KR20230035505A - 배터리 팩 가열 방법, 배터리 가열 시스템 및 전기 장치 - Google Patents

배터리 팩 가열 방법, 배터리 가열 시스템 및 전기 장치 Download PDF

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KR20230035505A
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쟌량 리
위앤먀오 쟈오
시양 주오
샤오지엔 황
즈민 단
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Abstract

본 출원은 배터리 팩 가열 방법을 제공하며, 여기서 배터리 팩은 컨버터를 통해 유도 부하에 연결되며, 상기 방법은: 가열 요청을 수신하면, 컨버터의 스위칭 모듈이 통전 및 분리되도록 제어하여 배터리 팩과 유도 부하 사이의 방전 및 충전을 제어하며; 여기서, 배터리 팩의 방전 단계에서, 배터리 팩을 보조 가열 기구에 병렬로 연결하고; 또한, 배터리 팩의 충전 단계에서, 보조 가열 기구를 배터리 팩에서 분리한다. 본 출원은 또한 배터리 가열 시스템과 전기 장치에도 관련된다.

Description

배터리 가열 방법, 배터리 가열 시스템 및 전기 장치
본 발명은 배터리 기술 분야와 관련되며, 특히 배터리 가열 방법, 배터리 가열 시스템 및 전기 장치에 관한 것이다.
새로운 에너지 기술의 발달로 배터리를 동력으로 사용하는 분야가 점점 더 많아지고 있다. 높은 에너지 밀도, 재활용 가능한 충전, 안전 및 환경 보호의 장점으로 인해 배터리는 새로운 에너지 차량, 소비자 전자 제품, 에너지 저장 시스템 및 기타 분야에서 널리 사용된다.
그러나 저온 환경에서 배터리를 사용하는 경우 일정한 제한을 받는다. 구체적으로, 저온 환경에서는 배터리의 충방전 용량이 심하게 감쇠되며, 배터리의 충방전 역시 전체 수명 주기 동안 수명 저하를 초래하며, 배터리 충전은 배터리에 돌이킬 수 없는 손상을 입힐 수도 있다. 따라서 배터리를 정상적으로 사용하기 위해서는 저온 환경에서 배터리를 가열해야 한다.
전술한 문제점을 고려하여, 본 출원은 저온 환경에서 배터리의 제한된 사용의 문제를 해결하기 위한 배터리 가열 방법, 배터리 가열 시스템 및 전기 장치를 제안한다.
본 발명의 제1 측면에서 배터리 팩 가열 방법을 제공하며, 여기서 배터리 팩은 컨버터를 통해 유도 부하에 연결되며, 상기 방법은:
가열 요청을 수신하면, 컨버터의 스위칭 모듈이 통전 및 분리되도록 제어하여 배터리 팩과 유도 부하 사이의 방전 및 충전을 제어하며;
여기서, 배터리 팩의 방전 단계에서, 배터리 팩을 보조 가열 기구에 병렬로 연결하고; 또한
여기서, 배터리 팩의 충전 단계에서, 보조 가열 기구를 배터리 팩에서 분리한다.
본 출원의 실시 방안에서, 배터리 내부 가열과 외부의 보조 가열 기구를 결합하여 가열하여 가열 속도를 더욱 증가시키고 가열 시간을 단축시킨다. 구체적으로, 배터리의 충방전 과정에서 충전 전류와 방전 전류가 배터리의 내부 저항을 통해 흐르면서 열을 발생시켜 배터리 내부를 가열한다. 배터리의 방전 단계에서 배터리와 보조 가열 기구를 병렬로 연결하여 배터리를 외부에서 가열하고; 배터리 충전 단계에서 보조 가열 기구는 가열에 사용되지 않는다. 컨버터와 유도 부하에 흐르는 전류는 제한적이기 때문에 배터리 방전 단계에서 배터리는 보조 가열 기구와 병렬로 연결되는데, 이 방안은 외부 가열원을 증가시킬 뿐만 아니라 내부 저항을 통해 흐르는 방전 전류를 증가시켜 가열 효율을 향상시킨다. 또한 배터리 충전 단계에서 충전 에너지는 방전 단계에서 유도 부하에 의해 저장된 에너지에서 나오며; 동일한 전압에서 배터리의 내부 저항의 발열 효율이 외부 보조 가열 기구의 발열 효율보다 훨씬 크기 때문에, 배터리 충전 단계에서 보조 가열 기구를 분리하여 유도 부하의 모든 에너지가 충전에 사용하여 가열 효율이 최적화되게 한다.
일부 실시 방안에서, 상기 방법은:
배터리 팩 가열과 관련된 전류 파라미터를 수집하며, 또한
배터리 팩 가열과 관련된 전류 파라미터가 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간을 초과하면, 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간에 기초하여 배터리 팩의 충방전 주기의 충전 단계 및 방전 단계의 지속 시간을 조정하여, 전류 파라미터가 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간으로 돌아가도록 하는 것을 포함한다.
일부 실시 방안에서, 전류 파라미터는 다음 항목 중 하나 이상을 포함한다: 배터리 팩의 단자에서의 전류, 컨버터의 직류 버스 전류 및 컨버터의 각 상전류. 배터리 팩 단자의 전류에는 보조 가열 기구를 통해 흐르는 전류와 컨버터의 직류 버스 전류가 포함한다. 본 분야의 기술자는 배터리 팩의 단자에서 전류를 제한하는 것이, 실제로 배터리의 충방전 전류를 제한하여 배터리가 과도하게 충전 및 방전되어 배터리에 돌이킬 수 없는 손상을 초래하는 것을 방지한다는 것을 이해해야 한다. 또한, 컨버터의 각 상전류를 제한함으로써 한편으로는 상전류가 컨버터의 전력소자 전류의 상한을 초과하는 것을 방지하고, 다른 한편으로는 유도 부하의 전류가 전류 포화 영역에 들어가는 것을 방지한다. 구체적으로, 일부 실시 방안에서, 전류 파라미터가 사전 설정된 전류 임계값을 초과할 때, 사전 설정된 전류 임계값에 기초하여 컨버터의 전력 소자의 구동 신호의 원하는 주파수 및 원하는 듀티 사이클을 계산하고, 구동 신호의 주파수와 듀티비 사이클을 원하는 주파수와 원하는 듀티 사이클로 조정함으로써 배터리 팩의 각 충전 주기의 충전 단계와 방전 단계의 지속 시간을 조정한다.
일부 실시 방안에서, 사전에 설정된 원하는 전류 임계값 구간은 가열 과정 동안 가열 전류의 허용 가능한 범위를 특성화한다. 실시예에서, 사전에 설정된 원하는 전류 임계값 구간은 원하는 가열 전류가 중간값인 전류 범위일 수 있다. 예시적으로, 원하는 가열 전류는 원하는 컨버터의 직류 버스 전류일 수 있다.
본 출원의 바람직한 실시 방안에서, 배터리 팩의 충방전 주기의 충전 단계와 방전 단계의 지속 시간은 같다. 각 충방전 주기의 각 충전 단계 및 방전 단계의 지속 시간을 같게 설정하면, 방전 단계 동안 유도 부하에 저장된 에너지는 충전 단계 동안 모두 배터리 팩으로 피드백 된다. 이 실시 방안에서, 유도 부하의 에너지는 모든 배터리 팩으로 피드백되어, 한편으로는 배터리 팩의 에너지 소비가 최소화되고, 다른 한편으로는 저온에서 배터리 팩의 과도한 불균형 방전으로 인해 전극 전위가 균형 전극 전위에서 벗어나 배터리의 분극을 유발하여 배터리에 돌이킬 수 없는 손상을 초래하는 것을 방지한다. 본 분야의 기술자는 실제 요구 사항 및 작동 조건에 따라 다양한 변조 전략을 사용하여 변환기를 구동할 수 있으므로 각 충방전 주기의 충전 단계 및 방전 단계의 지속 시간을 필요에 따라 다른 값으로 설정할 수 있음을 이해해야 한다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 유도 부하는 모터의 권선이고, 컨버터의 스위칭 모듈은 주기적으로 통전 및 분리되도록 설정되어 모터가 회전하지 않도록 한다. 본 분야의 기술자는, 배터리 팩이 모터의 구동 에너지로 사용될 때, 실제 적용에 따라, 모터는 단상 모터 또는 다상 모터일 수 있고 모터는 교류 모터 또는 직류 모터일 수 있으며; 구체적으로, 모터가 3상 교류 비동기 모터, 3상 교류 동기 모터 또는 직류 브러시리스 모터인 경우, 유도 부하는 모터의 고정자 권선일 수 있고; 모터가 직류 브러시 모터의 경우, 유도 부하는 모터의 회전자 권선일 수 있다는 것을 이해해야 한다:
본 출원의 일부 실시 방안에서, 모터는 3상 교류 모터이고, 컨버터는 제1 상 브리지 암, 제2 상 브리지 암 및 제3 상 브리지 암을 갖는 3상 풀 브리지 회로이며;
여기서, 배터리 팩의 충방전 주기의 방전 단계에서는, 2개 또는 3개의 스위칭 모듈을 닫고, 닫힌 스위칭 모듈은 다른 상 브리지 암에 위치하고, 상부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈과 하부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈을 닫으며; 또한
배터리 팩의 충방전 주기의 충전 단계에서는, 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈을 분리하고, 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈이 위치한 상부 브릿지 암 또는 하부 브리지 암의 반대편에 있는 하부 브리지 암 또는 상부 브리지 암의 스위칭 모듈을 닫는다.
