KR20240047328A - 모듈형 배터리 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents

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KR20240047328A
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바르트 세천
메헌 에드하르 라우런스 흐리스토프 에파리커 판
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스톰 그룹 비.브이.
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Abstract

조정 가능한 직류(DC) 전압 출력을 제공하기 위한 모듈형 배터리 시스템 및 방법. 프리차지 접촉기 및 프리차지 저항기를 갖춘 프리차지 유닛이 제공되고, 프리차지 저항기는 그 온도가 증가함에 따라 그 전기적 저항이 증가하도록 구성된다. 프리차지 유닛은 프리차지 저항기에 걸리는 전압차를 검출하도록 배열된 광커플러를 포함한다.

Description

모듈형 배터리 시스템 및 그 동작 방법{A MODULAR BATTERY SYSTEM AND A METHOD OF OPERATING THEREOF}
본 발명은 조정 가능한 직류(DC) 전압 출력을 제공하기 위한 모듈식 배터리 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 프리차지 유닛을 포함한다. 본 발명은 또한 모듈형 배터리 시스템의 파워 업 절차 동안 프리차징의 예비 모드를 수행하는 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 적어도 하나의 모듈형 배터리 시스템을 포함하는 전기 시스템 또는 디바이스에 관한 것이다.
배터리는 다양한 응용에 사용된다. 모듈형 배터리 시스템은 설계 유연성을 상당히 개선시킬 수 있다. 모듈형 배터리 시스템은 복수의 배터리 모듈을 가질 수 있다. 배터리 모듈은, 연결된 배터리 모듈의 수가 예를 들어 필요 또는 응용에 따라 증가 또는 감소될 수 있도록, 착탈가능하게 배열될 수 있다. 또한, 필요에 따라 배터리 모듈을 용이하게 교체할 수 있다.
배터리가 스위치 온되는 경우, 출력 전압이 부하에 제공된다. 배터리의 출력 전압은 0에서 생성된 출력 전압으로 점프한다. 저항성 부하는 전류를 제한할 수 있다. 하지만, 부하가 커패시터를 가지는 경우, 배터리가 스위치 온될 때, 전류가 너무 커질 수 있다. 배터리 시스템은 가능한 한 빨리 커패시터를 충전하기 위해 그것이 공급할 수 있는 최대 전류를 공급할 것이다. 큰 전류는 아크 형성과 같은 해로운 영향을 초래할 수 있고, 심지어 배터리 시스템의 하나 이상의 컴포넌트를 손상시킬 수 있다. 예를 들어, 생성된 아크는 매우 높은 온도로 인해 접촉부가 파괴되게 할 수 있다. 더욱이, 전류의 엄청난 급증(예를 들어, 배터리 시스템이 치수화되는 전류의 10배 초과, 또는 심지어 50배 초과)은 컴포넌트를 더 신속하게 파괴하거나 심지어 마모시켜, 배터리 시스템의 예상 수명 감소를 초래할 수 있다. 이 급증은 심지어 부하에 손상을 초래할 수 있는데, 예를 들어 커패시터 컴포넌트가 폭발하여 안전 위험을 초래할 수 있다.
이러한 높은 전류를 방지하기 위해 프리차징 회로를 사용하는 것이 일반적인 관례이다. 배터리 시스템의 전압 출력을 부하에 제공하기 위해 메인 접촉기가 폐쇄되기 전에, 프리차지 접촉기가 폐쇄된다. 프리차지 접촉기는 전류를 변조하기 위해 직렬의 저항기를 갖는다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 커패시터는 극도로 높은 전류를 야기시키지 않으면서 보다 느리게 충전될 수 있다. 프리차징이 완료되면, 메인 접촉기는 폐쇄될 수 있다.
그러나, 모듈형 배터리 시스템은 가변 출력 전압을 가질 수 있다. 따라서, 프리차징 회로 내의 미리 구성된 저항기는 모듈형 배터리 시스템이 전달할 수 있는 특정 출력 전압에 부적절할 수 있다. 예를 들어, 프리차징은 너무 오래 걸릴 수 있다(참고, 저항이 너무 높은 프리차징 저항기). 다른 경우에, 과열이 발생할 수 있으며, 이는 하드웨어 손상 및/또는 안전 문제(예를 들어, 화재 위험, 폭발 등)를 초래할 수 있다.
정 온도 계수(Positive Temperature Coefficient, PTC) 서미스터는 온도 증가에 따라 저항이 증가하는 저항기이다. 일부 경우에, PTC가 프리차징 회로에 사용된다. 더 높은 전압의 경우, PTC가 가열되고, 저항은 원하는 대로 자동으로 증가된다. 프리차지 검증은 전류 측정에 의해 수행된다. 그러나, PTC의 경우와 같이 저항기가 가변 값을 갖는 경우 프리차지 저항기에 대한 전압 차이를 결정하는 데 전류 측정은 신뢰할 수 없다. 또한, 절연된 전압 측정은 더 높은 전압의 경우 고가이고 크다.
