WO2021045519A1 - 하이브리드 차량 및 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 제어 및 방법 - Google Patents

하이브리드 차량 및 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 제어 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2021045519A1
WO2021045519A1 PCT/KR2020/011829 KR2020011829W WO2021045519A1 WO 2021045519 A1 WO2021045519 A1 WO 2021045519A1 KR 2020011829 W KR2020011829 W KR 2020011829W WO 2021045519 A1 WO2021045519 A1 WO 2021045519A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
unit
charging
battery unit
fixed
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/011829
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
심영택
김영준
Original Assignee
심영택
김영준
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
Priority claimed from KR1020190108542A external-priority patent/KR102191926B1/ko
Priority claimed from KR1020190108543A external-priority patent/KR20210028297A/ko
Application filed by 심영택, 김영준 filed Critical 심영택
Publication of WO2021045519A1 publication Critical patent/WO2021045519A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/24—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/28—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the electric energy storing means, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • 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
    • 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
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • 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
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present specification relates to various control units and control methods for controlling a battery unit of a hybrid vehicle using energy of a rechargeable battery as driving energy.
  • the present specification relates to various control units and control methods in charge of controlling a battery unit that stores energy generated by various energy sources of the microgrid.
  • various control units of the present specification increase or decrease the temperature of the battery unit using various heating units, cooling units, etc., and discharge (or charge) the battery unit, thereby discharging at a low or high temperature outside the appropriate temperature range (
  • various battery units and control units capable of minimizing irreversible damage to the battery unit due to charging) are illustrated.
  • the control unit prevents irreversible damage to the battery unit by discharging or charging at a low or high temperature outside the appropriate temperature range. Alternatively, it may be minimized, and thus the loss of capacity of the battery unit may be minimized. Accordingly, according to the various control units and control methods of the present specification, the user can extend the life of the battery unit of the vehicle or the microgrid, and extend the replacement time of the expensive battery unit.
  • the present specification relates to various battery units in which some batteries are mounted to facilitate removal or replacement, and various methods of using and controlling the same.
  • a number of batteries are separated into separate batteries (or separation packs) that can be easily separated mechanically and electrically, and fixed batteries (or fixed packs) that are relatively difficult to separate, and then installed in the battery unit, and the appropriate temperature range Discharge or charge at a low or high temperature outside may be selectively dedicated to a separate battery (or separation pack).
  • the control unit causes only the detachable battery or the detachable pack to suffer the irreversible damage, whereas the damage to the fixed battery or the fixed pack can be minimized.
  • a number of fixed batteries or fixed packs can be replaced with only a few detachable batteries or detachable packs, leaving a number of fixed batteries or packs in the battery unit. You can save.
  • Hybrid vehicles using an electric motor and an internal combustion engine have also been developed.
  • Hybrid vehicles using an internal combustion engine type engine and a rechargeable battery are classified into parallel and serial hybrid vehicles.
  • a parallel hybrid vehicle may drive a vehicle by using an engine or a battery or both.
  • a tandem hybrid vehicle drives the vehicle with only a battery, and the internal combustion engine operates to charge the battery.
  • a rechargeable battery is a key component of a hybrid vehicle.
  • high-performance rechargeable batteries are constantly being developed, but their prices are still high.
  • lithium-ion batteries used today are high performance and can provide enough energy to drive hybrid vehicles, but the price of lithium-ion battery packs may account for half or more of the price of hybrid vehicles. Therefore, when electric vehicles as well as hybrid vehicles are popularized, the price of the battery, the durability of the battery, and the replacement period and replacement price due to damage to the battery are inevitably important variables.
  • Most batteries have a suitable discharge (or charge) temperature range that only affects (minimal) battery performance when discharging or charging. Therefore, if the battery is discharged or charged at a low or high temperature outside the appropriate temperature range, or if the battery temperature goes out of the appropriate temperature range due to long-term driving, the battery is irreversibly damaged due to discharging (or charging) of the hybrid vehicle. Can wear. As a result, the amount of energy the battery can charge gradually decreases (i.e. capacity loss), and replacement of a damaged battery can be enormously expensive.
  • the user can start the vehicle after heating or cooling the battery unit so that the temperature of the battery unit of the vehicle falls within an appropriate discharging (or charging) temperature range.
  • discharging or charging
  • users of series or even parallel hybrid vehicles need a control unit that can heat or cool the battery unit so that the temperature of the battery unit falls within the proper discharge (or charging) temperature range as quickly and efficiently as possible.
  • the user may drive the vehicle at a low or high temperature outside the proper discharge (or charging) temperature range, and a hybrid vehicle that minimizes irreversible damage to the unit even if the battery unit is discharged (or charged). want.
  • the user even if the user replaces the battery in which irreversible damage has accumulated, the user needs a hybrid vehicle that can minimize the cost and extend the replacement time.
  • “Microgrid” generally means a small standalone power grid in which a small area, multi-building group, or single building can be self-sufficient with electrical energy.