컨버터의 위상수는 모터의 위상수에 대응할 수 있음을 이해해야 하며, 예를 들어 모터가 4상 모터인 경우 컨버터는 4상 컨버터일 수 있다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 상기 방법은:
배터리 팩의 상태 파라미터를 획득하고;
컨버터의 온도와 모터의 온도를 획득하고;
상태 파라미터, 컨버터의 온도 또는 모터의 온도가 대응되는 파라미터의 안전 범위를 초과하면, 가열 중지 요청을 생성하고, 상태 파라미터는: 전압, 온도, 충전 상태 및 절연 저항 중 적어도 하나의 파라미터를 포함하며; 및
가열 중지 요청에 응답하여, 컨버터의 모든 스위칭 모듈이 분리 상태가 되도록 제어하고, 보조 가열 기구를 배터리 팩에서 분리하는 것을 포함한다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 상기 방법은:
배터리 팩이 설치된 차량의 상태 정보를 획득하며;
상태 정보가 차량이 가열 조건에 있지 않음을 나타내면, 가열 중지 요청을 생성하고, 상태 정보는: 차량의 시동 상태, 도어 상태, 충돌 정보, 고압 상태, 주변 온도 중 적어도 하나의 파라미터를 포함하며; 및
가열 중지 요청에 응답하여, 컨버터의 모든 스위칭 모듈이 분리 상태가 되도록 제어하고, 보조 가열 기구를 배터리 팩에서 분리하는 것을 포함한다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 보조 가열 기구는 가열 필름이다. 본 출원의 다른 일부 실시 방안에서, 보조 가열 기구는 포지티브 온도 계수(Positive Temperature Coefficient, PTC) 가열기, 즉 PTC 히터이다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 보조 가열 기구와 배터리 팩은 직접 병렬로 연결되고, 보조 가열 기구와 배터리 팩 사이의 스위치를 통해 보조 가열 기구와 배터리 팩의 병렬 연결을 제어한다. 본 출원의 다른 실시 방안에서, 보조 가열 기구는 DC-DC 컨버터를 통해 배터리 팩과 병렬로 연결되고, 보조 가열 기구와 DC-DC 컨버터 사이의 스위치를 통해 보조 가열 기구와 배터리 팩의 병렬 연결을 제어한다. DC-DC 컨버터를 통해 보조 가열 기구의 양단 전압을 조정하여 보조 가열 기구의 가열 전류와 가열 전력을 제어할 수 있다.
본출원의 제2 측면은 배터리 팩 가열 장치를 제공하며, 이 배터리 팩 가열 장치는 컨버터, 유도 부하, 보조 가열 기구 및 제어기를 포함하며,
컨버터의 직류 단자는 배터리 팩의 양극 및 음극에 연결되고;
유도 부하는 컨버터의 교류 단자에 연결되고;
보조 가열 기구는 배터리 팩에 병렬 연결되며; 및
제어기는 컨버터 및 보조 가열 기구에 각각 연결되며, 여기서, 제어기는:
가열 요청에 응답하여, 컨버터의 스위칭 모듈이 통전 및 분리되도록 제어하여 배터리 팩과 유도 부하 사이의 방전 및 충전을 제어하고;
배터리 팩의 방전 단계에서, 보조 가열 기구를 배터리 팩에 병렬로 연결하고; 또한
배터리 팩의 충전 단계에서, 보조 가열 기구를 배터리 팩에서 분리하도록 설정된다.
본 출원의 실시 방안에서, 배터리 내부 가열과 외부의 보조 가열 기구를 결합하여 가열하여 가열 속도를 더욱 증가시키고 가열 시간을 단축시킨다. 구체적으로, 배터리의 충방전 과정에서 충전 전류와 방전 전류가 배터리의 내부 저항을 통해 흐르면서 열을 발생시켜 배터리 내부를 가열한다. 배터리의 방전 단계에서 배터리와 보조 가열 기구를 병렬로 연결하여 배터리를 외부에서 가열하고; 배터리 충전 단계에서 보조 가열 기구는 가열에 사용되지 않는다. 컨버터와 유도 부하에 흐르는 전류는 제한적이기 때문에 배터리 방전 단계에서 배터리는 보조 가열 기구와 병렬로 연결되는데, 이 방안은 외부 가열원을 증가시킬 뿐만 아니라 내부 저항을 통해 흐르는 방전 전류를 증가시켜 가열 효율을 향상시킨다. 또한 배터리 충전 단계에서 충전 에너지는 방전 단계에서 유도 부하에 의해 저장된 에너지에서 나오며; 동일한 전압에서 배터리의 내부 저항의 발열 효율이 외부 보조 가열 기구의 발열 효율보다 훨씬 크기 때문에, 배터리 충전 단계에서 보조 가열 기구를 분리하여 유도 부하의 모든 에너지가 충전에 사용하여 가열 효율이 최적화되게 한다. 이러한 실시 방안은 휴대성이 뛰어나고 원래의 보조 가열 부품을 최대한 활용하며 새 하드웨어를 추가하지 않고 소프트웨어를 조정하기만 하면 된다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 제어기는:
배터리 팩 가열과 관련된 전류 파라미터를 수집하며, 또한
배터리 팩 가열과 관련된 전류 파라미터가 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간을 초과하면, 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간에 기초하여 배터리 팩의 충방전 주기의 충전 단계 및 방전 단계의 지속 시간을 조정하여, 전류 파라미터가 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간으로 돌아가도록 설정된다.
일부 실시 방안에서, 전류 파라미터는 다음 항목 중 하나 이상을 포함한다: 배터리 팩의 단자에서의 전류, 컨버터의 직류 버스 전류 및 컨버터의 각 상전류. 배터리 팩 단자의 전류에는 보조 가열 기구를 통해 흐르는 전류와 컨버터의 직류 버스 전류가 포함한다. 본 분야의 기술자는 배터리 팩의 단자에서 전류를 제한하는 것이, 실제로 배터리의 충방전 전류를 제한하여 배터리가 과도하게 충전 및 방전되어 배터리에 돌이킬 수 없는 손상을 초래하는 것을 방지한다는 것을 이해해야 한다. 또한, 컨버터의 각 상전류를 제한함으로써 한편으로는 상전류가 컨버터의 전력소자 전류의 상한을 초과하는 것을 방지하고, 다른 한편으로는 유도 부하의 전류가 전류 포화 영역에 들어가는 것을 방지한다. 구체적으로, 일부 실시 방안에서, 전류 파라미터가 사전 설정된 전류 임계값을 초과할 때, 사전 설정된 전류 임계값에 기초하여 컨버터의 전력 소자의 구동 신호의 원하는 주파수 및 원하는 듀티 사이클을 계산하고, 구동 신호의 주파수와 듀티비 사이클을 원하는 주파수와 원하는 듀티 사이클로 조정함으로써 배터리 팩의 각 충전 주기의 충전 단계와 방전 단계의 지속 시간을 조정한다.
일부 실시 방안에서, 사전에 설정된 원하는 전류 임계값 구간은 가열 과정 동안 가열 전류의 허용 가능한 범위를 특성화한다. 실시예에서, 사전에 설정된 원하는 전류 임계값 구간은 원하는 가열 전류가 중간값인 전류 범위일 수 있다. 예시적으로, 원하는 가열 전류는 원하는 컨버터의 직류 버스 전류일 수 있다.
본 출원의 바람직한 실시 방안에서, 배터리 팩의 충방전 주기의 충전 단계와 방전 단계의 지속 시간은 같다. 각 충방전 주기의 각 충전 단계 및 방전 단계의 지속 시간을 같게 설정하면, 방전 단계 동안 유도 부하에 저장된 에너지는 충전 단계 동안 모두 배터리 팩으로 피드백 된다. 이 실시 방안에서, 유도 부하의 에너지는 모든 배터리 팩으로 피드백되어, 한편으로는 배터리 팩의 에너지 소비가 최소화되고, 다른 한편으로는 저온에서 배터리 팩의 과도한 불균형 방전으로 인해 전극 전위가 균형 전극 전위에서 벗어나 배터리의 분극을 유발하여 배터리에 돌이킬 수 없는 손상을 초래하는 것을 방지한다. 본 분야의 기술자는 실제 요구 사항 및 작동 조건에 따라 다양한 변조 전략을 사용하여 변환기를 구동할 수 있으므로 각 충방전 주기의 충전 단계 및 방전 단계의 지속 시간을 필요에 따라 다른 값으로 설정할 수 있음을 이해해야 한다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 유도 부하는 모터의 권선이고, 제어기는 컨버터의 스위칭 모듈이 주기적으로 통전 및 분리되도록 제어하여 모터가 회전하지 않도록 설정된다. 본 분야의 기술자는, 배터리 팩이 모터의 구동 에너지로 사용될 때, 실제 적용에 따라, 모터는 단상 모터 또는 다상 모터일 수 있고 모터는 교류 모터 또는 직류 모터일 수 있으며; 구체적으로, 모터가 3상 교류 비동기 모터, 3상 교류 동기 모터 또는 직류 브러시리스 모터인 경우, 유도 부하는 모터의 고정자 권선일 수 있고; 모터가 직류 브러시 모터의 경우, 유도 부하는 모터의 회전자 권선일 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 모터는 3상 교류 모터이고, 컨버터는 제1 상 브리지 암, 제2 상 브리지 암 및 제3 상 브리지 암을 갖는 3상 풀 브리지 회로이며; 여기서, 제어기는:
배터리 팩의 충방전 주기의 방전 단계에서는, 2개 또는 3개의 스위칭 모듈을 닫고, 닫힌 스위칭 모듈은 다른 상 브리지 암에 위치하고, 상부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈과 하부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈을 닫으며; 또한
배터리 팩의 충방전 주기의 충전 단계에서는, 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈을 분리하고, 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈이 위치한 상부 브릿지 암 또는 하부 브리지 암의 반대편에 있는 하부 브리지 암 또는 상부 브리지 암의 스위칭 모듈을 닫도록 설정된다.
컨버터의 위상수는 모터의 위상수에 대응할 수 있음을 이해해야 하며, 예를 들어 모터가 4상 모터인 경우 컨버터는 4상 컨버터일 수 있다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 제어기는:
배터리 팩의 상태 파라미터를 획득하고;
컨버터의 온도와 모터의 온도를 획득하고;
상태 파라미터, 컨버터의 온도 또는 모터의 온도가 대응되는 파라미터의 안전 범위를 초과하면, 가열 중지 요청을 생성하고, 상태 파라미터는: 전압, 온도, 충전 상태 및 절연 저항 중 적어도 하나의 파라미터를 포함하며; 및
가열 중지 요청에 응답하여, 컨버터의 모든 스위칭 모듈이 분리 상태가 되도록 제어하고, 보조 가열 기구를 배터리 팩에서 분리하도록 설정된다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 제어기는:
배터리 팩이 설치된 차량의 상태 정보를 획득하며;
상태 정보가 차량이 가열 조건에 있지 않음을 나타내면, 가열 중지 요청을 생성하고, 상태 정보는: 차량의 시동 상태, 도어 상태, 충돌 정보, 고압 상태, 주변 온도 중 적어도 하나의 파라미터를 포함하며; 및
가열 중지 요청에 응답하여, 컨버터의 모든 스위칭 모듈이 분리 상태가 되도록 제어하고, 보조 가열 기구를 배터리 팩에서 분리하도록 설정된다.