가변 전압 출력 범위 및/또는 알려지지 않은 출력 커패시턴스를 갖는 모듈형 배터리 시스템에서 프리차징 해결책을 개선할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 전술한 단점 중 적어도 하나를 제거하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명의 목적은 모듈형 배터리 시스템의 설계를 개선하는 것이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명의 목적은 개선된 프리차징을 갖는 모듈형 배터리 시스템을 제공하는 것이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명의 목적은 모듈형 배터리 시스템의 동작 안전성을 증가시키는 것이다.
이에, 본 발명은 조정 가능한 직류(DC) 전압 출력을 제공하기 위한 모듈형 배터리 시스템을 제공하며, 시스템은 프리차지 접촉기 및 프리차지 저항기를 갖춘 프리차지 유닛을 포함하고, 프리차지 저항기는 그 온도가 증가함에 따라 그 전기 저항이 증가하도록 구성되고, 프리차지 유닛은 프리차지 저항기에 걸리는 전압차를 검출하도록 배열된다.
본 발명은 프리차징을 위한 개선된 전압 측정을 제공한다. 모듈형 배터리 시스템은 넓은 출력 전압 범위, 큰 전력 요건 변화, 및/또는 알려지지 않은 출력 커패시턴스로 프리차지를 수행할 수 있다. 시스템은 비교적 높은 출력 전압(예를 들어, 1000V)에서도, 안전하고 절연된 방식으로 프리차징이 수행되는 것을 더 잘 보장할 수 있다.
전류 측정은 자기장 측정(즉, 절연)에 의해 측정될 수 있기 때문에 물리적 전기적 연결이 필요하지 않다. 그러나, 프리차지 저항기는 그 온도가 적어도 미리 정의된 온도 범위에서 증가함에 따라 그 전기 저항이 증가되도록 구성되기 때문에(즉, 적어도 미리 결정된 온도 범위에서 온도에 따라 저항을 변경함), 프리차징이 완료되었는지 여부를 식별하기 위해 전류 측정을 수행하는 것은 적합하지 않을 수 있다. 이는 고정된 프리차지 저항기에 적합할 것이지만, 가변 전압 출력을 갖는 모듈형 배터리 시스템에 사용되는 가변 저항 프리차지 저항기에 적합하지 않다. 예를 들어, 프리차지 저항기가 비교적 높은 온도로 상승하면, 전류는 급격히 감소된다. 그러나, 시스템은 아직 프리차징되지 않았을 수 있다. 본 개시에 따른 시스템 및 방법은 광커플러를 사용하는 프리차지 저항기에 대한 전압 측정을 채용한다. 이는 프리차징 상태에 대한 정확한 표시를 제공한다. 또한, 유리하게는, 광커플러를 사용하여 프리차지 저항기에 걸리는 전압의 표시를 측정함으로써, 전압 측정을 수행하기 위해 (외부) 전원(예를 들어, 배터리)이 필요하지 않다. 절연된 전압 측정은 통상적으로 절연부의 양 측에 전압 공급부를 필요로 한다. 광커플러 측정도 또한 전압 공급부(참고, 전원)가 필요하지만, 절연부의 입력/측정 측이 아닌 절연부의 출력 측에만 필요하다. 견고하고 비용 효과적인 설계가 유리한 방식으로 얻어진다.
선택적으로, 광커플러는 전압차 임계값이 초과되었는지 여부를 검출하도록 구성되며, 여기서 파워 업 절차 동안 프리차지 유닛을 사용하는 프리차징의 예비 모드는 성공적인 것으로 간주된다.
프리차지 저항기에 걸리는 (임계) 전압이 광커플러를 사용하여 검출되는 한 프리차징은 아직 완료되지 않았다. 광커플러는 프리차지 단계가 성공적인 것으로 간주되는 전압차 임계치를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프리차지 저항기에 걸리는 전압차가 전압차 임계값보다 작은 경우, 프리차지 유닛을 사용하는 프리차징의 예비 모드는 성공적인 것으로 간주될 수 있다. 이는 광커플러를 사용하여 효과적으로 표시될 수 있다. 유리하게는, 프리차징 회로 배열은 비용 효과적인 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 큰 출력 전압 범위에 대해 효과적으로 작업할 수 있는 간단한 설계를 제공한다.
선택적으로, 시스템은 광커플러의 발광기에 의해 방출된 광에 기초하여 프리차지 접촉기를 적합하게 동작시킴으로써 프리차지를 중지하도록 구성된다.
프리차지 저항기에 걸리는 전압이 존재하는 경우, 전류는 광커플러를 향해 흐를 것이고, 광커플러의 발광 다이오드(LED)가 활성화될 것이고, 이는 센서에 의해 검출될 수 있다.
선택적으로, 시스템은 광커플러에 의해 방출된 광을 모니터링하기 위한 광센서를 포함하고, 시스템은 광커플러의 발광기로부터의 광이 광센서에 의해 더 이상 검출되지 않으면 프리차징를 중단하도록 구성된다.