  • a microgrid is an electric energy generated using various energy sources such as a solar power generation device, a solar power generation device, a wind power generation device, a geothermal power generation device, and a tidal power generation device installed in a specific area, a group of buildings, or a single building. It includes a battery unit capable of storing. Therefore, the battery unit can be regarded as a key element of the micro grid.
  • the battery unit of the micro grid also contains a number of rechargeable batteries.
  • High-performance rechargeable batteries are constantly being developed, but their prices are still high.
  • lithium-ion batteries which are widely used these days, have high performance and can supply sufficient electric energy to the power grid of the microgrid, but the price of lithium-ion batteries is not negligible. Therefore, when constructing a microgrid, the price of the battery, durability of the battery, replacement period and replacement price due to damage to the battery are inevitably important variables.
  • a user who is self-sufficient in energy with a microgrid wants a battery unit that can quickly discharge the battery unit as soon as the switch is turned on.
  • the user turns on the switch, if the temperature of the battery unit is low or high outside the proper discharge temperature range, the user wishes that the batteries included in the unit suffer as little irreversible damage as possible, even if the battery unit starts discharging quickly. Therefore, it is hoped that the period in which the damaged battery needs to be replaced in the future will be extended, and as a result, the battery replacement cost is also hoped to be reduced.
  • the generators are basically a conventional engine that converts thermal energy generated by burning fossil fuels into mechanical energy, and a generator that converts mechanical energy into electrical energy. Included.
  • the disadvantage of such conventional generators is that the engine must continue to run as long as the user uses electrical energy.
  • a rechargeable battery ie, a secondary battery
  • the above-described problem of the internal combustion engine can be solved. Therefore, in recent years, as well as electric vehicles using batteries, microgrid technology that stores and utilizes electric energy in batteries has been developed.
  • a rechargeable battery ie, a secondary battery
  • a discharge (or charging) temperature range depending on the type. Therefore, if the battery is discharged (or charged) at a low or high temperature lower than the above temperature range, the battery may irreversibly damage the negative electrode, the positive electrode, the electrolyte, or other parts.
  • the capacity of the battery is severely reduced, which leads to a loss of battery capacity.
  • smooth discharging (or charging) of the battery included in the battery unit may be difficult.
  • the damaged battery may be abnormally heated during discharging (or charging) or may affect discharging (or charging) of the entire battery unit. As a result, the user may have to pay an enormous cost and have to replace the entire battery unit.
  • the above problem can be easily solved by heating or cooling the battery unit to increase or decrease the temperature of the battery unit to within an appropriate discharging (or charging) temperature range, and then starting discharging (or charging) of the battery unit.
  • the user even at a low or high temperature in which the temperature of the battery unit does not fall within the proper discharge range, the user often has to drive the vehicle as quickly as possible, and accordingly, the battery unit is bound to be irreversibly damaged.
  • the present specification relates to various control units in charge of controlling a battery unit of a series hybrid vehicle using electricity discharged by a rechargeable battery as driving energy, and various control methods using the control unit.
  • the present specification relates to various control units and control methods in charge of controlling a battery unit that stores energy generated by various energy sources of the microgrid.
  • the control unit heats or cools the battery unit using various heating units or various cooling units so that the unit may discharge (or charge) within an appropriate discharge (or charge) temperature range. Accordingly, the control unit may prevent or minimize irreversible damage to the battery unit.
  • the present specification is intended to limit irreversible damage caused by discharging (or charging) to only a part of the battery unit, even if the battery is discharged (or charged) at a low or high temperature outside the proper discharging (or charging) temperature range. It relates to a possible battery unit, a method of driving and controlling the unit, and the like.
  • the control unit separates and controls the battery unit into a separate battery (or separation pack) and a fixed battery (or fixed pack), thereby preventing irreversible damage to the battery unit when discharging (or charging) at low or high temperatures.
  • the battery unit manufacturer or user can manipulate the number or type of separate and fixed batteries, or the number or types of batteries included in the separation pack and fixed pack, and accordingly, the replacement timing or replacement cost of the separation pack can be appropriately adjusted. have.
  • the present specification is divided into a plurality of sets or a plurality of packs of batteries included in a battery unit of a series hybrid vehicle or a micro grid, and then by sequentially or simultaneously discharging (or charging) each battery set or pack, the battery
  • Various structures of battery units that control irreversible damage to batteries included in a set or pack various control units in charge of controlling discharge (or charging) of the battery set or battery pack, and using the control unit It relates to various control methods.
  • the control unit controls the discharge (or charge) timing, discharge (or charge) rate, or amount of discharge (or charge) of each battery set or battery pack, thereby controlling the degree of irreversible damage to each battery set or each battery pack. Can be controlled.
  • Various hybrid vehicles or microgrids herein may include one or more heating units or cooling units mounted at various locations.
  • the heating (or cooling) unit may be mounted on the entire battery unit, all or part of a plurality of batteries included in the unit, or all or part of a plurality of battery packs included in the battery unit.