일부 실시 방안에서, 보조 가열 기구는 가열 필름을 포함한다. 다른 일부 실시 방안에서, 보조 가열 기구는 PTC 히터를 포함한다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 보조 가열 기구와 배터리 팩은 직접 병렬로 연결되고, 보조 가열 기구와 배터리 팩 사이의 스위치를 통해 보조 가열 기구와 배터리 팩의 병렬 연결을 제어한다. 본 출원의 다른 실시 방안에서, 보조 가열 기구는 DC-DC 컨버터를 통해 배터리 팩과 병렬로 연결되고, 보조 가열 기구와 DC-DC 컨버터 사이의 스위치를 통해 보조 가열 기구와 배터리 팩의 병렬 연결을 제어한다. DC-DC 컨버터를 통해 보조 가열 기구의 양단 전압을 조정하여 보조 가열 기구의 가열 전류와 가열 전력을 제어할 수 있다.
본 출원의 제3 측면은 전기 장치를 제공하며, 상기 전기 장치는: 배터리 팩; 및 본 출원의 전술한 제2 측면에 따른 상기 배터리 가열 시스템을 포함한다. 배터리 팩은 전술한 장치의 전원으로 사용될 수 있으며, 또한 전술한 장치의 에너지 저장 유닛으로 사용될 수 있다. 전술한 장치는 모바일 장치(예를 들어, 휴대폰, 랩톱 컴퓨터), 전동 차량(예들 들어, 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그인 하이브리드 전기 자동차, 전동 자전거, 전동 스쿠터, 전동 골프 카트, 전동 트럭) 전기 기차, 선박 및 위성, 에너지 저장 시스템 등일 수 있다. 전술한 장치는 사용 요구 사항에 따라 배터리를 선택할 수 있다.
본 출원의 실시 방안에서, 배터리 내부 가열과 외부의 보조 가열 기구를 결합하여 가열하여 가열 속도를 더욱 증가시키고 가열 시간을 단축시킨다. 구체적으로, 배터리의 충방전 과정에서 충전 전류와 방전 전류가 배터리의 내부 저항을 통해 흐르면서 열을 발생시켜 배터리 내부를 가열한다. 배터리의 방전 단계에서 배터리와 보조 가열 기구를 병렬로 연결하여 배터리를 외부에서 가열하고; 배터리 충전 단계에서 보조 가열 기구는 가열에 사용되지 않는다. 컨버터와 유도 부하에 흐르는 전류는 제한적이기 때문에 배터리 방전 단계에서 배터리는 보조 가열 기구와 병렬로 연결되는데, 이 방안은 외부 가열원을 증가시킬 뿐만 아니라 내부 저항을 통해 흐르는 방전 전류를 증가시켜 가열 효율을 향상시킨다. 또한 배터리 충전 단계에서 충전 에너지는 방전 단계에서 유도 부하에 의해 저장된 에너지에서 나오며; 동일한 전압에서 배터리의 내부 저항의 발열 효율이 외부 보조 가열 기구의 발열 효율보다 훨씬 크기 때문에, 배터리 충전 단계에서 보조 가열 기구를 분리하여 유도 부하의 모든 에너지가 충전에 사용하여 가열 효율이 최적화되게 한다.
본 출원의 실시 방안의 기술 방안을 보다 명확하게 설명하기 위해, 이하에서는 본 출원의 실시 방안에서 사용되는 도면을 간략히 소개한다. 물론, 아래에서 설명하는 도면은 본 출원의 일부 실시 방안에 불과하며, 본 분야의 기술자는 창의적인 작업 없이도 첨부 도면에 기초하여 다른 도면을 획득할 수 있다.
도 1은 본 출원의 실시 방안에 따른 배터리 팩의 가열 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 출원의 실시 방안에 따른 배터리 팩의 가열 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 출원의 실시 방안에 따른 보조 가열 기구와 배터리 팩의 연결 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 출원의 실시 방안에 따른 배터리 가열 시스템을 도시한 개략적인 구조도이다.
도 5는 본 출원의 다른 실시 방안에 따른 배터리 팩 가열 시스템을 도시한 개략적인 구조도이다.
도 6은 본 출원의 실시 방안에 따른 배터리 팩 가열 방법에서 사전 설정된 직축 전류의 파형을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 출원의 실시 방안에 따른 배터리 팩 가열 시스템의 제어 모듈을 도시한 구조도이다.
도 8은 본 출원의 실시 방안에 따른 배터리 팩 가열 시스템에서 좌표 변환을 도시한 개략도이다.
도 9는 본 출원의 실시 방안에 따른 전기 장치를 도시한 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 실시 방안을 상세히 설명한다. 다음 실시 방안은 본 출원의 기술 방안을 보다 명확하게 설명하기 위해 사용된 것으로 예시일 뿐이므로, 본 출원의 보호 범위를 제한하는데 사용할 수 없다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 출원의 기술 분야의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 여기에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시 방안을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 출원을 제한하려는 의도가 아니다. 본 출원의 명세서, 특허청구범위 및 전술한 도면 설명에서의 "포함" 및 "구비"라는 용어, 도면 및 이들의 임의의 변형은 비배타적인 포함을 포함하도록 의도된다.
본 출원의 실시 방안에 대한 설명에서 "제1" 및 "제2"라는 기술 용어는 서로 다른 대상을 구별하는데만 사용되며, 상대적 중요성을 나타내거나 암시하거나 표시된 기술적 특징의 수, 특정 순서 또는 1차 2차 관계를 암시적으로 나타내는 것으로 이해할 수 없다.
본 명세서에서 언급된 "실시 방안"은 실시 방안과 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 출원의 적어도 하나의 실시 방안에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서의 다양한 위치에 있는 문구가 반드시 동일한 실시 방안을 지칭하는 것은 아니며, 다른 실시 방안과 상호 배타적인 독립적이거나 대안적인 실시 방안도 아니다. 본 분야의 기술자는 여기에 설명된 실시 방안이 다른 실시 방안과 결합될 수 있음을 명확하고 묵시적으로 이해한다.
본 출원의 실시 방안의 설명에서, "및/또는"이라는 용어는 단지 연관된 객체를 설명하는 연관 관계이며, 다음 3가지 관계를 표시할 수 있다: 예를 들어, A 및/또는 B는: A가 단독으로 존재하고, A와 B가 동시에 존재하며, B가 단독으로 존재함을 의미할 수 있다. 또한 본 명세서에서 부호 "/"는 일반적으로 전후의 관련 개체가 "또는" 관계에 있음을 나타낸다.
본 출원의 실시 방안을 설명함에 있어서, "다수"라는 용어는 특별히 달리 정의되지 않는 한 둘 이상(둘을 포함)을 의미한다. 본 출원의 실시 방안에 대한 설명에서, 달리 명시되고 제한되지 않는 한, "서로 연결", "연결" 등의 용어는 넓은 의미로 이해되어야 하며, 예를 들어 기계적 연결 또는 전기적 연결일 수 있고; 직접 연결될 수도 있고, 중개자를 통해 간접적으로 연결될 수도 있으며, 두 요소 간의 내부 연통이거나 두 요소 간의 상호 작용 관계일 수 있다. 본 분야의 통상의 기술자에게 있어서, 상기 용어의 구체적인 의미는 본 출원의 실시 방안에서 특정한 상황에 따라 이해될 수 있다.
본 명세서 또는 특허 청구 범위에서 단계가 순서대로 기술되어 있다고 해서 반드시 실시 방안 또는 측면이 기술된 순서로 제한되는 것은 아니다. 반대로, 한 단계가 다른 단계에 설정되어 반드시 나중에 실행되어야 하는 경우가 아니면, 다른 순서로 또는 서로 병렬로 단계를 수행하는 것도 생각할 수 있다(단, 이것은 개별적인 경우에 명확해진다). 따라서 기술된 순서는 바람직한 실시 방안이 될 수 있다.
현재 배터리는 수력, 화력, 풍력, 태양광 발전소와 같은 에너지 저장 전원 시스템뿐만 아니라 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차 등의 전기 교통 수단과 군용 장비, 항공 우주 등 많은 분야에서 널리 사용되고 있다. 배터리 응용 분야의 지속적인 확장과 함께 시장의 수요도 지속적으로 확대되고 있다.
본 발명자들은 연구를 통해 다음과 같은 사실을 발견하였다: 가열 필름을 사용하여 가열하는 온도 상승 속도는 낮고 동시에 비용은 높으며; PTC 히터로 가열하는 온도 상승 속도는 가열 필름으로 가열하는 것보다는 높지만, 극저온에서 열 전도 매체의 점도가 증가하여 가열 효과가 크게 감소하며; 전기 여기 가열을 이용한 온도 상승 속도는 매우 빨라 배터리 온도가 -30°C에서 10°C로 상승하는데 약 15분이 소요되지만, 배터리 충방전 전류, 사용된 변환 회로 및 여자 소자에 흐르는 전류 등 파라미터에 의해 제한된다. 그러나 15분의 대기 시간은 여전히 사용자에게 너무 길 수 있으며, 사용자는 저온 환경에서 배터리에 의해 전원 공급되는 전기 장치를 가능한 한 빨리 사용하기를 원한다.
본 발명자들은 온도 상승 속도를 높이기 위해 전기 여기 내부 가열 방식과 외부 가열 방식을 조합하여 사용하는 방법을 생각했다. 이에 기초하여 본 발명자들은 심도있는 연구를 통하여 다음과 같은 사실을 발견하였다: 리튬 전지를 예로 들어, 동일한 전압에서 가열 필름으로 가열하는 온도 상승 속도는 일반적으로 0.2~0.4℃이고, PTC 히터로 가열하는 온도 상승 속도는 일반적으로 0.3~0.6°C/min이고, 전기 여기 내부 가열을 사용한 온도 상승 속도는 일반적으로 2°C/min이므로; 이로부터, 전기 여기 내부 가열의 발열 효율이 외부 가열(PTC 히터/가열 필름)의 3배 이상임을 알 수 있다.
위의 연구 결과를 바탕으로 외부 가열 방식과 결합된 전기 여기 내부 가열 방식의 가열 효율을 최적화하기 위해, 본 발명자는 다음과 같은 배터리 팩 가열 방법을 설계하였다: 배터리의 방전 단계에서 외부 보조 가열 기구를 배터리와 병렬로 연결하고, 배터리의 충전 단계에서 외부 보조 가열 기구를 배터리에서 분리함으로써, 배터리의 방전 단계에서는 더 큰 방전 전류가 발생되고 외부 가열원이 증가되게 하며, 배터리 충전 단계에서는 모든 에너지가 내부 가열에 사용되게 하여 에너지를 최대한 활용하여 가열 효율이 최적화되게 한다.