예를 들어, 광센서에 의해 광커플러의 LED가 오프인 것이 검출되면, 시스템은 성공적으로 프리차징되었고 메인 접촉기는 폐쇄될 수 있다. 다양한 유형의 감광성 센서가 사용될 수 있다.
선택적으로, 광커플러는 프리차지 저항기에 평행한 회로로 배열된다.
이는 간단한 설계를 제공한다. 더욱이, 회로는 기존 설계에 쉽게 통합될 수 있는 디바이스에 통합될 수 있다.
선택적으로, 회로는 광커플러를 통한 전류가 프리차징 동안 미리 결정된 임계값을 초과하지 않는 것을 보장하도록 구성된다.
선택적으로, 회로는 프리차지 저항기에 걸리는 미리 정의된 전압차에 대해 광커플러를 통한 전류를 제한하도록 배열된 제1 저항기(R1), 제2 저항기(R2), 및 제너 다이오드를 포함한다.
광커플러를 통한 전류는 특히 더 높은 전압차에서 제한될 수 있다.
제너 다이오드를 갖는 회로는 필수적이지 않다는 것이 이해될 것이다. 비교적 높은 전압차에서 광커플러를 통한 전류를 제한하기 위한 등가 배열체 또는 회로(예를 들어, 제어된 스위치를 사용함)를 제공하는 것이 또한 가능하다.
선택적으로, 회로는 프리차지 접촉기와 프리차지 저항기 사이의 제1 노드(참고, 지점)에 연결된 제1 라인, 및 프리차지 저항기와 시스템의 출력부 사이의 제2 노드에 연결된 제2 라인을 갖고, 출력부는 전기 부하에 연결 가능하고, 제1 라인은 제1 저항기(R1)에 연결되고, 제1 저항기(R1)는 제2 저항기(R2)에 연결되고, 제2 저항기(R2)는 광커플러의 애노드에 연결되고, 제2 라인은 광커플러의 캐소드에 연결되고, 제너 다이오드는 제2 라인을 제1 저항기(R1)와 제2 저항기(R2) 사이의 중간 노드에 연결하는 라인에 배열되고, 제너 다이오드의 캐소드는 중간 노드에 연결된다.
회로 내의 제1 저항기(R1), 제2 저항기(R2) 및 제너 다이오드는 광커플러에 걸리는 전압 및 광커플러를 통한 전류가 미리 결정된 최대값을 초과하지 않는 것을 보장하도록 구성된다. 이를 통해, 광커플러의 손상을 방지할 수 있다. 모듈형 배터리 시스템의 안전성이 개선될 수 있다.
프리차지 저항기에 걸리는 전압차는 광커플러에 의해 검출되는 R1 및 R2에 걸쳐 전류를 생성한다.
선택적으로, 시스템은 회로와 동일한 구성을 갖는 보조 회로를 포함하고, 보조 회로의 보조 제1 라인은 프리차지 저항기과 시스템의 출력부 사이의 제2 지점 노드에 연결되고, 보조 회로의 보조 제2 라인은 프리차지 접촉기와 프리차지 저항기 사이의 제1 지점 노드에 연결된다.
유리하게는, 보조 회로는 일 방향으로 전압을 측정하는 데 사용될 수 있고, 출력부의 전압이 입력부보다 높은 경우(예를 들어, 동일한 버스 상에 여러 개의 배터리 팩을 갖는 경우), 이는 메인 접촉기가 폐쇄되기 이전에 효과적으로 검출될 수 있다.
선택적으로, 보조 회로는 제2 지점 노드에 연결된 보조 제1 라인, 및 제1 지점 노드에 연결된 보조 제2 라인을 포함하고, 보조 제1 라인은 보조 제1 저항기(R1)에 연결되고, 보조 제1 저항기(R1)는 보조 제2 저항기(R2)에 연결되고, 보조 제2 저항기(R2)는 보조 광커플러의 애노드에 연결되고, 보조 제2 라인은 보조 광커플러의 캐소드에 연결되고, 보조 제너 다이오드는 보조 제2 라인을 보조 제1 저항기(R1)와 보조 제2 저항기(R2) 사이의 중간 지점 노드에 연결하는 라인에 배열되고, 보조 제너 다이오드의 캐소드는 중간 지점 노드에 연결된다.
선택적으로, 모듈형 배터리 시스템은 에너지 저장 유닛이 출력부에 전기적으로 연결되는 폐쇄 상태와 에너지 저장 유닛과 출력부 사이의 전기적 연결이 상기 접촉기에 의해 차단되는 개방 상태 사이에서 스위칭 가능한 메인 접촉기를 포함하고, 프리차징 동안 메인 접촉기는 개방 상태에 있고, 광커플러에 의해 방출되는 광에 기초하여 프리차징의 예비 모드를 중단하기 위해 메인 접촉기는 폐쇄 상태로 스위칭되고 프리차지 접촉기는 개방된다.
