 개시내용은 배터리 에너지 처리 디바이스 및 방법, 및 차량에 관한 것이다. 배터리 에너지 처리 디바이스는: 배터리의 포지티브 전극에 연결된 브리지 암 컨버터의 제1 컨플루언스(confluence) 단부, 및 배터리의 네거티브 전극에 연결된 브리지 암 컨버터의 제2 컨플루언스 단부를 갖는 브리지 암 컨버터; 브리지 암 컨버터의 중간 지점과 연결된 모터 권선의 제1 단부를 갖는 모터 권선; 모터 권선의 제2 단부 및 제2 컨플루언스 단부에 제각기 연결된 에너지 저장 요소; 및 배터리의 가열을 달성하기 위해서, 배터리를 충전 및 방전하도록, 제1 미리 설정된 상태에서 브리지 암 컨버터를 제어하게 구성된 제어기를 포함한다. 이러한 방식으로, 배터리의 충전 및 방전이 제어될 수 있고, 배터리의 내부 저항의 존재로 인해, 배터리가 다량의 열을 발생하여, 배터리의 온도를 증가시킴으로써 배터리의 가열을 달성한다.

Description

배터리 에너지 처리 디바이스 및 방법, 및 차량
[관련 출원 참조]
본 개시내용은 2020년 6월 4일자로 출원되고 발명의 명칭이 "BATTERY ENERGY PROCESSING DEVICE AND METHOD AND VEHICLE"인 중국 특허 출원 제202010502048.8호에 대한 우선권을 주장한다. 앞서 참조한 출원의 전체 내용은 참조로 본 명세서에 포함된다.
[기술 분야]
본 개시내용은 배터리 기술 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 배터리 에너지 처리 디바이스 및 방법 및 차량에 관한 것이다.
새로운 에너지의 광범위한 사용으로, 배터리들은 다양한 분야들에서 전원들로서 사용될 수 있다. 배터리의 성능은 배터리 팩이 전원으로서 사용되는 상이한 환경에 따라 달라진다. 예를 들어, 저온 환경에서의 배터리의 성능은 정상 온도 환경에서의 것보다 훨씬 낮다. 예를 들어, 제로 온도에서, 배터리의 방전 용량은 온도가 감소함에 따라 감소한다. -30°C에서, 배터리의 방전 용량은 실질적으로 제로이어서, 배터리의 고장을 초래한다. 저온 환경에서 배터리를 사용하기 위해서는, 배터리를 가열할 필요가 있다.
본 개시내용은 관련 기술에서의 기술적 문제점들 중 적어도 하나를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 개시내용의 제1 목적은 배터리 에너지 처리 디바이스를 제공하는 것이다.
본 개시내용의 제2 목적은 배터리 에너지 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 개시내용의 제3 목적은 차량을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위해서, 본 개시내용의 실시예들의 제1 양태는 배터리 에너지 처리 디바이스를 제공한다. 배터리 에너지 처리 디바이스는: 배터리의 포지티브 전극에 연결된 제1 버스 단자 및 배터리의 네거티브 전극에 연결된 제2 버스 단자를 갖는 브리지 암 컨버터(bridge arm converter); 브리지 암 컨버터의 중간 지점과 연결된 제1 단부를 갖는 모터 권선; 모터 권선의 제2 단부 및 상기 제2 버스 단자에 제각기 연결되는 에너지 저장 요소; 및 제1 미리 설정된 상태에서 배터리의 가열을 실현하기 위해, 배터리를 충전 및 방전하도록 브리지 암 컨버터를 제어하게 구성되는 제어기를 포함한다.
본 개시내용의 실시예들의 제2 양태는 배터리 에너지 처리 방법을 제공한다. 배터리 에너지 처리 방법은: 제1 미리 설정된 상태에서 배터리의 가열을 실현하기 위해 배터리를 충전 및 방전하도록 브리지 암 컨버터를 제어하는 단계를 포함하고, 여기서 브리지 암 컨버터의 제1 버스 단자는 배터리의 포지티브 전극과 연결되고; 브리지 암 컨버터의 제2 버스 단자는 배터리의 네거티브 전극과 연결되고; 모터 권선의 제1 단부는 상기 브리지 암 컨버터의 중간 지점과 연결되고; 및 에너지 저장 요소는 모터 권선의 제2 단부 및 제2 버스 단자에 제각기 연결된다.
본 개시내용의 제3 양태는 배터리 및 상기 제1 양태에서 제공된 배터리 에너지 처리 디바이스를 포함하는 차량을 제공한다.
상기 기술적 해결책에서, 배터리와 연결되고 브리지 암 컨버터, 모터 권선, 및 에너지 저장 요소를 포함하는 새로운 회로 토폴로지가 설계된다. 구체적으로, 에너지 저장 요소는 모터 권선의 제2 단부 및 브리지 암 컨버터의 제2 버스 단자와 제각기 연결되고, 브리지 암 컨버터는 배터리 및 모터 권선과 제각기 연결된다. 회로 토폴로지에 기초하여, 브리지 암 컨버터는 제1 미리 설정된 상태에서 배터리를 충전 및 방전하도록 제어되고, 배터리의 내부 저항은 배터리로 하여금 많은 양의 열을 생성하게 야기하고, 이는 배터리의 온도 상승을 야기함으로써, 배터리의 가열을 실현한다.
본 개시내용의 다른 특징들 및 이점들이 다음의 상세한 설명 부분에서 상세히 설명될 것이다.
첨부 도면들은 본 개시내용의 추가적인 이해를 제공하고 본 명세서의 일부를 구성하도록 의도된다. 첨부 도면들 및 아래의 특정 구현들은 본 개시내용에 대한 제한을 구성하기보다는 본 개시내용을 설명하기 위해 함께 사용된다. 첨부 도면에서,
도 1은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 배터리 에너지 처리 디바이스의 구조 블록도이다.
도 2는 본 개시내용에 따른 도 1에 도시된 배터리 에너지 처리 디바이스의 예시적인 실시예의 회로 토폴로지 도면이다.
도 3 내지 도 6은 제1 미리 설정된 상태에서의 본 개시내용에 따른 도 2에 제공된 배터리 에너지 처리 디바이스의 순환 충전 및 방전 프로세스들의 개략도들이다.
도 7은 본 개시내용에 따른 도 2에 도시된 배터리 에너지 처리 디바이스의 또 다른 예시적인 실시예의 회로 토폴로지 도면이다.
도 8 및 도 9는 제3 미리 설정된 상태에서의 본 개시내용의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 배터리 에너지 처리 디바이스의 회로 토폴로지 도면들이다.
도 10은 제3 미리 설정된 상태에서의 본 개시내용의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 배터리 에너지 처리 디바이스의 회로 토폴로지 도면이다.
도 11은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 배터리 에너지 처리 방법의 흐름도이다.
본 개시내용의 특정 구현들이 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다. 본 명세서에서 설명된 특정 구현들은 본 개시내용을 설명하고 기술하기 위해 사용될 뿐이며, 본 개시내용을 제한하려고 의도하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 에너지 처리 디바이스는: 배터리(10)의 포지티브 전극에 연결된 제1 버스 단자 및 배터리(10)의 네거티브 전극에 연결된 제2 버스 단자를 가지는 브리지 암 컨버터(20); 브리지 암 컨버터(20)의 중간 지점과 연결된 제1 단부를 갖는 모터 권선(30); 모터 권선(30)의 제2 단부 및 제2 버스 단자에 제각기 연결된 에너지 저장 요소(40); 및 제1 미리 설정된 상태에서 배터리(10)의 가열을 실현하기 위해, 배터리(10)를 충전 및 방전하도록 브리지 암 컨버터(20)를 제어하게 구성되는 제어기(50)를 포함한다.
배터리(10)와 연결되고 브리지 암 컨버터(20), 모터 권선(30), 및 에너지 저장 요소(40)를 포함하는 새로운 회로 토폴로지가 설계된다. 구체적으로, 에너지 저장 요소(40)는 모터 권선(30)의 제2 단부 및 브리지 암 컨버터(20)의 제2 버스 단자와 제각기 연결되고, 브리지 암 컨버터(20)는 배터리(10) 및 모터 권선(30)과 제각기 연결된다. 회로 토폴로지에 기초하여, 브리지 암 컨버터(20)는 제1 미리 설정된 상태에서 배터리(10)를 충전 및 방전하도록 제어되고, 배터리(10)의 내부 저항은 배터리(10)로 하여금 많은 양의 열을 생성하게 야기하고, 이는 배터리(10)의 온도 상승을 야기함으로써 배터리(10)의 가열을 실현한다.