도 1은 본 출원의 실시 방안에 따른 배터리 팩 가열 방법(100)의 흐름도를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 단계 102에서, 가열 요청을 수신하였는지 여부를 검출한다. 가열 요청을 수신하였으면, 단계 104로 진행하고, 그렇지 않으면 단계 102를 반복한다. 가열 요청은 배터리 팩의 전압, 온도 및/또는 충전 상태에 따라 생성할 수 있다; 예를 들어, 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 크고 충전 상태(State Of Charge, SOC)가 사전 설정된 SOC 임계값보다 크며 온도가 사전 설정된 온도 임계값보다 낮으면 가열 요청을 생성한다.
가열 요청에 응답하여, 단계 104에서, 배터리 팩과 유도 부하 사이에 연결된 컨버터의 스위칭 모듈이 통전 및 분리되도록 제어하여 배터리 팩과 유도 부하 사이의 방전 및 충전을 제어한다.
컨버터의 스위칭 모듈의 통전 및 분리의 제어 명령에 응답하여, 단계 106에서, 배터리 팩이 방전 단계에 있는지 여부를 결정한다. 배터리 팩이 방전 단계에 있으면 보조 가열 기구를 배터리 팩과 병렬로 연결한다(단계 108). 배터리 팩이 방전 단계에 있지 않은 경우, 보조 가열 기구를 배터리 팩에서 분리한다(단계 110).
본 출원의 실시 방안에서, 배터리 내부 가열과 외부의 보조 가열 기구를 결합하여 가열하여 가열 속도를 더욱 증가시키고 가열 시간을 단축시킨다. 구체적으로, 배터리의 충방전 과정에서 충전 전류와 방전 전류가 배터리의 내부 저항을 통해 흐르면서 열을 발생시켜 배터리 내부를 가열한다. 배터리의 방전 단계에서 배터리와 보조 가열 기구를 병렬로 연결하여 배터리를 외부에서 가열하고; 배터리 충전 단계에서 보조 가열 기구는 가열에 사용되지 않는다. 컨버터와 유도 부하에 흐르는 전류는 제한적이기 때문에 배터리 방전 단계에서 배터리는 보조 가열 기구와 병렬로 연결되는데, 이 방안은 외부 가열원을 증가시킬 뿐만 아니라 내부 저항을 통해 흐르는 방전 전류를 증가시켜 가열 효율을 향상시킨다. 또한 배터리 충전 단계에서 충전 에너지는 방전 단계에서 유도 부하에 의해 저장된 에너지에서 나오며; 동일한 전압에서 배터리의 내부 저항의 발열 효율이 외부 보조 가열 기구의 발열 효율보다 훨씬 크기 때문에, 배터리 충전 단계에서 보조 가열 기구를 분리하여 유도 부하의 모든 에너지가 충전에 사용하여 가열 효율이 최적화되게 한다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 가열 요청을 생성하기 전에 배터리 가열 조건을 충족하는지 여부를 확인해야 한다. 구체적으로 차량 모터의 현재 작동 상태, 배터리 고장 여부, 3상 교류 모터 고장 여부, 모터 제어기 고장 여부, 열전도 회로 고장 여부 등을 확인해야 하며, 모터의 현재 작동 상태가 비구동 상태이고 배터리, 3상 교류 모터, 모터 제어기 및 열전도 회로에 고장이 없으면, 이 때 배터리를 가열할 수 있음을 나타내며; 모터의 현재 작동 상태가 구동 상태이거나 배터리, 3상 교류 모터, 모터 제어기, 열전도 회로 중 하나라도 고장이 있으면, 이 때 배터리를 가열할 수 없음을 의미한다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 기어 정보 및 모터 속도 정보를 획득하고, 기어 정보 및 모터 속도 정보에 따라 모터의 현재 작동 상태를 획득함으로써, 이후에 모터의 작동 상태에 따라 배터리 팩이 가열 조건을 만족하는지 판단할 때 기어 정보와 모터 속도 정보에 따라 판단할 수 있도록 하며, 조건 중 하나라도 충족되지 않으면 배터리 팩을 가열할 수 없어 정상적인 주행 조건에서 차량이 배터리 팩을 가열하여 차량 성능에 영향을 미치는 것을 방지한다.
도 2는 본 출원의 실시 방안에 따른 배터리 팩 가열 방법(200)의 흐름도를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 단계 202에서, 가열 요청을 수신하였는지 여부를 검출한다. 가열 요청을 수신하였으면 단계 204로 진행하고, 그렇지 않으면 단계 202를 반복한다. 전술한 바와 같이 가열 요청은 배터리 팩의 전압, 온도 및/또는 충전 상태에 따라 생성할 수 있다; 예를 들어, 전압이 사전 설정된 전압 임계값보다 크고 SOC가 사전 설정된 SOC 임계값보다 크며 온도가 사전 설정된 온도 임계값보다 낮은 경우, 가열 요청을 생성한다.
가열 요청에 응답하여, 단계 204에서, 배터리 팩과 유도 부하 사이에 연결된 컨버터의 스위칭 모듈이 주기적으로 통전 및 분리되도록 제어하여 배터리 팩과 유도 부하 사이의 주기적인 방전 및 충전을 제어한다.
이어서, 단계 206에서, 배터리 팩 가열과 관련된 전류 파라미터를 수집한다.
단계 208에서, 수집된 가열 배터리 팩 가열과 관련된 전류 파라미터가 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간을 초과하는지 여부를 결정하고; 수집된 전류 파라미터가 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간을 초과하면, 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간에 기초하여 배터리 팩의 충방전 주기의 충전 단계 및 방전 단계의 지속 시간을 조정한다. 구체적으로 컨버터의 스위칭 모듈의 스위칭 주파수를 조정하여 충전 단계 및 방전 단계의 지속 시간을 조정한다(단계 210).
본 출원의 일부 실시 방안에서, 유도 부하는 모터의 권선이고, 단계 204에서, 컨버터의 스위칭 모듈이 주기적으로 통전 및 분리되도록 제어하여 모터가 회전하지 않도록 한다. 본 분야의 기술자는 다음 사실을 이해해야 한다: 배터리 팩이 모터의 구동 에너지로 사용될 때, 실제 적용에 따라, 모터는 단상 모터 또는 다상 모터일 수 있고 모터는 교류 모터 또는 직류 모터일 수 있으며; 구체적으로, 모터가 3상 교류 비동기 모터, 3상 교류 동기 모터 또는 직류 브러시리스 모터인 경우, 유도 부하는 모터의 고정자 권선일 수 있고; 모터가 직류 브러시 모터의 경우, 유도 부하는 모터의 회전자 권선일 수 있다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 모터는 3상 교류 모터이고, 컨버터는 제1 상 브리지 암, 제2 상 브리지 암 및 제3 상 브리지 암을 갖는 3상 풀 브리지 회로이며;
여기서, 배터리 팩의 충방전 주기의 방전 단계에서는, 2개 또는 3개의 스위칭 모듈을 닫고, 닫힌 스위칭 모듈은 다른 위상 브리지 암에 위치하고, 상부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈과 하부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈을 닫으며; 또한
배터리 충방전 주기의 충전 단계에서는, 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈을 분리하고, 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈이 위치한 상부 브릿지 암 또는 하부 브리지 암의 반대편에 있는 하부 브리지 암 또는 상부 브리지 암의 스위칭 모듈을 닫는다.
모터가 3상 교류 모터인 실시 방안에서, 3상 교류 모터를 구동하기 위한 사전 설정된 직축 전류(id) 및 사전 설정된 교축 전류(iq)를 획득할 수 있고; 여기서 사전 설정된 직축 전류(id)는 컨버터의 원하는 컨버터의 직류 버스 전류로 설정될 수 있고, 사전 설정된 교축 전류(iq)는 3상 교류 모터에서 출력된 토크 값이 목표 범위 내에 있도록 설정될 수 있다. 구체적으로, 사전 설정된 직축 전류(id)의 방향은 가열 과정에서 주기적으로 변할 수 있으며, 사전 설정된 교축 전류(iq)는 3상 교류 모터에서 출력된 토크 값을 작게 만들 수 있다. 즉, 이 토크는 차량을 움직이거나 차량 전달 기구의 구성 요소에 손상을 입히지도 않으며, 단지 비교적 적은 출력 토크를 제공하여 차량 전동 기구의 기어 사이의 프리 텐션을 완료하기만 하면 되며, 사전 설정된 교축 전류(iq)는 많은 실험을 통해 얻을 수 있다.
3상 교류 모터의 실시 방안에서, 사전 설정된 직축 전류(id) 및 사전 설정된 교축 전류(iq)를 획득한 후, 3상 컨버터의 스위칭 모듈의 통전 및 분리 상태를 제어할 수 있다. 즉, 3상 컨버터에서 스위칭 모듈의 통전 및 분리 시간을 제어하여 배터리 팩의 내부 저항이 사전 설정된 직축 전류(id)에 따라 발열하도록 하고, 가열 과정에서 사전 설정된 직축 전류(id) 및 사전 설정된 교축 전류(iq)에 따라 3상 교류 모터를 제어하여 3상 컨버터의 상전류를 조절한다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 가열 과정은 다수의 충방전 주기를 포함하고, 각 충방전 주기는 하나의 사전 설정된 방전 지속 시간(t1), 하나의 사전 설정된 충전 지속 시간(t2) 및 2개의 사전 설정된 전환 시간(t3 및 t4)를 포함하며, 사전 설정된 직축 전류(id) 방향은 사전 설정된 방전 지속 시간(t1) 동안 양이고 진폭은 변하지 않으며, 사전 설정된 직축 전류(id) 방향은 사전 설정된 충전 지속 시간(t2) 동안 음이고 진폭은 변하지 않으며, 사전 설정된 직축 전류(id)의 방향은 제1 사전 설정된 전환 지속 시간(t3) 동안 양에서 음으로 변경되고 진폭이 변경되며, 사전 설정된 직축 전류(id)의 방향은 제2 사전 설정된 전환 지속 시간(t4) 동안 음에서 양으로 변경되고 진폭이 변경된다; 여기서, 사전 설정된 방전 지속 시간(t1)은 사전 설정된 충전 지속 시간(t2)와 같고, 제1 사전 설정된 전환 지속 시간(t3)은 사전 설정된 제2 전환 지속 시간(t4)과 같으며, 사전 설정된 가열 지속 시간은 사전 설정된 전환 지속 시간보다 크다. 각 충방전 주기의 각 충전 단계 및 방전 단계의 지속 시간을 같게 설정하면, 방전 단계 동안 유도 부하에 저장된 에너지는 충전 단계 동안 모두 배터리 팩으로 피드백 된다. 이 실시 방안에서, 유도 부하의 에너지는 모든 배터리 팩으로 피드백되어, 한편으로는 배터리 팩의 에너지 소비가 최소화되고, 다른 한편으로는 저온에서 배터리 팩의 과도한 불균형 방전으로 인해 전극 전위가 균형 전극 전위에서 벗어나 배터리의 분극을 유발하여 배터리에 돌이킬 수 없는 손상을 초래하는 것을 방지한다.