메인 접촉기는 회로의 광커플러 및/또는 보조 회로의 광커플러에 의해 방출된 검출 광에 기초하여 스위칭될 수 있다.
선택적으로, 프리차지 저항기는 정 온도 계수(PTC) 저항기이다.
선택적으로, 모듈형 배터리 시스템은 다수의 배터리 모듈의 연결(concatenation)을 가지며, 각각의 배터리 모듈은 적어도 하나의 재충전 가능한 배터리 셀을 포함하고, 모듈형 배터리 시스템 내의 배터리 모듈의 수 및/또는 모듈형 배터리 시스템 내의 상기 배터리 모듈의 배열은 적응 가능하다.
선택적으로, 모듈형 배터리 시스템은 미리 정의된 전압 범위 내에서 조정 가능한 전압 출력을 갖는다.
선택적으로, 모듈형 배터리 시스템의 미리 정의된 전압 범위는 50 내지 2000 볼트, 더 바람직하게는 120 내지 1000 볼트이다.
일 양태에 따르면, 본 발명은 모듈형 배터리 시스템의 파워 업 절차 동안 프리차징의 예비 모드를 수행하는 방법을 제공하며, 모듈형 배터리 시스템은 조정 가능한 직류(DC) 전압 출력을 제공하도록 구성되고, 이 방법은, 프리차지 접촉기 및 프리차지 저항기를 포함하는 프리차지 유닛을 제공하는 단계로서, 프리차지 저항기는 그 온도가 증가함에 따라 그 전기 저항이 증가하도록 구성되는, 상기 프리차지 유닛을 제공하는 단계, 및 프리차지 저항기에 걸리는 전압차를 검출하기 위한 광커플러를 프리차지 유닛에 제공하는 단계를 포함한다.
이 방법은 반송가능한 전압 출력을 갖는 모듈형 배터리 시스템에 대한 개선된 프리차징을 제공한다. 모듈형 배터리 시스템의 가변 전압 출력은, PTC 프리차저 저항기의 저항이 온도에 따라 동적으로 변화하기 때문에, 이 저항기를 사용하는 것을 바람직하게 할 수 있다. 유리하게는, 프리차지 저항기에 걸리는 전압의 표시는 광커플러를 사용하여 검출된다.
일 양태에 따르면, 본 발명은 모듈형 배터리 시스템의 프리차지 저항기에 걸리는 전압을 검출하기 위한 회로를 제공하며, 이 회로는 제1 라인 및 제2 라인을 포함하고, 제1 라인은 제1 저항기(R1)에 연결되고, 제1 저항기(R1)는 제2 저항기(R2)에 연결되고, 제2 저항기(R2)는 광커플러의 애노드에 연결되고, 제2 라인은 광커플러의 캐소드에 연결되고, 제너 다이오드는 제2 라인을 제1 저항기(R1)와 제2 저항기(R2) 사이의 중간 노드에 연결하는 라인에 배열되고, 제너 다이오드의 캐소드는 중간 노드에 연결된다.
선택적으로, 회로의 제1 라인은 프리차지 접촉기와 프리차지 저항기 사이의 제1 노드에 연결되고, 회로의 제2 라인은 프리차지 저항기와 시스템의 출력부 사이의 제2 노드에 연결된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 회로의 제1 라인은 프리차지 저항기와 시스템의 출력부 사이의 제2 노드에 연결되고, 회로의 제2 라인은 프리차지 접촉기와 프리차지 저항기 사이의 제1 노드에 연결된다.
선택적으로, 출력부는 전기 부하에 연결 가능하다.
일 양태에 따르면, 본 발명은 본 발명에 따른 적어도 하나의 모듈형 배터리 시스템을 포함하는 전기 시스템 또는 디바이스를 제공한다.
모듈형 배터리 시스템의 관점에서 설명된 양태, 특징 및 옵션 중 임의의 것이 방법 및 설명된 전기 디바이스 및 용도에 동일하게 적용된다는 것이 이해될 것이다. 상기 양태, 특징 및 옵션 중 어느 하나 이상이 조합될 수 있다는 것도 또한 명백할 것이다.
도면에 나타낸 예시적인 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 설명하기로 한다. 예시적인 실시예는 비제한적인 예시로서 주어진다. 도면은 비제한적인 예로서 주어지는 본 발명의 실시예의 단지 개략적 표현이라는 점에 유의한다.
도면에서:
도 1은 시스템의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2는 시스템의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 3은 시스템의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 1은 조정 가능한 직류(DC) 전압 출력을 제공하기 위한 모듈형 배터리 시스템(1)의 실시예의 개략도를 도시한다. 모듈형 배터리 시스템(1)은 프리차지 접촉기(5) 및 프리차지 저항기(7)를 갖는 프리차지 유닛(3)을 포함한다. 프리차지 저항기(7)는 그 온도가 증가할수록 그 전기 저항이 증가하도록 구성된다. 프리차지 유닛(3)은 프리차지 저항기(7)에 걸리는 전압차를 검출하도록 배열된 광커플러(optocoupler)(9)를 포함한다. 광커플러의 LED에 의해 방출된 광에 기초하여, 시스템이 성공적으로 프리차지되었는지 여부가 결정될 수 있다.