특정 실시예에서, 제1 미리 설정된 상태에서, 제어기(50)는 에너지 저장 요소(40) 및 배터리(10)로 하여금 충전 및 방전되게 야기한다.
배터리 에너지 처리 디바이스는 차량 내에 구성될 수 있다. 이 경우, 배터리(10)는 차량 내에 구성된 배터리일 수 있다. 물론, 배터리 에너지 처리 디바이스는 대안적으로 배터리들을 갖는 다른 디바이스들 내에 구성될 수 있다. 이것은 본 개시내용에서 제한되지 않는다.
본 개시내용에 제공된 배터리 에너지 처리 디바이스에서, 모터 권선(30)은 다상(multi-phase) 권선들, 예를 들어, 도 2에 도시된 2상 권선들 또는 3상 권선들을 포함할 수 있다. 대응하여, 브리지 암 컨버터(20)는 다상 권선들과 일대일 대응하는 다상 브리지 암들(multi-phase bridge arms)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 모터 권선(30)은 위상 A 권선, 위상 B 권선, 및 위상 C 권선을 포함할 수 있다. 각각의 위상 권선은 각자의 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다(도 2에 도시된 평면 방향에서, 제1 단부는 좌측 단부이고, 제2 단부는 우측 단부임). 위상 A 권선의 제1 단부, 위상 B 권선의 제1 단부, 및 위상 C 권선의 제1 단부는 브리지 암 컨버터(20)의 중간 지점을 연결하기 위한 모터 권선(30)의 제1 단부를 형성한다. 또한, 위상 A 권선의 제2 단부, 위상 B 권선의 제2 단부, 및 위상 C 권선의 제2 단부는 함께 연결되어, 에너지 저장 요소(40)를 연결하기 위한 모터 권선(30)의 제2 단부를 형성한다.
예를 들어, 에너지 저장 요소(40)는 커패시터일 수 있다. 제1 미리 설정된 상태는 배터리 가열 상태일 수 있다. 예를 들어, 사용자는 실제 필요에 따라 배터리 가열 스위치를 트리거함으로써 배터리 가열 상태에 들어가도록 차량을 트리거할 수 있다. 대안적으로, 제어기(50)는 배터리 온도를 표현하는 신호를 취득하고, 배터리 온도가 배터리 온도 임계값 이하일 때 차량이 배터리 가열 상태에 들어가는 것을 결정할 수 있다. 제1 미리 설정된 상태에서, 제어기(50)는 배터리(10)의 가열을 실현하기 위해, 에너지 저장 요소(40) 및 배터리(10)를 충전 및 방전하도록 브리지 암 컨버터(20)를 제어할 수 있다.
상기 기술적 해결책에서, 에너지 저장 요소(40)는 에너지를 저장하고 방출할 수 있다. 제1 미리 설정된 상태에서, 브리지 암 컨버터(20)는 모터 권선(30)을 통해 흐르는 전류의 방향 및 에너지 저장 요소(40) 양단의 전압을 제어하도록 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 에너지 저장 요소(40)와 배터리(10) 사이의 충전 및 방전이 제어될 수 있다. 배터리의 내부 저항으로 인해, 에너지 저장 요소(40)와 배터리(10) 사이의 충전 및 방전은 배터리로 하여금 다량의 열을 발생시키게 야기하고, 이는 배터리의 온도 상승을 야기함으로써 배터리의 가열을 실현한다. 또한, 모터 권선(30)이 다상 브리지 암들을 포함하고, 브리지 암 컨버터(20)가 다상 브리지 암들을 포함하기 때문에, 제1 미리 설정된 상태에서, 본 개시내용에서 제공되는 배터리 에너지 처리 디바이스는 선택을 위한 다양한 제어 정책을 제공할 수 있는데, 즉, 에너지 저장 요소(40)와 배터리(10) 사이의 에너지 교환에 하나의 위상 권선이 관련되게 야기하는 가능성과 에너지 저장 요소(40)와 배터리(10) 사이의 에너지 교환에 다상 권선들이 관련되게 야기하는 가능성 둘 다를 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기(50)는 실제 가열 요구에 따라 대응하는 정책들로 구성되어 상이한 가열 효율을 실현할 수 있으며, 이는 유연성 및 실용성을 더 향상시킨다.
본 개시내용에서, 제어기(50)는 제1 미리 설정된 상태에서 브리지 암 컨버터(20)의 적어도 하나의 위상 브리지 암을 제어하여, 에너지 저장 요소(40) 및 배터리(10)가 충전 및 방전되도록 한다. 즉, 실시예에서, 제어기(50)는 도 2의 위상 A 브리지 암과 같은 브리지 암 컨버터(20)의 하나의 위상 브리지 암을 제어하여, 위상 브리지 암에 대응하는 권선(예를 들어, 도 2의 위상 A 권선)이 에너지 저장 요소(40)와 배터리(10) 사이의 에너지 교환에 관련되도록 함으로써, 배터리(10) 및 에너지 저장 요소(40)의 충전 및 방전을 실현할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제어기(50)는 도 2의 위상 A 브리지 암 및 위상 B 브리지 암과 같은 브리지 암 컨버터(20) 내의 다상 브리지 암들을 제어하여, 2상 브리지 암들에 대응하는 권선들(예를 들어, 도 2의 위상 A 권선 및 위상 B 권선)이 에너지 저장 요소(40)와 배터리(10) 사이의 에너지 교환에 관련되게 함으로써, 배터리(10) 및 에너지 저장 요소(40)의 충전 및 방전을 실현할 수 있다. 브리지 암 컨버터(20)의 다상 브리지 암들의 제어 동안, 제어된 다상 브리지 암들의 상부 브리지 암들은 동시에 턴 온되거나(이 상태에서, 다상 브리지 암들의 하부 브리지 암들은 동시에 턴 오프됨), 또는 제어된 다상 브리지 암들의 하부 브리지 암들은 동시에 턴 온된다(이 상태에서, 다상 브리지 암들의 상부 브리지 암들은 동시에 턴 오프됨). 이러한 방식으로, 모터 권선(30)의 다상 권선들은 에너지 저장 요소(40)와 배터리(10) 사이의 에너지 교환에 관련될 수 있고, 전류가 통과하게 허용하는 능력이 증가될 수 있어서, 배터리 가열률이 증가될 수 있고 배터리 가열 효율이 개선될 수 있도록 한다.
전류가 모터의 3상 권선들에 존재할 때, 전류 벡터가 형성되고, 자기장이 생성되며, 이는 모터 회전자로 하여금 맥동 토크(pulsating torque)를 출력하게 야기하고, 따라서 모터의 수명 및 주행 안전에 대해 큰 영향을 주게 된다. 상기 문제를 방지하기 위해, 본 개시내용의 구현들에서, 제어기(50)는, 3상 브리지 암들의 상부 브리지 암들이 동시에 턴 온되거나 또는 3상 브리지 암들의 하부 브리지 암들이 동시에 턴 온되도록, 브리지 암 컨버터(20) 내의 3상 브리지 암들을 제어할 수 있다. 3상 브리지 암들은 동일한 방식으로 제어되며, 이는 모터 내부에서 0의 전류 벡터를 허용하고 토크 맥동을 제거하고, 그에 의해 주행 안전을 보장하고 모터의 서비스 수명을 증가시킨다. 게다가, 3상 권선들은 에너지 저장 요소(40)와 배터리(10) 사이의 에너지 교환에 공동으로 관련되며, 이는 전류가 통과하는 것을 허용하는 능력을 더 증가시키고, 배터리의 가열 효율을 더 개선한다.
배터리(10)의 가열을 실현하기 위해 에너지 저장 요소(40) 및 배터리(10)를 충전 및 방전하도록 제어기에 의해 브리지 암 컨버터(20)를 제어하는 프로세스 및 원리가 도 3 내지 도 6을 참조하여 아래에 상세히 설명된다.
먼저, 제어기(50)는 브리지 암 컨버터(20)의 상부 브리지 암이 턴 온되도록 그리고 하부 브리지 암이 턴 오프되도록 제어할 수 있다. 이때의 배터리 에너지 처리 디바이스에서의 전류 흐름 방향이 도 3에 도시된다. 프로세스에서, 배터리(10)는 외부로 방전된다. 상부 브리지 암의 턴 온 시간이 증가함에 따라, 에너지 저장 요소(40) 양단의 전압이 계속 증가하여 에너지 저장을 실현한다.