단계 208에서 수집된 전류 파라미터가 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간을 초과하지 않는 것으로 결정되면, 컨버터의 스위칭 모듈의 스위칭 주파수를 조정하지 않고, 단계 212로 진입한다.
단계 212에서, 배터리 팩의 상태 파라미터, 컨버터의 온도 및 모터의 온도를 획득하고, 차량의 상태 정보를 획득하며; 여기서, 배터리 팩의 상태 파라미터는 다음 파라미터 중 하나 이상을 포함한다: 전압, 온도, 충전 상태 및 절연 저항; 차량의 상태 정보는 다음 정보 중 적어도 하나를 포함한다: 차량의 시동 상태, 도어 상태, 충돌 정보, 고압 상태 및 주변 온도.
그런 다음, 단계 214에서, 획득된 배터리 팩의 상태 파라미터, 컨버터의 온도, 모터의 온도 및 차량의 상태에 따라 가열 중지 조건에 도달했는지 여부를 결정하며; 구체적으로, 배터리 팩의 상태 파라미터, 컨버터의 온도 또는 모터의 온도가 대응되는 파라미터 안전 범위를 초과하는지 여부 및 차량의 상태 정보가 차량이 가열 상태에 있지 않음을 나타내는지 여부를 판단한다.
가열 중지 조건에 도달하면 가열 중지 요청을 생성하고 가열을 중지한다(단계 216); 구체적으로, 컨버터를 제어하는 모든 스위칭 모듈은 꺼진 상태이고 보조 가열 기구는 배터리 팩에서 분리된다. 가열 중지 조건에 도달하지 않은 경우, 단계 204로 돌아간다.
본 분야의 기술자는 후속 단계에 영향을 주지 않으면서 단계 206-214가 설명된 순서와 다른 순서로 수행될 수 있고, 이러한 단계가 동시에 수행될 수도 있음을 이해해야 한다.
도 3은 본 출원의 실시 방안에 따른 보조 가열 기구와 배터리 팩의 연결을 제어하는 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 단계 302에서, 가열 요청을 수신한다. 가열 요청에 응답하여, 단계 304에서 컨버터 스위칭 구동 신호를 생성한다. 그 다음, 단계 306에서, 스위칭 구동 신호에 따라 배터리 팩이 방전 단계에 있는지 여부를 판단한다.
배터리 팩이 방전 단계에 있으면, 보조 가열 기구를 배터리 팩과 병렬로 연결한다(단계 310). 배터리 팩이 방전 단계에 있지 않으면, 보조 가열 기구를 배터리 팩에서 분리한다(단계 312). 본 출원의 일부 실시 방안에서, 도 6에 도시된 사전 설정된 직축 전류(id)의 파형을 참조하면, 사전 설정된 방전 지속 시간(t1)에서, 보조 가열 기구를 배터리 팩과 병렬로 연결하고, 사전 설정된 충전 지속 시간(t2)에서, 보조 가열 기구를 배터리 팩 연결에서 분리한다
도 4는 본 발명의 실시 방안에 따른 배터리 가열 시스템의 개략적인 구조도를 도시한다. 배터리 가열 시스템은: 컨버터(P2)를 포함하고, 컨버터(P2)의 직류 단자는 배터리 팩(P1)의 양극 및 음극에 연결되고; 유도 부하(L1, L2, L3)는 컨버터(P2)의 교류 단자에 연결되고; 보조 가열 장치(Ra)는 배터리 팩(P1)과 병렬로 연결되고; 제어기(P4)는 컨버터(P2)와 모터 권선(L1, L2, L3)에 각각 연결되며, 여기서 제어기(P4)는 다음과 같이 구성된다: 가열 요청에 응답하여, 컨버터(P2)의 스위칭 모듈이 주기적으로 통전 및 분리되도록 제어하여 배터리 팩(P1)과 모터 권선(L1, L2, L3) 사이의 주기적인 방전 및 충전을 제어하고; 배터리 팩(P1)의 방전 단계에서, 보조 가열 기구(Ra)를 배터리 팩(P1)과 병렬로 연결하고; 배터리 팩(P1)의 충전 단계에서, 보조 가열 기구(Ra)를 배터리 팩(P1)에서 분리한다. 이 실시 방안에서 보조 가열 기구(Ra)는 가열 필름일 수 있거나 PTC 히터일 수 있다. 배터리 팩(P1)의 방전 단계에서, 제어기(P4)는 스위치(K3 및 K4)를 닫고, 보조 가열 기구(Ra)와 배터리 팩(P1)을 병렬로 연결하고; 배터리 팩(P1)의 충전 단계에서, 제어기(P4)는 스위치(K3 및/또는 K4)를 분리하고, 가열 필름을 배터리 팩(P1)에서 분리한다. 이 실시 방안에서는 2개의 스위치(K3 및 K4)가 도시되어 있으며, 이 2개의 스위치는 하나의 스위치로 대체될 수 있음을 이해해야 한다. 본 출원의 실시 방안에서, 도 6에 도시된 사전 설정된 직축 전류(id)의 파형을 참조하면, 제1 사전 설정된 스위칭 지속 시간(t3)이 시작되면 스위치(K3 및 K4)를 닫고, 제2 사전 설정 스위칭 지속 시간 t4가 시작되면 스위치(K3 및/또는 K4)를 분리한다.
도 4의 실시 방안에서, 모터(P3)는 3상 교류 모터이고, 컨버터(P2)는 3상 풀 브리지 회로이다. 도 4는 예시적인 실시 방안에 불과하며, 실제 적용 요구 사항에 따라, 모터(P3)는 단상 모터, 2상 모터, 4상 모터 또는 그 이상의 다상 모터일 수 있으며, 상응되게 컨버터(P2)는 단상 회로, 2상 회로, 4상 회로 또는 그 이상의 다상 회로일 수 있다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 제어기(P4)는 배터리 관리 시스템(P41), 차량 제어기(P43) 및 모터 제어기(P42)를 포함한다. 배터리 관리 시스템(P41)은 배터리 팩(P1)의 상태 파라미터를 획득하는데 사용되며, 배터리 팩(P1)의 상태 파라미터가 사전 설정된 가열 조건을 충족하면, 차량 제어기(P43)에 가열 요청을 전송하고; 배터리 팩(P1)이 가열될 때 획득된 배터리 팩(P1)의 상태 파라미터가 비정상이면, 차량 제어기(P43)에 가열 중지 요청을 전송한다. 본 출원의 일부 실시 방안에서, 배터리 팩(P1)의 상태 파라미터는 다음 파라미터 중 적어도 하나를 포함한다: 전압, 온도, SOC 및 절연 저항. 배터리 팩(P1)의 상태 파라미터는 또한 배터리 팩(P1)의 상태를 특징짓는 다른 파라미터일 수 있으며, 배터리 팩(P1)의 전류, 건강 상태(State Of Health, SOH), 방전 전력, 내부 저항 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 배터리 관리 시스템(P41)이 배터리 팩(P1)의 온도가 예상 온도 임계값보다 크거나 같다고 결정하면, 배터리 팩 온도가 정상이고 가열할 필요가 없음을 나타내는 정보가 차량 제어기 P43에 보고되어, 차량 제어기(P43)가 이 정보에 따라 배터리 관리 시스템(P41)에 고전압에서 전원을 공급하도록 지시하는 전원 공급 명령을 배터리 관리 시스템(P41)에 하달한다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 배터리 팩(P1)의 상태 파라미터가 배터리 팩(P1)의 충전 상태를 포함하면, 사전 설정된 가열 조건은 배터리 팩(P1)의 충전 상태가 충전 상태 임계값보다 높은 것을 포함한다. 충전 상태 임계값은 이번 가열에서 소모될 것으로 예상되는 충전 상태를 나타낸다. 여기서, 충전 상태 임계값은 작업 시나리오 및 작업 요구 사항에 따라 설정할 수 있으며, 예상 가열 온도, 현재 온도, 배터리 팩의 자체 가열 성능 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 배터리 팩(P1)의 충전 상태가 충전 상태 임계값보다 높으면, 배터리 팩(P1)의 현재 전량이 가열 모드로 들어가는 데 필요한 전량을 제공하기에 충분하다는 것을 의미하며, 배터리 팩(P1)의 충전 상태가 충전 상태 임계값보다 낮으면, 이번 가열을 위한 충분한 전량을 제공할 수 없음을 의미한다.
모터 제어기(P42)는 모터(P3)가 작동하지 않는 상태에 있는지 여부를 모니터링하고, 차량 제어기(P43)에 모터(P3)의 작동 상태 정보를 전송하는데 사용되며; 제어 신호에 응답하여, 컨버터(P2)의 스위칭 모듈이 주기적으로 통전 및 분리되도록 제어하여 배터리 팩(P1)을 가열하는데 사용된다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 모터(P3)는 작동하지 않는 상태에 있으며, 이는 모터(P3)가 현재 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 과정에 있지 않다는 것을 나타낸다. 일부 실시예에서, 모터(P3)는 작동하지 않는 상태에 있고, 모터(P3)는 정지된 상태라고 할 수 있다. 일부 실시예에서, 모터 제어기(P42)가 모터(P3)가 작동 상태에 있다고 결정하면, 차량 제어기(P43)에 모터(P3)가 작동 상태라는 정보를 보고하여, 차량 제어기(P43)가 배터리 팩 가열 시스템을 제어하여 배터리 팩(P1)에 대한 가열을 중지하도록 한다.
차량 제어기(P43)는 배터리 팩(P1)이 설치된 차량의 상태 정보를 모니터링하고, 가열 요청, 모터 작동 상태 정보 및 중지 가열 요청에 응답하고, 모터 제어기(P42)에 제어 신호를 전송하는데 사용된다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 배터리 가열 시스템을 제어하기 전에 배터리 가열 시스템의 제어 시스템(P4)의 각 제어 소자가 정상 작동 상태에 있는지 여부를 확인하는 것도 필요하다. 이 과정에서 차량 제어기(P43)는 또한 차량 시동 신호가 감지되면 차량 제어기(P43)의 상태, 배터리 관리 시스템(P41)의 상태 및 모터 제어기(P42)의 상태가 정상 작동 상태인지 여부를 판단하는데 사용된다.