이 예에서, 광커플러(9)는, 파워 업 절차 동안 프리차지 유닛(3)을 사용하는 프리차징의 예비 모드가 완료된 것으로/성공적인 것으로 간주되는 전압차 임계치를 검출하도록 배열된다. 모듈형 배터리 시스템(1)은 예를 들어 광커플러(9)의 발광기에 의해 방출된 검출 광에 기초하여 프리차지 접촉기(5)를 적합하게 동작시킴으로써 프리차지를 중지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 모듈형 배터리 시스템(1)은 광커플러(9)에 의해 방출된 광을 모니터링하기 위한 적어도 하나의 광센서에 의해 제공될 수 있으며, 여기서 시스템은 광커플러(9)의 발광기로부터의 광이 광센서에 의해 더 이상 검출되지 않으면 프리차지를 중지/중단하도록 구성된다.
이 예에서, 광커플러(9)는 프리차지 저항기(7)와 평행한 회로로 배열된다. 회로는 프리차징 동안 광커플러(9)를 통한 전류가 미리 결정된 임계값을 초과하지 않는 것을 보장하도록 구성된다. 이를 통해, 광커플러의 손상을 방지할 수 있다. 회로는 프리차지 저항기(7)에 걸리는 미리 정의된 전압차에 대해 광커플러(9)를 통한 전류를 제한하도록 배열된 제1 저항기(R1), 제2 저항기(R2) 및 제너 다이오드(Z)를 포함한다. 일부 예에서, 회로는 프리차지 접촉기(5)와 프리차지 저항기(7) 사이의 제1 노드(13)에 연결된 제1 라인(11), 및 프리차지 저항기(7)과 모듈형 배터리 시스템(1)의 출력부(19) 사이의 제2 노드(17)에 연결된 제2 라인(15)을 포함한다. 출력부(19)는 전기 부하(21)에 연결될 수 있다. 제1 라인(11)은 제1 저항기(R1)에 연결되고, 제1 저항기(R1)는 제2 저항기(R2)에 연결되고, 제2 저항기(R2)는 광커플러(9)의 애노드(9a)에 연결되며, 그리고 제2 라인(15)은 광커플러(9)의 캐소드(9b)에 연결된다. 제너 다이오드(Z)는 제1 저항기(R1)과 제2 저항기(R2) 사이의 중간 노드(25)에 제2 라인(15)을 연결하는 라인(23)에 배열된다. 제너 다이오드(Z)의 캐소드는 중간 노드(25)에 연결되어 있다. 상기 라인(23)은 노드(27)를 통해 제2 라인(15)에 연결된다.
또한, 이 예에서, 모듈형 배터리 시스템(1)은 모듈형 배터리 시스템(1)의 에너지 저장 유닛(참고, 도면에서 +BATT)이 출력부에 전기적으로 연결되는 폐쇄 상태와, 에너지 저장 유닛과 출력부(19) 사이의 전기적 연결이 상기 메인 접촉기(30)에 의해 차단되는 개방 상태 사이에서 스위칭 가능한 메인 접촉기(30)를 포함한다. 프리차징 동안 메인 접촉기(30)는 개방 상태에 있으며, 광커플러(9)에 의해 방출되는 광에 기초하여 프리차징의 예비 모드를 중단하기 위해서 메인 접촉기(30)는 폐쇄 상태로 스위칭되고 프리차지 접촉기(5)는 개방된다.
일부 예에서, 모듈형 배터리 시스템(1)은 하나 이상의 재충전가능한 배터리 셀을 갖는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 에너지 저장 유닛을 포함하고, 모듈형 배터리 시스템은 조정 가능한 DC 전압 출력을 제공하도록 구성된다.
도 2는 모듈형 배터리 시스템(1)의 실시예의 개략도를 도시한다. 프리차지 저항기(7)는 정 온도 계수(PTC) 저항기이다.
시스템은 LED에 의해 방출된 광을 검출하기 위해 내부에 통합된 광센서를 갖는 광커플러(optocoupler)(9)를 포함한다. 하지만, 대안적으로, 외부 광센서를 채용하는 것도 가능하다. (참고, 광커플러(9)의 LED를 통해) 광커플러(9)에 의해 방출된 광을 모니터링하기 위한 예시적인 외부 광센서(31)가 도시되어 있다. 제어기(50)는 광센서(31)(통합형 또는 외부 센서)의 감지 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어기(50)는 광커플러(9)의 발광기(33)로부터의 광이 광센서(31)에 의해 더 이상 검출되지 않으면 프리차징을 중지, 중단 또는 차단시키도록 구성될 수 있다.