다음으로, 제어기(50)는 브리지 암 컨버터(20)의 하부 브리지 암이 턴 온되고 그리고 상부 브리지 암이 턴 오프되도록 제어할 수 있다. 이때의 배터리 에너지 처리 디바이스에서의 전류 흐름 방향이 도 4에 도시된다. 프로세스에서, 에너지 저장 요소(40) 양단의 전압은 계속 증가한다. 그러나, 모터 권선의 제2 단부로부터 흐르는 전류는 점차 감소한다.
모터 권선의 제2 단부로부터 흐르는 전류가 0으로 떨어질 때, 에너지 저장 요소(40) 양단의 전압은 최대 값에 도달한다. 이때, 에너지 저장 요소(40)는 모터 권선(30)으로부터 에너지를 받는 것으로부터 모터 권선(30)에 에너지를 방출하는 것으로 자동으로 변환된다. 에너지 저장 요소(40)를 통해 흐르는 전류는 도 4에 도시된 전류 흐름 방향과 비교해 반전되기 시작한다. 이때의 배터리 에너지 처리 디바이스의 전류 흐름 방향은 도 5에 도시된 방향으로 스위칭된다. 프로세스에서, 에너지 저장 요소(40) 양단의 전압은 계속 감소한다.
그 후, 제어기는 브리지 암 컨버터(20)의 상부 브리지 암이 턴 온되고 그리고 하부 브리지 암이 턴 오프되도록 제어할 수 있다. 이때의 배터리 에너지 처리 디바이스에서의 전류 흐름 방향이 도 6에 도시된다. 프로세스에서, 배터리(10)는 충전 상태에 있다. 에너지 저장 요소(40)는 에너지를 방출하고, 에너지 저장 요소 양단의 전압은 계속 감소한다. 에너지 저장 요소(40)를 통해 흐르는 전류는 또한 점진적으로 감소한다.
에너지 저장 요소(40) 양단의 전압이 계속 감소하고 에너지 저장 요소(40)를 통해 흐르는 전류가 계속 감소함에 따라, 에너지 저장 요소(40) 및 모터 권선(30)은 에너지를 배터리에 방출하는 것으로부터 배터리로부터 에너지를 받는 것으로 자동으로 스위칭된다. 에너지 저장 요소(40)를 통해 흐르는 전류는 도 6에 도시된 전류 흐름 방향과 비교해 반전되기 시작한다. 이때의 배터리 에너지 처리 디바이스에서의 전류 흐름 방향은 도 3에 도시된 방향으로 되돌려 변하고, 배터리(10)는 외부로 방전된다.
상기 4개의 프로세스는 에너지 저장 요소(40)와 배터리(10) 사이에서 순환 충전 및 방전이 신속하게 수행될 수 있도록 연속적으로 순환될 수 있다. 배터리의 내부 저항은 많은 양의 열을 발생시키고, 이는 배터리의 빠른 온도 상승을 야기하여 배터리의 가열 효율을 개선한다. 또한, 3상 브리지 암들이 동일한 방식으로 제어되며, 이는 모터 내부에서 0의 전류 벡터를 허용하고 토크 맥동을 제거하고, 그에 의해 주행 안전을 보장하고 모터의 서비스 수명을 증가시킨다.
상기에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 프로세스에서, 제어 브리지 암 컨버터(20)가 상부 브리지 암이 온이고 하부 브리지 암이 오프인 상태로부터 상부 브리지 암이 오프이고 하부 브리지 암이 온인 상태로 스위칭되도록 제어되는 경우, 배터리 에너지 처리 디바이스의 작동 상태는 도 4에 도시된 프로세스로 스위칭된다. 그 후, 에너지 저장 요소(40)가 모터 권선(30)으로부터 에너지를 받는 것으로부터 모터 권선(30)에 에너지를 방출하는 것으로 자동으로 변환되기 전에, 상부 브리지 암을 턴 온하고 하부 브리지 암을 다시 턴 오프함으로써, 배터리 에너지 처리 디바이스의 작동 상태는 도 4에 도시된 프로세스로부터 도 3에 도시된 프로세스로 다시 스위칭될 수 있고, 이에 의해 도 3에 도시된 프로세스와 도 4에 도시된 프로세스 사이의 순환 스위칭을 실현한다. 2개의 프로세스가 여러 번 순환된 후(다수의 순환이 미리 설정될 수 있음), 제어기(50)는 도 4에 도시된 프로세스에서 비교적 긴 시간 동안 상부 브리지 암을 오프로 및 하부 브리지 암을 온으로 유지할 수 있으며, 따라서 에너지 저장 요소(40)는 모터 권선(30)으로부터 에너지를 받는 것으로부터 모터 권선(30)에 에너지를 방출하는 것으로 자동으로 변환되고, 그에 의해 도 4에 도시된 프로세스로부터 도 5에 도시된 프로세스로의 스위칭을 완료할 수 있다.
또한, 상기에 도시된 바와 같이, 도 5에 도시된 프로세스에서, 제어 브리지 암 컨버터(20)가 상부 브리지 암이 오프이고 하부 브리지 암이 온인 상태로부터 상부 브리지 암이 온이고 하부 브리지 암이 오프인 상태로 스위칭되도록 제어되는 경우, 배터리 에너지 처리 디바이스의 작동 상태는 도 6에 도시된 프로세스에 스위칭된다. 그 후, 에너지 저장 요소(40) 및 모터 권선(30)이 에너지를 배터리에 방출하는 것으로부터 배터리로부터 에너지를 받는 것으로 스위칭하기 전에, 상부 브리지 암을 턴 오프하고 하부 브리지 암을 다시 턴 온함으로써, 배터리 에너지 처리 디바이스의 작동 상태가 도 6에 도시된 프로세스로부터 도 5에 도시된 프로세스로 다시 스위칭되고, 이에 의해 도 5에 도시된 프로세스와 도 6에 도시된 프로세스 사이의 순환 스위칭을 실현한다. 2개의 프로세스가 여러 번 순환된 후(다수의 순환이 미리 설정될 수 있음), 제어기(50)는 도 6에 도시된 프로세스에서 비교적 긴 시간 동안 상부 브리지 암을 온으로 그리고 하부 브리지 암을 오프로 유지할 수 있으며, 따라서 에너지 저장 요소(40) 및 모터 권선(30)은 에너지를 배터리에 방출하는 것으로부터 배터리로부터 에너지를 받는 것으로 자동으로 스위칭될 수 있고, 그에 의해 도 6에 도시된 프로세스로부터 도 3에 도시된 프로세스로의 스위칭을 완료할 수 있다.
본 개시내용에서, 제어기(50)는: 제1 미리 설정된 상태에서, 에너지 저장 요소(40)를 통해 흐르는 전류 및/또는 에너지 저장 요소(40) 양단의 전압을 취득하고, 전류 및/또는 전압에 따라 브리지 암 컨버터(20)의 상부 브리지 암 및 하부 브리지 암의 온/오프의 스위칭을 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기(50)는, 에너지 저장 요소(40)를 통해 흐르는 전류 및/또는 에너지 저장 요소(40) 양단의 전압에 따라 상부 브리지 암 및 하부 브리지 암의 온/오프를 스위칭하는 타이밍을 정확하게 결정하여, 도 5에 도시된 프로세스로부터 도 6에 도시된 프로세스로의 스위칭 및 도 3에 도시된 프로세스로부터 도 4에 도시된 프로세스로의 스위칭을 실현하고, 그에 의해 정확한 제어를 실현한다.
예시적으로, 제어기(50)는, 제1 미리 설정된 상태에서,
상부 브리지 암이 턴 온 상태에 있고 에너지 저장 요소(40)를 통해 흐르는 전류가 제1 전류 임계값에 도달하고 및/또는 에너지 저장 요소(40) 양단의 전압이 제1 전압 임계값까지 증가할 때, 상부 브리지 암이 턴 오프되고 그리고 하부 브리지 암이 턴 온되도록 제어하고 - 예를 들어, 도 3에 도시된 프로세스로부터 도 4에 도시된 프로세스로의 스위칭 -; 및
하부 브리지 암이 턴 온 상태에 있고 에너지 저장 요소(40)를 통해 흐르는 전류가 제2 전류 임계값에 도달하고 및/또는 에너지 저장 요소(40) 양단의 전압이 제2 전압 임계값까지 감소할 때, 상부 브리지 암이 턴 온되고 그리고 하부 브리지 암이 턴 오프되도록 제어하도록 구성된다 - 예를 들어, 도 5에 도시된 프로세스로부터 도 6에 도시된 프로세스로의 스위칭 -.