일부 실시 방안에서, 컨버터(P2)의 스위칭 모듈(P21, P22, P23, P24, P25, P26)은 모터 제어기(P42)에 의해 생성된 구동 신호에 따라 통전 및 분리된다. 특히, 배터리 팩(P1)의 충방전 주기의 방전 단계에서, 이들 스위칭 모듈 중 2개 또는 3개의 스위칭 모듈을 닫고, 닫힌 스위칭 모듈은 서로 다른 상 브리지 암에 위치하며, 상부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈과 하부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈을 닫는다. 즉, P21, P24, P26을 닫고, P22, P23, P26을 닫고, P22, P24, P25를 닫고, P21, P23, P26을 닫고, P21, P24, P25를 닫고, 또는 P22, P23, P25를 닫을 수 있다. 배터리 팩(P1)의 충방전 주기의 충전 단계에서, 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈을 분리하고, 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈이 위치한 상부 브릿지 암 또는 하부 브리지 암의 반대편에 있는 하부 브리지 암 또는 상부 브리지 암의 스위칭 모듈을 닫는다.
컨버터(P2)의 각 스위칭 모듈은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 칩, IGBT 모듈 및 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)와 같은 전력 스위칭 소자 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 스위칭 모듈에서 각 IGBT 소자와 MOSFET 소자의 조합 및 연결 방식은 여기서 제한하지 않는다. 전술한 전력 스위칭 소자의 재료 유형 또한 제한되지 않는다. 예를 들어, 실리콘 카바이드(즉, SiC) 또는 다른 재료로 만들어진 전력 스위칭 소자가 사용될 수 있다. 전술한 전력 스위칭 장치는 역병렬 다이오드와 같은 다이오드를 구비한다는 점은 언급할 가치가 있다. 구체적으로 기생 다이오드 또는 특별히 설정된 다이오드일 수 있다. 다이오드의 재료 유형도 제한되지 않으며, 예를 들어, 실리콘(즉, Si), 실리콘 카바이드 또는 기타 재료로 만들어진 다이오드가 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 방안에 따른 배터리 가열 시스템의 개략적인 구조도를 도시한다. 도 5에서 보조 가열 기구는 PTC 히터 또는 가열 필름일 수 있다. PTC 히터의 실시 방안에서, PTC 히터는 DC-DC 컨버터(P5)를 통해 배터리 팩(P1)과 병렬로 연결된다. 일부 실시 방안에서, 스위치(K3 및 K4)는 정상적으로 닫힌 상태로 유지되며, 배터리 팩(P1)의 방전 단계에서, 제어기(P4)는 스위치(K7)를 닫고 PTC 히터를 배터리 팩(P1)에 병렬로 연결하고; 배터리 팩(P1)의 충전 단계에서, 제어기(P4)는 스위치(K7)를 끄고 PTC 히터를 배터리 팩(P1)에서 분리한다. DC-DC 컨버터(P5)를 통해 PTC 히터 양단의 전압을 조정하여 PTC 히터의 가열 전류 및 가열 전력을 제어할 수 있다. 가열 전류를 증가시킴으로써 가열 전력을 증가할 수 있어서, PTC 히터의 가열 전력이 배터리 팩(P1)의 양단 전압에 제한되지 않는다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시 방안에서, 스위칭 모듈(P21, P22, P23, P24, P25, P26)의 통전 및 분리를 제어하여, 특히 통전 및 분리 시간과 스위칭 주파수를 제어하여 모터 제어기(P42)가 사전 설정된 직축 전류(id) 및 사전 설정된 교축 전류(iq)에 따라 3상 컨버터(P2)를 제어하여 3상 교류 모터(P3)의 상전류를 조정하게 한다. 모터 제어기(P42)가 3상 컨버터(P2)를 제어하여 3상 교류 모터(P3)의 상전류를 조절하는 과정에서, 도 6을 참조하여 전술한 바와 같이, 사전 설정된 직축 전류(id)의 방향이 주기적으로 변경된다. 본 출원의 실시 방안에서, 모터 제어기(P42)가 3상 교류 모터(P3)를 제어하여 3상 컨버터(P2)의 상전류를 조절하는 과정에서, 사전 설정된 직축 전류(id)를 사전 설정된 방전 지속 시간(t1)과 사전 설정된 충전 지속 시간(t2) 이내로 제어하여, 전류의 진폭은 변하지 않고, 방향은 양과 음으로 교대로 변하므로, 3상 컨버터(P2)에서 동일한 위상의 전력 스위칭 소자의 상부 암 및 하부 암의 스위칭 횟수가 균일해지고 소자 수명이 균형을 이루게 된다.
또한, 모터 제어기(P42)가 3상 교류 모터(P3)를 제어하여 3상 컨버터(P2)의 상전류를 조정하는 과정에서, 사전 설정된 교축 전류(iq)는 일정한 진폭을 갖는 교축 전류이고, 이 진폭은 많은 실험을 통해 획득되고 모터 축 출력 토크 값을 더 작게 만들 수 있는 전자기 토크이며, 또한 이 전자기 토크는 차량을 움직이게 할 수 없고 차량 전달 기구의 구성 요소를 손상시키지 않으며, 단지 작은 출력 토크만을 제공하여 차량 전달 기구의 기어 갭 맞물림 또는 프리 텐션을 완성하기만 하면 한다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 제어기(P4)가 사전 설정된 직축 전류(id) 및 사전 설정된 교축 전류(iq)에 따라 3상 컨버터(P2)를 제어하여 3상 교류 모터(P3)의 상전류를 조정하는 경우, 배터리 팩을 가열하기 전에 모터 제어기(P42)는 3상 교류 모터(P3)의 현재 3상 전류 값과 모터 회전자 위치 각도 정보를 획득하고, 모터의 회전자 위치 각도 정보에 따라 현재의 3상 전류값을 직축 전류와 교축 전류로 변환한 다음, 가열과정에서 직축 전류, 교축 전류, 사전 설정된 직축 전류 및 사전 설정된 교축 전류에 따라 3상 컨버터(P2)를 제어하여 3상 교류 모터(P3)의 상전류를 조절한다.
본 출원의 실시 방안에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제어기(P4)는 피드포워드 디커플링 유닛(P423), 좌표 변환 유닛(P424) 및 스위칭 신호 획득 유닛(P425)를 더 포함하고, 피드포워드 디커플링 유닛(P423)은 좌표 변환 유닛(P424)에 연결되고, 좌표 변환 유닛(P424)는 스위칭 신호 획득 유닛(P425) 및 3상 교류 모터(P3)에 연결되고, 스위칭 신호 획득 유닛(P425)는 모터 제어기(P42)에 연결되고, 모터 제어기(P422)는 3상 교류 모터(P3)에 연결된다. 구체적으로, 제어기(P4)는 직축 전류 및 교축 전류를 획득한 후, 직축 전류 및 교축 전류를 사전 설정된 직축 전류(id) 및 사전 설정된 교축 전류(iq)와 각각 비교하고, 사전 설정된 직축 전류(id) 및 사전 설정된 교축 전류(iq)에 따라 직축 전류와 교축 전류를 조정하여, 사전 설정된 직축 전류(id) 및 사전 설정된 교축 전류(iq)에 따라 3상 컨버터(P2)를 제어한다. 사전 설정된 직축 전류(id) 및 사전 설정된 교축 전류(iq)에 따라 직축 전류 및 교축 전류를 조정한 후, 조정 결과를 피드포워드 디커플링 유닛(P423)로 출력하고, 피드포워드 디커플링 유닛(P423)은 비교 결과를 디커플링하여 직축 전압(Ud)과 교축 전압(Uq)을 획득하고, 좌표 변환 유닛(P424)은 직축 전압(Ud)과 교축 전압(Uq)을 좌표 변환하여 제1 전압(Uα)과 제2 전압(Uβ을 획득하고, 스위칭 신호 획득 유닛(135)은 제1 전압(Uα) 및 제2 전압(Uβ에 따라 스위칭 신호를 획득하고, 모터 제어기(P42)는 스위칭 신호에 따라 3상 컨버터(P2)를 제어하여 3상 교류 모터(P3)의 상전류를 조절한다. 이 실시 방식에서, 사전 설정된 직축 전류(id) 및 사전 설정된 교축 전류(iq)에 따라 획득된 직축 전류 및 교축 전류를 조정하여 상응하는 조정 결과를 획득하고, 조정 결과를 일련의 변경 후에 3상 컨버터(P2)의 스위칭 신호를 획득하여, 모터 제어기(P42)가 스위칭 신호에 따라 3상 컨버터(P2)를 제어하여 3상 교류 모터(P3)의 상전류를 조절하게 하여, 3상 교류 모터의 폐회로 제어의 제어 및 가열 전력의 조절을 실현하여 배터리 가열 과정의 효율성을 높이고 모터 및 기타 부품의 손실을 줄인다.
본 출원의 실시 방안에서, 제어기(P4)는 모터 회전자 위치 각도 정보 및 피드포워드 디커플링 유닛의 현재 3상 전류 값에 따라 직축 전류 및 교축 전류를 획득하는 구체적인 과정은 다음과 같다:
배터리를 가열하기 전에, 제어기(P4)가 3상 교류 모터(P3)의 현재 3상 전류 값과 모터 회전자 위치 각도 정보를 획득한 후, 좌표 변환 유닛(P424)은 현재의 3상 전류값을 자연 좌표계에서 정지 좌표계로 변환하고, 모터의 회전자 위치 각도 정보에 따라 정지 좌표계의 현재 3상 교류값을 동기 회전 좌표계의 직축 전류와 교축 전류로 변환한다(도 8 참조).
이 실시 방안에서는 현재 3상 전류값을 자연 좌표계에서 정지 좌표계로 변환하고, 모터의 회전자 위치 각도 정보에 따라 정지 좌표계의 현재 3상 교류값을 동기 회전 좌표계의 직축 전류와 교축 전류로 변환함으로써, 제어기(P4)가 획득된 직축 전류 및 교축 전류에 따라 3상 컨버터(P2)를 제어하여 3상 교류 모터(P3)의 상전류를 조절하면, 동일한 좌표계의 표준을 기반으로 할 수 있으므로 조절 과정의 정확도가 향상된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 3상 교류 모터(P3)의 현재 3상 전류값과 모터 회전자 위치 각도 정보를 획득한 후, 좌표 변환 유닛(P424)는 clark 변환을 통해 자연 좌표계 ABC의 변수를 정지 좌표계 α-β의 변수로 변환한 후, park 변환을 통해 정지 좌표계 α-β의 변수를 동기 회전 좌표계 d-q의 변수로 변환하고, 전체 좌표 변환에서 진폭 불변 조건을 따르고 변환 행렬 앞에 변환 계수 2/3를 추가한다.