따라서, 제어기(50)는 광센서(31)에 의해 검출된 광에 기초하여 프리차징이 완료되었는지 및/또는 성공적인지를 결정할 수 있다. 제어기는 이어서 메인 접촉기(30)를 폐쇄하고 프리차지 접촉기(5)를 개방할 수 있다. 결과적으로, +BATT는 출력부(19)에 직접 연결된다.
제어기(예를 들어, 마이크로제어기)는 예컨대 배터리 시스템의 메인 접촉기 및 프리차지 접촉기를 적합하게 동작시키기 위해 광센서(또는 그의 트랜시버)에 연결/결합될 수 있다. 예를 들어, 광커플러의 LED에 의해 방출된 광을 이용하여 프리차지가 완료되었음을 검출하는 경우, 프리차지 접촉기는 개방될 수 있고 메인 접촉기는 폐쇄될 수 있다.
PTC 프리차지 저항기(7)의 저항은 그것이 가열됨에 따라 증가한다. 이로 인해, 프리차징 동안 더 작은 출력 전압에 대해, PTC는 더 작은 저항을 가질 수 있다. 프리차징 동안 더 높은 출력 전압의 경우, PTC는 온도 증가로 인해 더 높은 저항을 가질 수 있다. 따라서, PTC의 저항은 능동 제어 메커니즘 없이 자동으로 조정될 수 있다(참고, 자기 레벨링).
광커플러(9)는 프리차지 저항기(7)에 걸리는 전압의 존재를 절연된 방식으로 통신하는 간단하고 효과적인 방법을 제공한다. 광커플러(9)의 LED에 의해 방출된 광은 광센서에 의해 용이하게 검출될 수 있다. 광센서는 예를 들어 광커플러(9)에 통합될 수 있다. 다양한 유형의 감광성 센서가 채용될 수 있다.
광커플러(9)는 그것이 활성화되는 특정 범위의 전류를 가질 수 있다. 일부 예에서, 광커플러(9)는, 프리차지 저항기에 걸리는 전압이 상위 임계 전압 값(예를 들어, 1000V)보다 클 때 그의 LED가 턴 온되도록, 그리고 프리차지 저항기에 걸리는 전압이 미리 결정된 하위 임계 전압 값(예를 들어, 15V)보다 작을 때 그의 LED가 턴 오프되도록 구성될 수 있다. 초기에, 전류는 R1을 통해 그리고 이어서 제너 다이오드를 통해 흐르고, 이어서 되돌아 흐른다. 프리차징이 거의 완료되면, 전류는 R1 및 R2와 광커플러(9)를 통해 흐를 것이다.
제너 다이오드는 그의 2개의 핀 사이의 전압이 미리 결정된 레벨 이상일 때 전도하도록 구성될 수 있다. 제너 다이오드가 전도하기 시작하는 이러한 미리 결정된 전압 레벨은 예를 들어 36 V일 수 있다. 따라서, 전압이 예를 들어 36 V 이상이면, 제너 다이오드는 전류를 전도할 것이다. 따라서, 광커플러(9)의 LED는 이 경우에 활성화되지 않는다. 전압이 36 V보다 작으면, 전류는 제너 다이오드를 통과하지 않을 것이고 전류는 광커플러를 통해 흐를 것이고 광커플러의 LED는 활성화될 것이다.
광커플러(9)는 프리차징이 실행되었는지(성공적으로 완료되었는지)의 유효 표시를 제공한다. 하지만, 미리 결정된 시구간 내에 프리차지가 성공하지 못하면, 프리차지는 중지될 수 있다. 배터리 시스템의 제어기는 프리차징을 중지하기 위해 필요한 조치를 수행할 수 있다.
모듈형 배터리 시스템(1)은 다수의 배터리 모듈의 연결을 가질 수 있고, 각각의 배터리 모듈은 적어도 하나의 재충전가능한 배터리 셀(통상적으로 다중 셀)을 포함하고, 모듈형 배터리 시스템 내의 배터리 모듈의 수 및/또는 모듈형 배터리 시스템 내의 상기 배터리 모듈의 배열은 적응 가능하다. 그 결과, 모듈형 배터리 시스템(1)의 출력부 전압은 가변적일 수 있다. 일부 예에서, 모듈형 배터리 시스템은 미리 정의된 전압 범위 내에서 조정 가능한 전압 출력을 갖는다.
도 3은 시스템(1)의 실시예의 개략도를 도시한다. 이 예에서, 보조 회로가 도시된다. 보조 회로는 도 1 및 도 2에 도시된 회로와 유사/동일한 구성을 갖는다. 그러나 회로는 다르게 연결된다. 보다 구체적으로, 보조 회로의 제1 라인(13)은 프리차지 저항기(7)과 시스템(1)의 출력부(19) 사이의 제2 지점 노드(17)에 연결된다. 보조회로의 제2 라인(15)은 프리차지 접촉기(5)와 프리차지 저항기(7) 사이의 제1 지점 노드(13)에 연결된다.