제1 전류 임계값에 대응하는 전류 방향은 제2 전류 임계값에 대응하는 전류 방향과 반대이다. 제1 전류 임계값, 제2 전류 임계값, 제1 전압 임계값, 및 제2 전압 임계값은 경험적 데이터에 따라 결정될 수 있거나, 또는 실험 데이터에 따라 미리 눈금 매겨질 수 있거나, 또는 공식에 따라 결정될 수 있다는 점에 주목할 가치가 있다. 공식은 각각의 임계값과 환경 정보 사이의 대응 관계를 나타낼 수 있다. 환경 정보가 변할 때, 각각의 임계값은 그에 따라 변할 수 있다. 환경 정보는 예를 들어, 배터리 서비스 시간, SOH(state of charge) 정보, 배터리 온도, 및 주변 온도를 포함할 수 있다. 상기 공식은 상이한 실험 조건들에서 데이터를 사용함으로써 함수 피팅(function fitting)에 의해 획득될 수 있다.
더욱이, 상부 브리지 암이 턴 온 상태에 있을 때, 에너지 저장 요소(40) 및 모터 권선(30)은 상부 브리지의 턴 온 시간에 따라 에너지를 배터리에 방출하는 것으로부터 배터리로부터 에너지를 받는 것으로 스위칭된다. 예를 들면, 도 6에 도시된 프로세스가 도 3에 도시된 프로세스로 스위칭하는 것이 실현된다.
하부 브리지 암이 턴 온 상태에 있을 때, 에너지 저장 요소(40)는 하부 브리지 암의 턴 온 시간에 따라 모터 권선(30)으로부터 에너지를 받는 것으로부터 모터 권선(30)에 에너지를 방출하는 것으로 스위칭된다. 예를 들면, 도 4에 도시된 프로세스가 도 5에 도시된 프로세스로 스위칭하는 것이 실현된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 배터리 에너지 처리 디바이스는 에너지 저장 요소(40)와 직렬로 연결된 스위치 K1을 추가로 포함할 수 있다. 스위치 K1은 모터 권선(30)의 제2 단부와 브리지 암 컨버터(20)의 제2 버스 단자 사이에 연결된다. 제어기(50)는 제1 미리 설정된 상태에서, 제1 스위치 K1이 턴 온되도록 제어하게 구성될 수 있다.
또한, 배터리 에너지 처리 디바이스는 스위치 K2 및 스위치 K3을 추가로 포함할 수 있다. 스위치 K2는 배터리(10)의 포지티브 전극과 브리지 암 컨버터(20)의 제1 버스 단자 사이에 연결된다. 스위치 K3은 배터리(10)의 네거티브 전극과 브리지 암 컨버터(20)의 제2 버스 단자 사이에 연결된다. 제어기(50)는 제1 미리 설정된 상태에서, 제2 스위치 K2 및 제3 스위치 K3이 턴 온되도록 제어하게 구성될 수 있다.
배터리의 가열이 완료될 때, 예를 들어, 사용자들이 배터리 가열 스위치를 턴 오프하거나 또는 배터리 온도가 배터리의 가열이 중단될 수 있음을 나타내는 온도 임계값 조건을 만족시킬 때, 차량을 주차 상태로 복원시키기 위해, 제어기(50)는 전류 값이 제로가 될 때까지 배터리(10)의 충전 및 방전 전류들을 감소시키도록 브리지 암 컨버터(20)를 제어하고, 스위치들 K2 및 K3이 오프되도록 제어하고, 에너지 저장 요소(40)가 방출(release)되도록 브리지 암 컨버터(20)를 제어할 수 있다. 에너지 저장 요소(40)의 방출의 완료 후에, 제어기(50)는 스위치 K1이 오프되도록 제어하여, 차량이 주차 상태로 복원되도록 한다.
선택적으로, 제어기(50)는: 제2 미리 설정된 상태에서, 제1 스위치 K1이 턴 오프되도록 제어하고 브리지 암 컨버터(20)를 제어하여, 모터 권선(30)에 대응하는 모터가 전력을 출력하도록 추가로 구성될 수 있다. 제2 미리 설정된 상태는 차량의 주행 상태이다. 현재 주행 조건에서, 스위치 K1은 오프로 유지될 필요가 있고, 제어기(50)는 모터 권선(30)에 대응하는 모터가 차량 주행 기능을 실현하기 위해 전력을 출력하도록 브리지 암 컨버터(20)를 제어한다. 또한, 제2 미리 설정된 상태에서, 스위치 K2 및 스위치 K3도 온으로 유지된다.
이러한 방식으로, 스위치 K1은 배터리 가열 상태와 차량 주행 상태 간의 스위칭을 위한 스위치로서 이용될 수 있다. 스위치 K1의 배열은 2개의 기능, 즉, 본 개시내용에 제공된 배터리 에너지 처리 디바이스의 배터리 가열 기능 및 차량 주행 기능을 실현한다. 스위치 K1의 온/오프 상태를 스위칭함으로써, 배터리 에너지 처리 디바이스의 기능을 제어하여, 배터리 에너지 처리 디바이스의 실용성이 더 개선되도록 한다.
구체적으로, 제2 미리 설정된 상태에서, 스위치 K1은 오프 상태에 있고, 브리지 암 제어기(20)는 공간 벡터 펄스 폭 변조를 통해 모터를 제어하여 모터를 구동한다. 제2 미리 설정된 상태로부터 제1 미리 설정된 상태로 스위칭할 때, 스위치 K1은 턴 온되어 배터리 가열 프로세스에 들어간다. 제어기(50)는 도 3 내지 도 6을 참조하여 전술한 방식으로 브리지 암 제어기(20)를 제어하여, 에너지 저장 요소(40)와 배터리(10) 사이에서 순환 충전 및 방전이 빠르게 수행될 수 있게 함으로써, 배터리 가열 프로세스를 완료한다.
제1 미리 설정된 상태로부터 제2 미리 설정된 상태로 스위칭할 때, 제어기(50)는 전류 값이 제로가 될 때까지, 배터리(10)의 충전 및 방전 전류들을 감소시키도록 브리지 암 컨버터(20)를 제어하고, 그 후 에너지 저장 요소(40)의 방출을 완료하도록 브리지 암 컨버터(20)를 제어할 수 있다. 에너지 저장 요소(40)의 방출의 완료 후에, 제어기(50)는 스위치 K1이 턴 오프되도록 제어하여, 배터리 에너지 처리 디바이스의 하드웨어 회로가 차량 주행 상태의 구조로 복원되도록 한다. 그 후, 제어기(50)는 공간 벡터 펄스 폭 변조를 통해 모터를 제어하여 모터를 구동함으로써, 차량이 이동 상태에 진입하도록 할 수 있다.
또한, 본 개시내용의 실시예에서, 상기 모터 권선(30)은 차량의 구동 모터의 모터 권선일 수 있다. 이에 대응하여, 상기 브리지 암 제어기(20)는 구동 모터의 브리지 암 제어기일 수 있다. 즉, 본 개시내용에서 제공되는 배터리 에너지 처리 디바이스에서, 차량의 구동 모터는 배터리 가열을 위해 재사용된다. 구동 모터의 전력이 비교적 크기 때문에, 대응하는 가열 전력은 가열 동안 비교적 커서, 가열 속도가 증가될 수 있고 가열 효율이 개선될 수 있도록 한다. 또한, 차량 상의 기존의 구동 모터가 재사용되기 때문에, 추가적인 특수 모터가 요구되지 않고, 이는 차량 내의 디바이스들의 활용성을 개선하고, 차량 공간의 점유를 감소시키고, 차량의 무게를 감소시키고, 전체 차량의 비용을 감소시킬 수 있고, 그에 의해 새로운 에너지 차량의 홍보를 용이하게 한다.
선택적으로, 에너지 저장 요소(40)는 차량의 충전 회로의 커패시터일 수 있다. 커패시터는 충전 요건들 및 가열 요건들 둘 다를 만족시키도록 요구된다. 따라서, 에너지 저장 요소(40)는 또한 차량 내의 기존 커패시터를 재사용하여, 에너지 저장 요소(40)로서 추가 요소가 제공될 필요가 없게 하고, 이는 차량 내의 디바이스들의 활용성을 추가로 개선하고, 차량 공간의 점유를 감소시키고, 전체 차량의 비용을 감소시킬 수 있고, 그에 의해 새로운 에너지 차량의 홍보를 용이하게 한다.