구체적으로, 좌표 변환 유닛(P424)이 자연 좌표계 ABC의 변수를 정지 좌표계 α-β의 변수로 변환하는 경우, 변환 행렬
Figure pct00001
따라 자연 좌표계 ABC의 변수를 변환한다. 좌표 변환 유닛(P424)이 정지 좌표계 α-β의 변수를 동기 회전 좌표계 d-q의 변수로 변환하는 경우, 변환 행렬
Figure pct00002
에 따라 정지 좌표계 α-β의 변수를 변환한 다음, 2개의 변환을 곱하여 자연 좌표계 ABC에서 동기 회전 좌표계 d-q로의 변환 행렬
Figure pct00003
를 획득할 수 있다. 여기서 θ는 3상 교류 모터(P3)의 회전자 직축과 3상 교류 모터(P3)의 A상 권선 사이의 각도(모터 회전자 위치 각도 정보)이고, 변환 행렬 T3s/2r 후에 자연 좌표계 ABC의 3상 전류를 직축 전류로 변환할 수 있으며, 직축 전류는 여기 전류이고, 교축 전류는 토크 전류이다. 즉, 교축 전류만이 모터 축단의 출력 토크와 관련이 있으므로, 가열 과정에서 교축 전류를 제어하면 모터 축단의 출력 토크를 제어할 수 있다.
3상 교류 모터(P3)의 모터 축단의 출력 토크 계산 공식
Figure pct00004
에 따르면, 교축 전류(iq)가 0일 때 모터 축단에서 토크 출력이 없음을 알 수 있으나 실제 사용에서 교축 전류를 0으로 제어하려면, 즉 모터의 전자기 토크를 발생하지 않으려면 모터의 영점 위치를 정확하게 획득해야 하는데, 이는 모터 영점 교정 방법의 정확도 및 신호 획득 정확도와 같은 요인에 의해 제한되며, 모터의 0 위치가 정확하지 않으면 제어 알고리즘이 교축 전류를 0으로 일정하게 제어할 수 없고 교축 전류 값이 0 부근에서 요동치게 되어 차량 전체에 떨림이 생기게 하고 떨림의 강도는 작업 상황에 따라 다를 수 있다. 이때 차에 운전자와 동승자가 있으면 좋지 않은 운전 경험을 하게 되는데, 이러한 단점을 없애기 위해 본 출원은 사전 설정된 교축 전류(iq)의 진폭을 일정한 적절한 값으로 실시간으로 제어하므로, 이 값이 차량이 움직임이나 진동의 경향과 느낌을 갖도록 할 수 없으며 차량 전동 기구에 잠재적인 손상도 일으키지 않으며 모터 축이 전동 기구의 기계 강도가 수용할 수 있는 범위 내에서 작은 토크를 출력하게 한다. 이는 프리 텐션과 유사한 효과를 생성하고 전동 기구 사이의 맞물림 간격을 제거하여 운전자와 동승자에게 좋은 느낌을 줄 수 있으며 차량이 배터리 팩의 가열을 정상적으로 실현할 수 있다. 여기서, Te는 모터 축단의 출력 토크, p는 모터의 극 쌍 수,
Figure pct00005
는 모터의 쇄교 영구 자석, Ld는 직축 인덕턴스, Lq는 교축 인덕턴스, id 직축 전류, iq는 교축 전류를 나타낸다.
또한, 3상 컨버터(P2)의 동일한 상 브리지 암 전력 스위치의 불균일한 스위칭 횟수을 방지하여 장치 수명의 불균일한 문제를 야기하는 것을 방지하기 위해, 본 출원의 실시 방안에서 제공하는 배터리 가열 시스템은 3상 교류 모터(P3)의 상전류를 조절할 때, 한 방향으로 주기적으로 변화하는 사전 설정된 직축 전류를 제공하며, 사전 설정된 직축 전류는 1 주기에서 전반 주기의 전류 방향은 양이고 후반 주기의 전류 방향은 음이므로, 3상 컨버터(P2)에서 동일한 위상의 전력 스위칭 소자의 상하 브릿지 암의 스위칭 횟수는 균일하고, 소자 수명은 균형을 이룬다.
또한, 수집된 변수에 대해 좌표 변환을 수행하여 직축 전류 및 교축 전류를 획득한 후, 직축 전류 및 교축 전류를 각각 사전 설정된 교축 전류(iq) 및 사전 설정된 직축 전류(id)와 비교할 수 있으며, 비교 결과는 피드포워드 디커플링 유닛(P423)으로 피드백하고, 피드포워드 디커플링 유닛(P423)은 피드포워드 보상을 통해 변수를 완전히 디커플링하며, 디커플링이 완료된 후, 획득된 직축 전압(Ud)과 교축 전압(Uq)을 다시 좌표 변환 유닛(P424)에 전달하고, 역park 변환 행렬
Figure pct00006
을 통해 정지 좌표계의 전압 변수 Uα와 Uβ를 획득한 후, Uα와 Uβ를 스위칭 신호 획득 유닛(P424)으로 전달하고, 스위칭 신호 획득 유닛(P424)은 공간 벡터 펄스 폭 변조 알고리즘(SVPWM)을 통해 3상 컨버터(P2)를 제어하기 위한 6개의 스위칭 신호를 획득하고, 모터 제어기(P42)는 6개의 스위칭 신호를 통해 3상 컨버터(P2)의 전력 스위칭 소자를 제어하여 스위칭 동작을 수행하여 3상 교류 모터(P3)를 통해 흐르는 3상 전류값의 크기를 제어한다.
본 출원의 실시 방안에서, 배터리 팩(P1)의 가열 과정 동안, 온도가 너무 높으면 어떤 소자도 손상될 수 있으므로, 3상 교류 모터(P3)와 3상 컨버터(P2)의 전력 소자의 온도를 실시간으로 모니터링할 필요가 있으며, 3상 컨버터(P2) 또는 3상 교류 모터(P3)의 온도가 온도 임계값을 초과하는 것으로 감지되면, 사전 설정된 직축 전류(id)의 전류 진폭을 줄이거나 사전 설정된 직축 전류(id)를 0으로 설정한다. 따라서 3상 교류 모터(P3)를 흐르는 3상 권선의 상전류 값도 감소하거나 0이 되어 모터(P3)의 발열 전력이 감소하고, 또한 3상 컨버터(P2)의 전력 유닛의 온도와 3상 교류 모터(P3)의 3상 권선의 온도가 감소하여 가열 효과를 보장하는 동시에 전체 차량 부품에 손상을 입히지 않는다.
본 출원의 일부 실시 방안에서, 배터리 관리 시스템(P41)은 배터리 팩(P1)의 온도를 실시간으로 모니터링하고, 배터리 팩(P1)의 온도가 지정된 가열 온도에 도달하면 전원 배터리의 가열을 중지하며; 이 때, 직축 전류를 감소시킬 필요가 있다. 이러한 설정을 통해, 배터리 팩(P1)이 과열되는 것을 효과적으로 방지하고 배터리 팩(P1)이 손상되는 것을 방지하고, 배터리 팩(P1)의 사용 수명을 향상시킨다.
도 9는 장치의 예시이다. 장치는 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 또는 플러그인 하이브리드 전기 자동차 등이다. 다른 예시로서, 장치는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터 등일 수 있다. 다른 예시로서, 장치는 전기 기차, 선박 및 위성, 에너지 저장 시스템 등일 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시 방안을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 이루어질 수 있고 구성요소는 균등물로 대체될 수 있다. 특히, 구조적 충돌이 없는 한, 다양한 실시 방안에서 언급된 다양한 기술적 특징은 어떠한 방식으로든 조합될 수 있다. 본 발명은 본문에 개시된 특정 실시 방안에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에 속하는 모든 기술 방안을 포함한다.
P1: 배터리, P2: 컨버터, P3: 모터, P4: 제어기, P21：제1 스위칭 모듈, P22: 제2 스위칭 모듈, P23: 제3 스윗칭 모듈, P24: 제4 스윗칭 모듈, P25：제5 스위칭 모듈, P26：제6 스위칭 모듈, P41：배터리 관리 시스템, P42: 모터 제어기, P43: 차량 제어기, L1, L2, L3: 모터 권선, P423: 피드포워드 디커플링 유닛, P424: 좌표 변환 유닛, P425: 스윗칭 신호 획득 유닛, Ra: 보조 가열 기구.