보조회로를 이용하여 일방향의 전압을 측정할 수 있고, 출력부의 전압이 입력부보다 높은 경우 메인 접촉기가 폐쇄되기 이전에 이를 효과적으로 검출할 수 있다. 이는 예를 들어 동일한 버스 상에 여러 개의 배터리 팩이 제공되는 경우 발생할 수 있다.
방법은 컴퓨터 구현 단계를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 위에서 언급된 모든 단계는 컴퓨터 구현 단계일 수 있다. 실시예는 컴퓨터 장치를 포함할 수 있으며, 여기서 프로세스는 컴퓨터 장치에서 수행된다. 본 발명은 또한 본 발명을 실시하기 위해 적합화된 컴퓨터 프로그램, 특히 캐리어 상의 또는 캐리어 내의 컴퓨터 프로그램으로 확장된다. 프로그램은 소스 또는 객체 코드의 형태 또는 본 발명에 따른 프로세스의 구현에 사용하기에 적합한 임의의 다른 형태일 수 있다. 캐리어는 프로그램을 반송할 수 있는 임의의 엔티티 또는 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 캐리어는 ROM, 예를 들어 반도체 ROM 또는 하드 디스크와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다. 또한, 캐리어는 전기 또는 광학 케이블을 통해 또는 라디오 또는 다른 수단에 의해, 예를 들어 인터넷 또는 클라우드를 통해 전달될 수 있는 전기 또는 광학 신호와 같은 송신 가능한 캐리어일 수 있다.
일부 실시예는, 예를 들어, 머신에 의해 실행되는 경우, 머신으로 하여금 실시예에 따른 방법 및/또는 동작을 수행하게 할 수 있는 명령어 또는 명령어의 세트를 저장할 수 있는 머신 또는 유형의 컴퓨터 판독가능 매체 또는 물품을 사용하여 구현될 수 있다.
다양한 실시예는 하드웨어 요소, 소프트웨어 요소, 또는 이들 양자의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 하드웨어 요소의 예는 프로세서, 마이크로프로세서, 회로, 주문형 집적 회로(ASIC), 프로그래밍가능 로직 디바이스(PLD), 디지털 신호 프로세서(DSP), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA), 로직 게이트, 레지스터, 반도체 디바이스, 마이크로칩, 칩 세트 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어의 예는 소프트웨어 컴포넌트, 프로그램, 애플리케이션, 컴퓨터 프로그램, 애플리케이션 프로그램, 시스템 프로그램, 머신 프로그램, 운영 체제 소프트웨어, 모바일 앱, 미들웨어, 펌웨어, 소프트웨어 모듈, 루틴, 서브루틴, 함수, 컴퓨터 구현 방법, 프로시저, 소프트웨어 인터페이스, 애플리케이션 프로그램 인터페이스(API), 방법, 명령어 세트, 컴퓨팅 코드, 컴퓨터 코드 등을 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명은 본 발명의 실시예의 특정 예를 참조하여 설명된다. 그러나, 본 발명의 본질로부터 벗어나지 않고, 다양한 수정, 변형, 대안 및 변경이 내부에서 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 명확성을 위해 그리고 간결한 설명 특징이 동일하거나 별개의 실시예의 일부로서 본 명세서에 설명되지만, 이들 별개의 실시예에 설명된 특징 전부 또는 일부의 조합을 갖는 대안적인 실시예가 또한 청구항에 의해 개략적으로 설명된 바와 같이 본 발명의 프레임워크 내에 속하는 것으로 고려되고 이해된다. 이에 따라서, 명세서, 도면 및 예는 제한적인 의미보다는 예시적인 의미로 간주되어야 한다. 본 발명은 첨부된 청구항의 범위 내에 속하는 모든 대안, 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다. 또한, 설명되는 많은 요소는 임의의 적합한 조합 및 위치에서, 개별 또는 분산 컴포넌트로서 또는 다른 컴포넌트와 함께 구현될 수 있는 기능 엔티티이다.