또한, 차량의 구동 모터, 구동 모터의 브리지 암 제어기, 및 충전 회로의 커패시터를 재사용하는 것은 배터리 에너지 처리 디바이스가 배터리의 가열을 실현하는 것을 구축할 수 있다. 더욱이, 배터리 에너지 처리 디바이스의 배터리 가열 기능 및 차량 주행 기능 둘 다를 가능하게 하기 위해 스위치 K1만이 추가될 필요가 있고, 2개의 상태 간의 스위칭이 상이한 하드웨어 구조들의 배열을 필요로 하지 않는 스위치 K1의 제어를 통해 유연하게 실현될 수 있다. 따라서, 차량 내의 디바이스들의 활용률이 개선되고, 차량 공간의 점유가 감소되고, 전체 차량의 비용이 감소되고, 그에 의해 새로운 에너지 차량의 홍보를 용이하게 한다.
도 8, 도 9, 및 도 10에 도시된 바와 같이, 배터리 에너지 처리 디바이스에서, 에너지 저장 요소(40)의 2개의 단부가 외부 전원 디바이스(70)에 연결하기 위해 제1 단자(601) 및 제2 단자(602)와 연결된다. 제어기(50)는 제3 미리 설정된 상태에서 브리지 암 컨버터(20)를 제어하여, 전원 디바이스(70)가 배터리 에너지 처리 디바이스를 통해 배터리를 충전하도록 추가로 구성될 수 있다. 구체적으로, 전원 디바이스(70)는 배터리 에너지 처리 디바이스 또는 배터리를 통해 배터리를 부스트 충전 또는 직접 충전하는 것을 수행할 수 있다.
구체적으로, 배터리 에너지 처리 디바이스는 스위치 K1 및 스위치 K4를 더 포함한다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 스위치 K1은 모터 권선(30)의 제2 단부 및 에너지 저장 요소(40)의 제1 단부와 제각기 연결되고, 제1 단자(601)는 에너지 저장 요소(40)의 제1 단부 및 스위치 K1과 제각기 연결되고, 스위치 K4는 에너지 저장 요소(40)의 제2 단부 및 브리지 암 제어기(20)의 제2 버스 단자와 제각기 연결되고, 제2 단자(602)는 스위치 K4와 연결된다. 제어기(50)는: 제3 미리 설정된 상태에서, 스위치 K1 및 스위치 K4를 턴 온되도록 제어하고, 브리지 암 컨버터(20)를 제어하여, 전원 디바이스(70)에 의해 배터리(10)를 충전하도록 구성될 수 있다.
배터리 에너지 처리 디바이스는 스위치 K2 및 스위치 K3을 더 포함할 수 있다. 따라서, 제3 미리 설정된 상태에서, 제어기(50)는 스위치 K2 및 스위치 K3을 턴 온되도록 제어할 필요가 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제3 미리 설정된 상태는 배터리 충전 상태이다. 제1 단자(601) 및 제2 단자(602)가 (예를 들어, 충전 파일(charging pile)을 위해) 외부 전원 디바이스(70)와 연결될 때, 제어기(50)는 현재적으로 배터리(10)가 전원 디바이스(70)를 통해 충전될 필요가 있다는 것을 결정할 수 있다. 이때, 제어기(50)는 스위치들 K1, K2, K3, 및 K4가 온되도록 제어하고, 브리지 암 컨버터(20)의 하부 브리지 암의 온/오프를 제어하여, 전원 디바이스(70)가 배터리(10)에 대해 부스트 충전을 수행하도록 할 수 있다.
본 기술분야의 통상의 기술자는 다음을 알고 있다: 1. 브리지 암 컨버터(20)의 상부 브리지 암 및 하부 브리지 암이 동시에 턴 온될 수 없다. 2. 상부 브리지 암과 하부 브리지 암 중 하나가 턴 온되면, 다른 하나는 턴 오프된다. 예를 들어, 상부 브리지 암이 턴 온되는 경우 하부 브리지 암은 턴 오프되거나, 또는 상부 브리지 암이 턴 오프되는 경우 하부 브리지 암은 턴 온된다. 3. 상부 브리지 암 및 하부 브리지 암 중 하나가 턴 오프되는 경우, 다른 하나는 턴 오프 또는 턴 온될 수 있다. 예를 들어, 상부 브리지 암이 턴 오프되는 경우 하부 브리지 암은 턴 오프 또는 턴 온될 수 있거나, 또는 상부 브리지 암이 턴 오프되는 경우 상부 브리지 암은 턴 오프 또는 턴 온될 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제3 미리 설정된 상태에서, 제어기(50)는 브리지 암 컨버터(20)의 하부 브리지 암이 턴 온되도록 그리고 브리지 암 컨버터의 상부 브리지 암이 턴 오프되도록 제어할 수 있다. 이때, 전류는 전원 디바이스(70)의 포지티브 전극으로부터 흐르고, 모터 권선 및 하부 브리지 암을 통과하고, 그 후 전원 디바이스(70)의 네거티브 전극으로 흐른다. 전류는 계속 증가한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 그 후 제어기(50)는 브리지 암 컨버터(20)의 하부 브리지 암이 턴 오프되고 그리고 브리지 암 컨버터의 상부 브리지 암이 턴 온 또는 턴 오프되도록 제어할 수 있다. 이때, 전류는 전원 디바이스(70)의 포지티브 전극으로부터 흐르고, 모터 권선 및 상부 브리지 암을 통과하고, 그 후 배터리의 포지티브 전극으로 흘러 배터리를 충전한다. 배터리의 네거티브 전극으로부터의 전류는 전원 디바이스(70)의 네거티브 전극으로 되돌려 흐른다. 상부 브리지 암이 턴 오프 상태에 있을 때, 전류는 상부 브리지 암의 다이오드를 통해 흐른다는 점에 유의해야 한다. 모터 권선의 에너지 저장 기능은 전원 디바이스(70)에 의한 배터리(10)의 부스트 충전을 실현할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 위의 제3 미리 설정된 상태는 배터리 충전 상태이다. 제1 단자(601) 및 제2 단자(602)가 외부 전원 디바이스(70), 예를 들어, 충전 파일과 연결될 때, 제어기(50)는 현재적으로 배터리(10)가 전원 디바이스(70)를 통해 충전될 필요가 있다는 것을 결정할 수 있다. 이때, 제어기(50)는 스위치들 K1, K2, K3, 및 K4가 턴 온되도록 제어하고, 브리지 암 컨버터(20)의 하부 브리지 암이 턴 오프되도록 그리고 브리지 암 컨버터의 상부 브리지 암이 턴 온 또는 턴 오프되도록 제어할 수 있다. 이때, 전류는 전원 디바이스(70)의 포지티브 전극으로부터 흐르고, 모터 권선 및 상부 브리지 암을 통과하고, 그 후 배터리의 포지티브 전극으로 흘러 배터리를 충전한다. 즉, 전원 디바이스(70)는 배터리(10)를 직접 충전한다. 상부 브리지 암이 오프 상태에 있을 때, 전류는 상부 브리지 암의 다이오드를 통해 흐른다는 점에 유의해야 한다.
스위치 K1 및 스위치 K4의 배열은 본 개시내용에 제공된 배터리 에너지 처리 디바이스로 하여금 3개의 상이한 기능, 즉, 동일한 하드웨어 구조에 기초한 배터리 가열 기능, 차량 주행 기능, 및 부스트 충전 기능을 제공하게 야기한다. 3개의 상태 간의 스위칭은 스위치들의 온/오프 상태의 제어를 통해 유연하게 실현될 수 있으며, 이는 상이한 하드웨어 구조들의 배열을 필요로 하지 않는다. 따라서, 차량 내의 디바이스들의 활용률이 개선되고, 차량 공간의 점유가 감소되고, 전체 차량의 비용이 감소되고, 그에 의해 새로운 에너지 차량의 홍보를 용이하게 한다.
제3 미리 설정된 상태로부터 제1 미리 설정된 상태로 스위칭할 때, 충전 프로세스의 완료 후에, 하드웨어를 통해 배터리 에너지 처리 디바이스의 제1 단자(601) 및 제2 단자(602)로부터 전원 디바이스(70)를 연결해제함으로써, 스위칭이 완료된다. 제3 미리 설정된 상태로부터 제1 미리 설정된 상태로의 스위칭은 대안적으로 스위치 K4를 턴 오프함으로써 실현될 수 있다. 그 후, 제어기(50)는 브리지 암 컨버터(20)를 제어하여 에너지 저장 요소(40)와 배터리(10) 사이에서 순환 충전 및 방전을 신속하게 수행하고, 그에 의해 배터리 가열 프로세스를 완료한다.
제1 미리 설정된 상태로부터 제3 미리 설정된 상태로 스위칭할 때, 에너지 저장 요소(40) 양단의 전압이 가변이기 때문에, 에너지 저장 요소(40)의 전압은 브리지 암 제어기(20)를 제어함으로써 미리 설정된 값에 레귤레이트되도록 요구되고, 그 후 전원 디바이스(70)는 배터리 에너지 처리 디바이스의 제1 단자(601) 및 제2 단자(602)에 연결되어 배터리에 대한 부스트 충전을 수행한다.