Claims (19)

  1. 배터리 팩 가열 방법에 있어서, 상기 배터리 팩은 컨버터를 통해 유도 부하에 연결되며, 상기 방법은:
    가열 요청을 수신하면, 상기 컨버터의 스위칭 모듈이 통전 및 분리되도록 제어하여 상기 배터리 팩과 상기 유도 부하 사이의 방전 및 충전을 제어하며;
    여기서, 상기 배터리 팩의 방전 단계에서, 상기 배터리 팩을 보조 가열 기구에 병렬로 연결하고; 또한
    여기서, 상기 배터리 팩의 충전 단계에서, 상기 보조 가열 기구를 상기 배터리 팩에서 분리하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 팩 가열과 관련된 전류 파라미터를 수집하며, 또한
    상기 배터리 팩 가열과 관련된 전류 파라미터가 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간을 초과하면, 상기 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간에 기초하여 상기 배터리 팩의 충방전 주기의 상기 충전 단계 및 상기 방전 단계의 지속 시간을 조정하여, 상기 전류 파라미터가 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간으로 돌아가도록 하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 배터리 팩의 충방전 주기의 상기 충전 단계와 상기 방전 단계의 지속 시간은 같은 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도 부하는 모터의 권선이고, 상기 컨버터의 스위칭 모듈은 주기적으로 통전 및 분리되도록 설정되어 상기 모터가 회전하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 모터는 3상 교류 모터이고, 상기 컨버터는 제1 상 브리지 암, 제2 상 브리지 암 및 제3 상 브리지 암을 갖는 3상 풀 브리지 회로이며;
    여기서, 상기 배터리 팩의 충방전 주기의 상기 방전 단계에서는, 2개 또는 3개의 스위칭 모듈을 닫고, 닫힌 스위칭 모듈은 다른 상 브리지 암에 위치하고, 상부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈과 하부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈을 닫으며; 또한
    상기 배터리 팩의 충방전 주기의 상기 충전 단계에서는, 상기 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈을 분리하고, 상기 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈이 위치한 상부 브릿지 암 또는 하부 브리지 암의 반대편에 있는 하부 브리지 암 또는 상부 브리지 암의 스위칭 모듈을 닫는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은:
    상기 배터리 팩의 상태 파라미터를 획득하고;
    상기 컨버터의 온도와 상기 모터의 온도를 획득하고;
    상기 상태 파라미터, 상기 컨버터의 온도 또는 상기 모터의 온도가 대응되는 파라미터의 안전 범위를 초과하면, 가열 중지 요청을 생성하고, 상기 상태 파라미터는: 전압, 온도, 충전 상태 및 절연 저항 중 적어도 하나의 파라미터를 포함하며; 및
    상기 가열 중지 요청에 응답하여, 상기 컨버터의 모든 스위칭 모듈이 분리 상태가 되도록 제어하고, 상기 보조 가열 기구를 상기 배터리 팩에서 분리하는 것을 포함함을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은:
    상기 배터리 팩이 설치된 차량의 상태 정보를 획득하며;
    상기 상태 정보가 상기 차량이 가열 조건에 있지 않음을 나타내면, 가열 중지 요청을 생성하고, 상기 상태 정보는: 차량의 시동 상태, 도어 상태, 충돌 정보, 고압 상태, 주변 온도 중 적어도 하나의 파라미터를 포함하며; 및
    상기 가열 중지 요청에 응답하여, 상기 컨버터의 모든 스위칭 모듈이 분리 상태가 되도록 제어하고, 상기 보조 가열 기구를 상기 배터리 팩에서 분리하는 것을 포함함을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 가열 기구는 가열 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 가열 기구는 PTC 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 방법.
  10. 배터리 팩 가열 장치에 있어서, 상기 배터리 팩 가열 장치는 컨버터, 유도 부하, 보조 가열 기구 및 제어기를 포함하며,
    상기 컨버터의 직류 단자는 상기 배터리 팩의 양극 및 음극에 연결되고;
    상기 유도 부하는 상기 컨버터의 교류 단자에 연결되고;
    상기 보조 가열 기구는 상기 배터리 팩에 병렬 연결되며; 및
    상기 제어기는 상기 컨버터 및 상기 보조 가열 기구에 각각 연결되며, 여기서, 상기 제어기는:
    가열 요청에 응답하여, 상기 컨버터의 스위칭 모듈이 통전 및 분리되도록 제어하여 상기 배터리 팩과 상기 유도 부하 사이의 방전 및 충전을 제어하고;
    상기 배터리 팩의 방전 단계에서, 상기 보조 가열 기구를 상기 배터리 팩에 병렬로 연결하고; 또한
    상기 배터리 팩의 충전 단계에서, 상기 보조 가열 기구를 상기 배터리 팩에서 분리하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 제어기는:
    상기 배터리 팩 가열과 관련된 전류 파라미터를 수집하며, 또한
    상기 배터리 팩 가열과 관련된 전류 파라미터가 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간을 초과하면, 상기 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간에 기초하여 상기 배터리 팩의 충방전 주기의 상기 충전 단계 및 상기 방전 단계의 지속 시간을 조정하여, 상기 전류 파라미터가 사전 설정된 원하는 전류 임계값 구간으로 돌아가도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 배터리 팩의 충방전 주기의 상기 충전 단계와 상기 방전 단계의 지속 시간은 같은 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 장치.
  13. 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도 부하는 모터의 권선이고, 상기 제어기는 상기 컨버터의 스위칭 모듈이 주기적으로 통전 및 분리되도록 제어하여 상기 모터가 회전하지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 모터는 3상 교류 모터이고, 상기 컨버터는 제1 상 브리지 암, 제2 상 브리지 암 및 제3 상 브리지 암을 갖는 3상 풀 브리지 회로이며; 여기서, 상기 제어기는:
    상기 배터리 팩의 충방전 주기의 상기 방전 단계에서는, 2개 또는 3개의 스위칭 모듈을 닫고, 닫힌 스위칭 모듈은 다른 상 브리지 암에 위치하고, 상부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈과 하부 브리지 암에 위치한 적어도 하나의 스위칭 모듈을 닫으며; 또한
    상기 배터리 팩의 충방전 주기의 상기 충전 단계에서는, 상기 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈을 분리하고, 상기 방전 단계에서 닫힌 스위칭 모듈이 위치한 상부 브릿지 암 또는 하부 브리지 암의 반대편에 있는 하부 브리지 암 또는 상부 브리지 암의 스위칭 모듈을 닫도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 장치.
  15. 청구항 10 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는:
    상기 배터리 팩의 상태 파라미터를 획득하고;
    상기 컨버터의 온도와 상기 모터의 온도를 획득하고;
    상기 상태 파라미터, 상기 컨버터의 온도 또는 상기 모터의 온도가 대응되는 파라미터의 안전 범위를 초과하면, 가열 중지 요청을 생성하고, 상기 상태 파라미터는: 전압, 온도, 충전 상태 및 절연 저항 중 적어도 하나의 파라미터를 포함하며; 및
    상기 가열 중지 요청에 응답하여, 상기 컨버터의 모든 스위칭 모듈이 분리 상태가 되도록 제어하고, 상기 보조 가열 기구를 상기 배터리 팩에서 분리하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 장치.
  16. 청구항 10 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는:
    상기 배터리 팩이 설치된 차량의 상태 정보를 획득하며;
    상기 상태 정보가 상기 차량이 가열 조건에 있지 않음을 나타내면, 가열 중지 요청을 생성하고, 상기 상태 정보는: 차량의 시동 상태, 도어 상태, 충돌 정보, 고압 상태, 주변 온도 중 적어도 하나의 파라미터를 포함하며; 및
    상기 가열 중지 요청에 응답하여, 상기 컨버터의 모든 스위칭 모듈이 분리 상태가 되도록 제어하고, 상기 보조 가열 기구를 상기 배터리 팩에서 분리하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 장치.
  17. 청구항 10 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 가열 기구는 가열 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 장치.
  18. 청구항 10 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 가열 기구는 PTC 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 팩 가열 장치.
  19. 배터리 팩; 및
    청구항 10 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 따른 배터리 가열 시스템을 포함하는, 전기 장치.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111347935B (zh) * 2018-12-21 2021-10-22 比亚迪股份有限公司 一种车辆及其动力电池加热装置与方法
US11929475B2 (en) 2022-06-23 2024-03-12 GM Global Technology Operations LLC Battery heating during vehicle operation and/or during vehicle charging
CN116315301B (zh) * 2023-05-16 2023-08-18 惠州市乐亿通科技有限公司 储能系统电池加热管理方法和装置
CN116505139B (zh) * 2023-06-30 2024-03-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池加热控制方法、装置、电子设备及电池加热电路
CN117013145B (zh) * 2023-09-12 2024-01-30 比亚迪股份有限公司 电池包自加热方法、电池包、用电装置及车辆
CN117352910B (zh) * 2023-12-05 2024-09-10 深圳市德兰明海新能源股份有限公司 电池系统、加热方法、装置、计算机设备和存储介质

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4785708B2 (ja) * 2006-11-09 2011-10-05 三洋電機株式会社 パック電池の制御方法
JP2013030394A (ja) * 2011-07-29 2013-02-07 Sanyo Electric Co Ltd 蓄電池の充電装置
DE102011089955A1 (de) * 2011-12-27 2013-06-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Leistungssteigerung einer Batterie, Batterie-Management-System und Kraftfahrzeug
JP2014207766A (ja) * 2013-04-12 2014-10-30 パナソニック株式会社 過電流検出装置、及び当該過電流検出装置を用いた充放電システム、分電盤、充電制御装置、車両用充放電装置、車両用電気機器
CN105190987B (zh) * 2013-05-08 2018-06-22 株式会社Lg化学 电池预热系统和使用其的电池预热方法
WO2015046531A1 (ja) * 2013-09-30 2015-04-02 日本電気株式会社 リチウムイオン二次電池システム
JP2016052158A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 スズキ株式会社 バッテリパックの放電装置
JP6493166B2 (ja) * 2015-11-11 2019-04-03 株式会社デンソー 電池パック
DE102016200663A1 (de) * 2016-01-20 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Regeln der Zwischenkreisspannung eines Hybrid- oder Elektro-Fahrzeugs nach Abtrennen der Hochvoltbatterie
CN106025445B (zh) * 2016-07-25 2019-03-19 北京理工大学 一种基于lc谐振和ptc电阻带的蓄电装置加热方法
CN107666026A (zh) * 2016-07-28 2018-02-06 杭州波谱莱新能源科技有限公司 一种电动车锂离子动力电池组加热装置和方法
WO2019220560A1 (ja) * 2018-05-16 2019-11-21 本田技研工業株式会社 電力消費制御装置
CN108682909B (zh) * 2018-05-22 2021-06-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池组系统及其控制方法、管理设备
CN111347925B (zh) * 2018-12-21 2022-03-18 比亚迪股份有限公司 一种车辆、电机控制电路、动力电池充电方法与加热方法
CN110970690B (zh) * 2018-12-29 2021-01-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池加热系统及其控制方法
CN110962631B (zh) * 2018-12-29 2020-11-17 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池加热系统及其控制方法
CN209479443U (zh) * 2018-12-29 2019-10-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池加热系统
CN110015202B (zh) * 2019-03-28 2021-01-22 清华大学 电动汽车电池加热方法
CN110970965B (zh) * 2019-06-24 2020-11-06 宁德时代新能源科技股份有限公司 开关控制装置及方法、电机控制器和电池组加热控制系统
CN110970672B (zh) * 2019-06-24 2020-12-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池组加热系统的控制系统和方法、电池组加热管理系统
CN110962692B (zh) * 2019-06-24 2020-12-11 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池组加热系统及其控制方法
DE102019127803A1 (de) * 2019-10-15 2021-04-15 Arte Reverse Engineering GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Heiko Lantzsch, 98617 Vachdorf) Heizbare Batterie
US20210126302A1 (en) * 2019-10-25 2021-04-29 Joel Hooper Battery module with integrated heater
CN111660875B (zh) * 2020-06-04 2021-04-20 比亚迪股份有限公司 车辆、能量转换装置及其控制方法
CN112601297B (zh) * 2020-12-15 2023-06-16 北京理工大学 一种用于动力电池的复合交流加热装置

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