청구항에서, 괄호 사이에 기재되는 어떠한 참조 부호도 청구항을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. '포함하는'이라는 단어는 청구항에 열거된 것 이외의 다른 특징 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 또한, 'a' 및 'an'이라는 단어는 '오로지 하나'에 한정되는 것으로 해석되어서는 안되고, 대신에 '적어도 하나'를 의미하는 것으로 사용되어야 하며, 복수의 단어를 배제하지 않는다. "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 연관된 열거 항목 중 임의의 것 및 모든 조합을 포함한다. 특정 측정치가 서로 다른 청구항에서 인용된다는 단순한 사실은 이러한 측정치의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

Claims (14)

  1. 조정 가능한 직류(DC) 전압 출력을 제공하기 위한 모듈형 배터리 시스템으로서,
    상기 시스템은 프리차지 접촉기 및 프리차지 저항기를 갖는 프리차지 유닛을 포함하고, 상기 프리차지 저항기는 그 온도가 증가함에 따라 그 전기 저항이 증가하도록 구성되고, 상기 프리차지 유닛은 상기 프리차지 저항기에 걸리는 전압차를 검출하도록 배열된 광커플러를 포함하는, 모듈형 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광커플러는, 파워 업 절차 동안 상기 프리차지 유닛을 사용하는 프리차징의 예비 모드가 성공적인 것으로 간주되는 경우 전압차 임계값이 초과되었는지 여부를 검출하도록 구성되는, 모듈형 배터리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 광커플러의 발광기에 의해 방출된 광에 기초하여 상기 프리차지 접촉기를 적합하게 동작시킴으로써 프리차지를 중지하도록 구성되는, 모듈형 배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 광커플러에 의해 방출된 광을 모니터링하기 위한 광센서를 포함하고, 상기 시스템은 상기 광커플러의 상기 발광기로부터의 광이 상기 광센서에 의해 더 이상 검출되지 않으면 프리차징을 중단하도록 구성되는, 모듈형 배터리 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광커플러는 상기 프리차지 저항기와 평행한 회로로 배열되는, 모듈형 배터리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회로는, 프리차징 동안 상기 광커플러를 통한 전류가 미리 결정된 임계값을 초과하지 않는 것을 보장하도록 구성되는, 모듈형 배터리 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 회로는 상기 프리차지 저항기에 걸리는 미리 정의된 전압차에 대해 상기 광커플러를 통한 전류를 제한하도록 배열된 제1 저항기(R1), 제2 저항기(R2) 및 제너 다이오드를 포함하는, 모듈형 배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회로는 상기 프리차지 접촉기와 상기 프리차지 저항기 사이의 제1 노드에 연결된 제1 라인, 및 상기 프리차지 저항기와 상기 시스템의 출력부 사이의 제2 노드에 연결된 제2 라인을 갖고, 상기 출력부는 전기 부하에 연결 가능하고, 상기 제1 라인은 상기 제1 저항기(R1)에 연결되고, 상기 제1 저항기(R1)는 상기 제2 저항기(R2)에 연결되고, 상기 제2 저항기(R2)는 상기 광커플러의 애노드에 연결되고, 상기 제2 라인은 상기 광커플러의 캐소드에 연결되고, 상기 제너 다이오드는 상기 제2 라인을 상기 제1 저항기(R1)와 상기 제2 저항기(R2) 사이의 중간 노드에 연결하는 라인에 배열되고, 상기 제너 다이오드의 캐소드는 상기 중간 노드에 연결되는, 모듈형 배터리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 회로와 동일한 구성을 갖는 보조 회로를 포함하고, 상기 보조 회로의 보조 제1 라인은 상기 프리차지 저항기와 상기 시스템의 출력부 사이의 제2 지점 노드에 연결되고, 상기 보조 회로의 보조 제2 라인은 상기 프리차지 접촉기와 상기 프리차지 저항기 사이의 제1 지점 노드에 연결되는, 모듈형 배터리 시스템.
  10. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈형 배터리 시스템은, 상기 모듈형 배터리 시스템의 에너지 저장 유닛이 출력부에 전기적으로 연결되는 폐쇄 상태와, 상기 에너지 저장 유닛과 상기 출력부 사이의 전기적 연결이 상기 접촉기에 의해 차단되는 개방 상태 사이에서 스위칭 가능한 메인 접촉기를 포함하고, 프리차징 동안 상기 메인 접촉기는 개방 상태에 있고, 상기 광커플러에 의해 방출되는 광에 기초하여 프리차징의 예비 모드를 중단하기 위해서 상기 메인 접촉기는 폐쇄 상태로 스위칭되고 상기 프리차지 접촉기는 개방되는, 모듈형 배터리 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리차지 저항기는 정 온도 계수(Positive Temperature Coefficient, PTC) 저항기인, 모듈형 배터리 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈형 배터리 시스템은 다수의 배터리 모듈의 연결(concatenation)을 갖고, 각각의 배터리 모듈은 적어도 하나의 재충전가능한 배터리 셀을 포함하고, 상기 모듈형 배터리 시스템 내의 배터리 모듈의 수 및/또는 상기 모듈형 배터리 시스템 내의 상기 배터리 모듈의 배열은 적응 가능한, 모듈형 배터리 시스템.
  13. 모듈형 배터리 시스템의 파워 업 절차 동안 프리차징의 예비 모드를 수행하는 방법으로서,
    상기 모듈형 배터리 시스템은 조정 가능한 직류(DC) 전압 출력을 제공하도록 구성되고, 상기 방법은, 프리차지 접촉기 및 프리차지 저항기를 포함하는 프리차지 유닛을 제공하는 단계로서, 상기 프리차지 저항기는 그 온도가 증가함에 따라 그 전기 저항이 증가하도록 구성되는, 상기 프리차지 유닛을 제공하는 단계, 및 상기 프리차지 저항기에 걸리는 전압차를 검출하기 위한 광커플러를 상기 프리차지 유닛에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 모듈형 배터리 시스템을 포함하는, 전기 시스템 또는 디바이스.
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