본 개시내용은 상기 실시예들 중 어느 하나에서 배터리 및 배터리 에너지 처리 디바이스를 포함하는 차량을 더 제공한다.
본 개시내용에 제공된 차량은 상기 실시예들 중 어느 하나에서의 배터리 에너지 처리 디바이스를 포함하고, 배터리(10)와 연결되고 브리지 암 컨버터(20), 모터 권선(30), 및 에너지 저장 요소(40)를 포함하는 새로운 회로 토폴로지가 설계된다. 구체적으로, 에너지 저장 요소(40)는 모터 권선(30)의 제2 단부 및 브리지 암 컨버터(20)의 제2 버스 단자와 제각기 연결되고, 브리지 암 컨버터(20)는 배터리(10) 및 모터 권선(30)과 제각기 연결된다. 회로 토폴로지에 기초하여, 브리지 암 컨버터(20)는 제1 미리 설정된 상태에서 배터리(10)를 충전 및 방전하도록 제어되고, 배터리(10)의 내부 저항은 배터리(10)로 하여금 많은 양의 열을 생성하게 야기하고, 이는 배터리(10)의 온도 상승을 야기함으로써 배터리(10)의 가열을 실현한다.
본 개시내용은 배터리 에너지 처리 방법을 추가로 제공한다. 도 11은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 배터리 에너지 처리 방법의 흐름도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 방법은 다음 단계를 포함할 수 있다:
S701: 브리지 암 컨버터가 제1 미리 설정된 상태에서 배터리를 충전 및 방전하도록 제어되어, 배터리의 가열을 실현한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 브리지 암 컨버터(20)의 제1 버스 단자는 배터리(10)의 포지티브 전극과 연결되고, 브리지 암 컨버터(20)의 제2 버스 단자는 배터리(10)의 네거티브 전극과 연결되고, 모터 권선(30)의 제1 단부는 브리지 암 컨버터(20)의 중간 지점과 연결되고, 에너지 저장 요소(40)는 모터 권선(30)의 제2 단부 및 브리지 암 컨버터(20)의 제2 버스 단자와 제각기 연결된다.
배터리(10)와 연결되고 브리지 암 컨버터(20), 모터 권선(30), 및 에너지 저장 요소(40)를 포함하는 새로운 회로 토폴로지가 설계된다. 구체적으로, 에너지 저장 요소(40)는 모터 권선(30)의 제2 단부 및 브리지 암 컨버터(20)의 제2 버스 단자와 제각기 연결되고, 브리지 암 컨버터(20)는 배터리(10) 및 모터 권선(30)과 제각기 연결된다. 회로 토폴로지에 기초하여, 브리지 암 컨버터(20)는 제1 미리 설정된 상태에서 배터리(10)를 충전 및 방전하도록 제어되고, 배터리(10)의 내부 저항은 배터리(10)로 하여금 많은 양의 열을 생성하게 야기하고, 이는 배터리(10)의 온도 상승을 야기함으로써 배터리(10)의 가열을 실현한다.
특정 실시예에서, 브리지 암 컨버터는 제1 미리 설정된 상태에서 에너지 저장 요소 및 배터리를 충전 및 방전하도록 제어된다.
상기 기술적 해결책에서, 에너지 저장 요소는 에너지를 저장하고 방출할 수 있다. 제1 미리 설정된 상태에서, 브리지 암 컨버터는 모터 권선을 통해 흐르는 전류의 방향 및 에너지 저장 요소 양단의 전압을 제어하도록 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 에너지 저장 요소와 배터리 사이의 충전 및 방전이 제어될 수 있다. 배터리의 내부 저항으로 인해, 에너지 저장 요소와 배터리 사이의 충전 및 방전은 배터리로 하여금 다량의 열을 발생시키게 야기하고, 이는 배터리의 온도 상승을 야기함으로써 배터리의 가열을 실현한다.
선택적 구현에서, S701은: 에너지 저장 요소 및 배터리가 주기적으로 충전 및 방전되어 배터리의 가열을 실현하도록 브리지 암 컨버터를 제어하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
에너지 저장 요소와 배터리 사이의 주기적 충전 및 방전 동안, 배터리의 내부 저항은 배터리로 하여금 많은 양의 열을 생성하게 야기하고, 이는 배터리의 빠른 온도 상승을 야기하고, 이는 배터리의 가열 효율을 개선시킨다.
선택적 구현에서, S701은: 제1 미리 설정된 상태에서 브리지 암 컨버터의 적어도 하나의 위상 브리지 암을 제어하여 에너지 저장 요소 및 배터리를 충전 및 방전하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이러한 방식으로, 제1 미리 설정된 상태에서, 본 개시내용에 제공된 배터리 에너지 처리 방법은 선택을 위한 다양한 제어 정책을 제공할 수 있는데, 즉, 하나의 위상 권선이 에너지 저장 요소와 배터리 사이의 에너지 교환에 관련되게 야기하는 가능성 및 다상 권선들이 에너지 저장 요소와 배터리 사이의 에너지 교환에 관련되게 야기하는 가능성 둘 다를 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 대응하는 정책들이 실제 가열 수요에 따라 구성되어 상이한 가열 효율을 실현할 수 있고, 이는 유연성 및 실용성을 추가로 향상시킨다.
선택적 구현에서, 브리지 암 컨버터의 다상 브리지 암들의 제어 동안, 다상 브리지 암들의 상부 브리지 암들이 동시에 턴 온되거나, 또는 다상 브리지 암들의 하부 브리지 암들이 동시에 턴 온된다.
이러한 방식으로, 모터 권선에서의 다상 권선들이 에너지 저장 요소와 배터리 사이의 에너지 교환에 관련될 수 있고, 전류가 통과하게 허용하는 능력이 증가될 수 있어서, 배터리 가열 속도가 증가될 수 있고 배터리의 가열 효율이 개선될 수 있도록 한다.
전류가 모터의 3상 권선들에 존재할 때, 전류 벡터가 형성되고, 자기장이 생성되며, 이는 모터 회전자로 하여금 맥동 토크를 출력하게 야기하고, 따라서 모터의 수명 및 주행 안전에 큰 영향을 주게 된다. 상기 문제를 방지하기 위해, 본 개시내용의 구현들에서, 브리지 암 컨버터에서의 3상 브리지 암들이 상기 방법으로 제어되어, 3상 브리지 암들의 상부 브리지 암들이 동시에 턴 온되거나 또는 3상 브리지 암들의 하부 브리지 암들이 동시에 턴 온되도록 할 수 있다. 3상 브리지 암들은 동일한 방식으로 제어되며, 이는 모터 내부에서 0의 전류 벡터를 허용하고 토크 맥동을 제거하고, 그에 의해 주행 안전을 보장하고 모터의 서비스 수명을 증가시킨다. 또한, 3상 권선들은 에너지 저장 요소와 배터리 사이의 에너지 교환에 공동으로 관련되어, 전류가 통과하게 허용하는 능력이 더 증가되고, 배터리의 가열 효율이 더 개선된다.
선택적 구현에서, 에너지 저장 요소 및 배터리를 충전 및 방전시키기 위해 브리지 암 컨버터의 적어도 하나의 위상 브리지 암을 제어하는 것은: 에너지 저장 요소를 통해 흐르는 전류 및/또는 에너지 저장 요소 양단의 전압을 취득하는 것, 및 전류 및/또는 전압에 따라 브리지 암 컨버터의 상부 브리지 암 및 하부 브리지 암의 온/오프 상태의 스위칭을 제어하는 것을 포함한다.
선택적 구현에서, 전류 및/또는 전압에 따라 브리지 암 컨버터의 상부 브리지 암 및 하부 브리지 암의 온/오프 상태의 스위칭을 제어하는 것은: 상부 브리지 암이 턴 온 상태에 있고 전류가 제1 전류 임계값까지 증가하고 및/또는 전압이 제1 전압 임계값까지 증가할 때 상부 브리지 암이 턴 오프되도록 그리고 하부 브리지 암이 턴 온되도록 제어하는 것; 및 하부 브리지 암이 턴 온 상태에 있고 전류가 제2 전류 임계값에 도달하고 및/또는 전압이 제2 전압 임계값까지 감소할 때 상부 브리지 암이 턴 온되도록 그리고 하부 브리지 암이 턴 오프되도록 제어하는 것을 포함한다. 제1 전류 임계값에 대응하는 전류 방향은 제2 전류 임계값에 대응하는 전류 방향과 반대이다.
이러한 방식으로, 상부 브리지 암 및 하부 브리지 암의 온/오프 상태의 스위칭의 타이밍이 에너지 저장 요소를 통해 흐르는 전류 및/또는 에너지 저장 요소 양단의 전압에 따라 정확하게 결정될 수 있고, 그에 의해 정확한 제어를 실현한다.
선택적 구현에서, 상부 브리지 암이 턴 온 상태에 있을 때, 에너지 저장 요소 및 모터 권선은 상부 브리지 암의 턴 온 시간에 따라 에너지를 배터리에 방출하는 것으로부터 배터리로부터 에너지를 받는 것으로 스위칭되고; 및 하부 브리지 암이 턴 온 상태에 있을 때, 에너지 저장 요소는 하부 브리지 암의 턴 온 시간에 따라 모터 권선으로부터 에너지를 받는 것으로부터 모터 권선에 에너지를 방출하는 것으로 스위칭된다.
선택적 구현에서, 에너지 저장 요소는 제1 스위치 K1과 직렬로 연결되고, 제1 스위치 K1은 모터 권선의 제2 단부와 브리지 암 컨버터의 제2 버스 단자 사이에 연결된다. 방법은 제1 미리 설정된 상태에서, 제1 스위치 K1이 턴 온되도록 제어하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
선택적 구현에서, 방법은 제2 미리 설정된 상태에서, 제1 스위치 K1이 턴 오프되도록 제어하고, 모터 권선에 대응하는 모터가 전력을 출력하도록 브리지 암 컨버터를 제어하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이러한 방식으로, 제1 스위치 K1이 배터리 가열 상태와 차량 주행 상태 사이에서 스위칭하기 위한 스위치로서 사용될 수 있다. 스위치 K1의 배열은 2개의 기능, 즉, 본 개시내용에 제공된 배터리 에너지 처리 방법의 배터리 가열 기능 및 차량 주행 기능을 실현한다. 스위치 K1의 온/오프 상태를 스위칭함으로써, 배터리 에너지 처리 방법에서 제공되는 상이한 기능이 실현되어, 실용성이 더 개선되도록 한다.
선택적 구현에서, 에너지 저장 요소의 2개의 단부는 외부 전원 디바이스에 연결하기 위한 제1 단자 및 제2 단자와 연결된다. 방법은 전원 디바이스가 모터 권선을 통해 배터리를 충전하도록, 제3 미리 설정된 상태에서 브리지 암 컨버터를 제어하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 전원 디바이스는 모터 권선을 통해 배터리에 대한 부스트 충전을 수행한다. 이때, 제3 미리 설정된 상태에서 브리지 암 컨버터의 하부 브리지 암의 온/오프 상태를 주기적으로 스위칭함으로써, 전원 디바이스는 배터리에 대한 부스트 충전을 수행한다; 또는
또 다른 특정 실시예에서, 전원 디바이스는 모터 권선을 통해 배터리를 직접 충전한다. 이때, 브리지 암 컨버터의 하부 브리지 암은 제3 미리 설정된 상태에서 턴 오프되도록 제어되어, 전원 디바이스가 배터리를 직접 충전하도록 한다.
이러한 방식으로, 본 개시내용에 제공되는 배터리 에너지 처리 방법은 3개의 상이한 기능, 즉, 동일한 하드웨어 구조에 기초한 배터리 가열 기능, 차량 주행 기능, 및 부스트 충전 기능을 제공할 수 있다. 3개의 상태 사이의 스위칭은 스위치의 온/오프 상태의 제어를 통해 유연하게 실현될 수 있으며, 이는 상이한 하드웨어 구조들의 배열을 필요로 하지 않는다. 따라서, 차량 내의 디바이스들의 활용률이 개선되고, 차량 공간의 점유가 감소되고, 전체 차량의 비용이 감소되고, 그에 의해 새로운 에너지 차량의 홍보를 용이하게 한다.
전술한 실시예들에서의 방법에 대해, 단계들이 방법에 관련된 실시예들에서 이미 상세히 설명된 특정 방식이 있고, 상세사항들은 여기서 다시 설명되지 않는다.
본 개시내용의 특정 구현들은 첨부 도면들을 참조하여 위에서 상세히 설명되었지만, 본 개시내용은 위의 구현들에서의 특정 상세사항들에 제한되지는 않는다. 다양한 단순 변경이 본 개시내용의 기술적 아이디어의 범위 내에서 본 개시내용의 기술적 해결책에 대해서 이루어질 수 있고, 그러한 단순 변경은 본 개시내용의 보호 범위에 모두 포함될 것이다.
전술한 특정 구현들에서 설명된 특정 기술적 특징들은 충돌이 없는 경우에 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다는 점에 추가로 유의해야 한다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 다양한 가능한 조합 방식들이 본 개시내용에서 설명되지는 않는다.
또한, 본 개시내용의 상이한 구현들은 또한 본 개시내용의 아이디어를 벗어나지 않고 임의로 조합될 수 있고, 이러한 조합들은 여전히 본 개시내용에 개시된 내용으로서 간주될 것이다.

Claims (20)

  1. 배터리 에너지 처리 디바이스로서:
    배터리의 포지티브 전극과 연결된 제1 버스 단자 및 상기 배터리의 네거티브 전극과 연결된 제2 버스 단자를 갖는 브리지 암 컨버터;
    상기 브리지 암 컨버터의 중간 지점과 연결된 제1 단부를 갖는 모터 권선;
    상기 모터 권선의 제2 단부 및 상기 제2 버스 단자에 제각기 연결되는 에너지 저장 요소; 및
    제1 미리 설정된 상태에서, 상기 배터리의 가열을 실현하기 위해 상기 배터리를 충전 및 방전하도록 상기 브리지 암 컨버터를 제어하게 구성된 제어기를 포함하는 배터리 에너지 처리 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 상기 에너지 저장 요소가 상기 배터리를 충전 및 방전하도록, 상기 제1 미리 설정된 상태에서 상기 브리지 암 컨버터의 적어도 하나의 위상 브리지 암을 제어하는 배터리 에너지 처리 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 브리지 암 컨버터의 다상 브리지 암들의 제어 동안, 상기 다상 브리지 암들 중 상부 브리지 암들이 동시에 온되거나; 또는 상기 다상 브리지 암들 중 하부 브리지 암들이 동시에 온되는 배터리 에너지 처리 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어기는: 상기 제1 미리 설정된 상태에서, 상기 에너지 저장 요소를 통해 흐르는 전류 및/또는 상기 에너지 저장 요소 양단의 전압을 획득하고, 및 상기 전류 및/또는 상기 전압에 따라 상기 브리지 암 컨버터의 상부 브리지 암들 및 하부 브리지 암들의 온/오프 상태의 스위칭을 제어하도록 구성된 배터리 에너지 처리 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어기는: 상기 제1 미리 설정된 상태에서,
    상기 상부 브리지 암들이 온 상태에 있고 상기 전류가 제1 전류 임계값까지 증가하고 및/또는 상기 전압이 제1 전압 임계값까지 증가할 때 상기 상부 브리지 암들이 턴 오프되고 그리고 상기 하부 브리지 암들이 턴 온되도록 제어하고; 및
    상기 하부 브리지 암들이 턴 온 상태에 있고 상기 전류가 제2 전류 임계값에 도달하고 및/또는 상기 전압이 제2 전압 임계값까지 감소할 때 상기 상부 브리지 암들이 턴 온되고 그리고 상기 하부 브리지 암들을 턴 오프되도록 제어하게 구성되고,
    상기 제1 전류 임계값에 대응하는 전류 방향은 상기 제2 전류 임계값에 대응하는 전류 방향과 반대인 배터리 에너지 처리 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 상부 브리지 암들이 턴 온 상태에 있을 때, 상기 에너지 저장 요소 및 상기 모터 권선은 상기 상부 브리지 암들의 턴 온 시간에 따라 상기 배터리에 에너지를 방출하는 것으로부터 상기 배터리로부터 에너지를 받는 것으로 스위칭되고; 및
    상기 하부 브리지 암들이 턴 온 상태에 있을 때, 상기 에너지 저장 요소는 상기 하부 브리지 암들의 턴 온 시간에 따라 상기 모터 권선으로부터 에너지를 받는 것으로부터 상기 모터 권선에 에너지를 방출하는 것으로 스위칭되는 배터리 에너지 처리 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 에너지 저장 요소와 직렬로 연결된 제1 스위치를 추가로 포함하고, 상기 제1 스위치는 상기 모터 권선의 제2 단부와 상기 제2 버스 단자 사이에 연결되고; 및
    상기 제어기는 상기 제1 미리 설정된 상태에서 상기 제1 스위치가 턴 온되도록 제어하게 구성된 배터리 에너지 처리 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어기는: 제2 미리 설정된 상태에서, 상기 제1 스위치가 턴 오프되도록 제어하고, 상기 모터 권선에 대응하는 모터가 전력을 출력하도록 상기 브리지 암 컨버터를 제어하도록 추가로 구성된 배터리 에너지 처리 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 에너지 저장 요소의 2개의 단부는 외부 전원 디바이스에 연결하기 위해 제1 단자 및 제2 단자와 연결되고; 및 상기 제어기는: 제3 미리 설정된 상태에서, 상기 전원 디바이스가 상기 배터리 에너지 처리 디바이스를 통해 상기 배터리를 충전하도록 상기 브리지 암 컨버터를 제어하게 추가로 구성된 배터리 에너지 처리 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 제1 스위치 및 제2 스위치를 추가로 포함하고, 상기 제1 스위치는 상기 모터 권선의 제2 단부 및 상기 에너지 저장 요소와 제각기 연결되고; 상기 제1 단자는 상기 에너지 저장 요소 및 상기 제1 스위치와 제각기 연결되고; 상기 제2 스위치는 상기 에너지 저장 요소 및 상기 제2 버스 단자와 제각기 연결되고; 상기 제2 단자는 상기 제2 스위치와 연결되고; 및
    상기 제어기는: 상기 제3 미리 설정된 상태에서, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 턴 온되도록 제어하고, 상기 전원 디바이스가 상기 배터리를 충전하도록 상기 브리지 암 컨버터를 제어하게 구성된 배터리 에너지 처리 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어기는: 상기 제3 미리 설정된 상태에서, 상기 전원 디바이스가 상기 배터리에 대한 부스트 충전을 수행하도록, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 턴 온되도록 제어하고, 및 상기 브리지 암 컨버터의 하부 브리지 암들이 주기적으로 온 및 오프되도록 제어하게 구성되거나; 또는
    상기 제어기는: 상기 제3 미리 설정된 상태에서, 상기 전원 디바이스가 상기 배터리를 직접 충전하도록, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 턴 온되도록 제어하고, 및 상기 브리지 암 컨버터의 하부 브리지 암들이 턴 오프되도록 제어하게 구성된 배터리 에너지 처리 디바이스.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는: 상기 제1 미리 설정된 상태에서, 상기 에너지 저장 요소 및 상기 배터리가 상기 배터리의 가열을 실현하기 위해 주기적으로 충전 및 방전하도록 상기 브리지 암 컨버터를 제어하게 구성된 배터리 에너지 처리 디바이스.
  13. 배터리 에너지 처리 방법으로서:
    제1 미리 설정된 상태에서, 배터리의 가열을 실현하기 위해 상기 배터리를 충전 및 방전하도록 브리지 암 컨버터를 제어하는 단계 - 상기 브리지 암 컨버터의 제1 버스 단자는 상기 배터리의 포지티브 전극과 연결됨 - 를 포함하고; 상기 브리지 암 컨버터의 제2 버스 단자는 상기 배터리의 네거티브 전극과 연결되고; 모터 권선의 제1 단부는 상기 브리지 암 컨버터의 중간 지점과 연결되고; 및 에너지 저장 요소는 상기 모터 권선의 제2 단부 및 상기 제2 버스 단자에 제각기 연결되는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 에너지 저장 요소 및 상기 배터리를 충전 및 방전시키기 위해 상기 제1 미리 설정된 상태에서 상기 브리지 암 컨버터를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 에너지 저장 요소 및 상기 배터리를 충전 및 방전시키기 위해 상기 브리지 암 컨버터를 제어하는 단계는:
    상기 에너지 저장 요소 및 상기 배터리를 충전 및 방전시키기 위해, 상기 제1 미리 설정된 상태에서 상기 브리지 암 컨버터의 적어도 하나의 위상 브리지 암을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제1 미리 설정된 상태에서, 상기 에너지 저장 요소를 통해 흐르는 전류 및/또는 상기 에너지 저장 요소 양단의 전압을 획득하는 단계, 및 상기 전류 및/또는 상기 전압에 기초하여 상기 브리지 암 컨버터의 상부 브리지 암 및 하부 브리지 암의 온/오프 상태의 스위칭을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 브리지 암 컨버터의 다상 브리지 암들의 제어 동안, 상기 다상 브리지 암들 중 상부 브리지 암들이 동시에 턴 온되거나; 또는 상기 다상 브리지 암들 중 하부 브리지 암들이 동시에 턴 온되는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전류 및/또는 상기 전압에 기초하여 상기 브리지 암 컨버터의 상부 브리지 암 및 하부 브리지 암의 온/오프 상태의 스위칭을 제어하는 단계는:
    상기 상부 브리지 암이 턴 온 상태에 있고 상기 전류가 제1 전류 임계값까지 증가하고 및/또는 상기 전압이 제1 전압 임계값까지 증가할 때, 상기 상부 브리지 암이 턴 오프되도록 그리고 상기 하부 브리지 암이 턴 온되도록 제어하는 단계; 및
    상기 하부 브리지 암이 턴 온 상태에 있고 상기 전류가 제2 전류 임계값에 도달하고 및/또는 상기 전압이 제2 전압 임계값까지 감소할 때, 상기 상부 브리지 암이 턴 온되도록 그리고 상기 하부 브리지 암이 턴 오프되도록 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전류 임계값에 대응하는 전류 방향은 상기 제2 전류 임계값에 대응하는 전류 방향과 반대이고;
    상기 상부 브리지 암이 턴 온 상태에 있을 때, 상기 에너지 저장 요소 및 상기 모터 권선은 상기 상부 브리지 암의 턴 온 시간에 따라 상기 배터리에 에너지를 방출하는 것으로부터 상기 배터리로부터 에너지를 받는 것으로 스위칭되고; 및
    상기 하부 브리지 암이 턴 온 상태에 있을 때, 상기 에너지 저장 요소는 상기 하부 브리지 암의 턴 온 시간에 따라 상기 모터 권선으로부터 에너지를 받는 것으로부터 상기 모터 권선에 에너지를 방출하는 것으로 스위칭되는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 에너지 저장 요소는 제1 스위치와 직렬로 연결되고; 상기 제1 스위치는 상기 모터 권선의 제2 단부와 상기 제2 버스 단자 사이에 연결되고; 및
    상기 방법은: 상기 제1 미리 설정된 상태에서, 상기 제1 스위치가 턴 온되도록 제어하는 단계; 및
    제2 미리 설정된 상태에서, 상기 제1 스위치가 턴 온되도록 제어하고, 및 상기 모터 권선에 대응하는 모터가 전력을 출력하도록 상기 브리지 암 컨버터를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 에너지 저장 요소의 양 단부는 외부 전원 디바이스에 연결하기 위해 제1 단자 및 제2 단자와 연결되고; 및
    상기 방법은: 제3 미리 설정된 상태에서, 상기 전원 디바이스가 상기 모터 권선을 통해 상기 배터리를 충전하도록 상기 브리지 암 컨버터를 제어하는 단계를 추가로 포함하고; 및
    상기 모터 권선을 통한 상기 전원 디바이스에 의한 상기 배터리의 충전은: 상기 전원 디바이스에 의해, 상기 모터 권선을 통해 상기 배터리에 대한 부스트 충전을 수행하는 것을 포함하고, 상기 브리지 암 컨버터의 하부 브리지 암은 상기 전원 디바이스가 상기 배터리에 대한 부스트 충전을 수행하도록, 상기 제3 미리 설정된 상태에서 온 및 오프되도록 주기적으로 제어되거나; 또는
    상기 모터 권선을 통한 상기 전원 디바이스에 의한 상기 배터리의 충전은: 상기 전원 디바이스에 의해, 상기 모터 권선을 통해 상기 배터리를 직접 충전하는 것을 포함하고, 상기 브리지 암 컨버터의 하부 브리지 암은 상기 전원 디바이스가 상기 배터리를 직접 충전하도록 상기 제3 미리 설정된 상태에서 오프되도록 제어되는 방법.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리의 가열을 실현하기 위해 상기 에너지 저장 요소 및 상기 배터리를 충전 및 방전하도록 상기 브리지 암 컨버터를 제어하는 단계는:
    상기 배터리의 가열을 실현하기 위해 상기 에너지 저장 요소를 주기적으로 충전 및 방전하도록 상기 브리지 암 컨버터를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 배터리 및 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 에너지 처리 디바이스를 포함하는 차량.
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