  • the heating (or cooling) unit may increase heating (or cooling) efficiency by being mounted outside or inside the battery unit, outside or inside the battery pack, or outside or inside the battery. Therefore, the control unit increases (or decreases) the temperature of the battery unit using a heating (or cooling) unit, so that all or part of the battery unit does not fall within the appropriate discharge (or charging) temperature range or the above range, It can be controlled to discharge (or charge) at a temperature close to the range of.
  • the present specification relates to various battery units in which some batteries are mounted to facilitate separation and replacement, and various structures and methods for use and control thereof.
  • the battery unit includes a separate battery (or separation pack) and a fixed battery (or fixed pack), and by selectively discharging (or charging) the separation battery (or separation pack) at high or low temperatures, a fixed battery (or fixed battery) Pack) can minimize irreversible damage.
  • the control unit loses the capacity of the fixed battery (or fixed pack) that occupies a large part or most of the battery unit. Can be minimized. Accordingly, the control unit can extend the life of the fixed pack, and the user can extend the replacement time of the expensive fixed pack as well as minimize the replacement cost of the fixed battery or the fixed pack.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a tandem hybrid vehicle according to the first exemplary aspect of the present specification, but a schematic view of the vehicle's wheels, body, etc. is omitted.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the operation of a Peltier heat generating element, which is an example of a thermoelectric element.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the structure of the first embodiment of the second exemplary aspect of the present specification, a sequence of operations, and an operational state of various units according to the sequence.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the operating states of various units of the hybrid vehicle in a stopped state in which the ignition switch is turned off.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the structure, operation sequence, and operating states of various units according to the above sequence of the first embodiment of the third exemplary aspect of the present specification.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the structure, operation sequence, and operation states of various units according to the above sequence of the second embodiment of the third exemplary aspect of the present specification.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the structure of the first embodiment of the fourth exemplary aspect of the present specification, the order of operation, and the operation states of various units according to the order.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the structure, operation sequence, and operation states of various units according to the above sequence of the second embodiment of the fourth exemplary aspect of the present specification.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an appropriate discharge temperature range and an appropriate charge temperature range of a battery unit in which the highest discharge temperature is higher than the highest charge temperature and the lowest discharge temperature is higher than the lowest charge temperature.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an appropriate discharge temperature range and an appropriate charge temperature range of a battery unit in which the maximum discharge temperature is lower than the maximum charge temperature and the minimum discharge temperature is lower than the maximum charge temperature.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an appropriate discharge temperature range and an appropriate charge temperature range of a battery unit in which the maximum discharge temperature is higher than the maximum charge temperature and the minimum charge temperature is also higher than the minimum discharge temperature.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an appropriate discharge temperature range and an appropriate charge temperature range of a battery unit in which the maximum discharge temperature is lower than the maximum charge temperature and the minimum charge temperature is lower than the minimum discharge temperature.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of an exemplary structure of an integrated battery unit in which a plurality of batteries are mounted inside a single case.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of an exemplary structure of some separate battery units in which a separate battery and a fixed battery are mounted inside a single case.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of an exemplary structure of some separate battery units in which a fixed battery and a plurality of different sets of separate batteries are mounted inside a single case.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of an exemplary structure of a pack-type battery unit in which a separation pack and a fixed pack are mounted inside a single case.
  • FIG. 17 is a schematic diagram of an exemplary structure of a pack-type battery unit including a separation pack mounted inside a separation case and a fixed pack mounted inside the fixed case.
  • FIG. 18 is a schematic diagram of various control methods of a pack type battery unit.
  • FIG. 19 is a schematic diagram of the control of a battery unit including a separation pack that allows the vehicle to run at a maximum speed of 1/4 speed during maximum discharge and a fixed pack that allows the vehicle to travel at maximum speed during maximum discharge. .
  • FIG. 20 is a schematic diagram of a case where the separation pack of [Fig. 19] is connected to the fixed pack in series.
  • FIG. 21 is a schematic diagram of generalized electrical connection structures, control functions, and the like of a control unit of various exemplary aspects, embodiments and detailed examples of the present specification.
  • FIG. 22 is a schematic diagram of a case where the separation pack and the fixed pack of the battery unit of [Fig. 21] are damaged to a certain degree.
  • FIG. 23 is a schematic diagram of the control of a battery unit in which the separation pack has a capacity of 25% of the driving energy required for the maximum driving speed, and the fixed pack has a capacity of 75% of the maximum driving speed.
  • FIG. 24 is a schematic diagram of the structure and control of a battery unit including two separate packs of [Fig. 19] and a fixed pack capable of driving a vehicle at a maximum speed during maximum discharge.
  • FIG. 25 is a schematic diagram of the structure and control of a battery unit when two separation packs of [Fig. 24] are connected in series.
  • FIG. 26 is a schematic diagram of the structure and control of a battery unit when two separation packs of [Fig. 24] are connected in parallel.
  • FIG. 27 is a schematic diagram of a case where the separation pack and the fixed pack of the battery unit of [Fig. 26] are damaged to a certain degree.
  • FIG. 28 shows a battery unit including a separation pack that allows the vehicle to run at a maximum speed of 1/4 of the maximum speed when discharged and a fixed pack that allows the vehicle to travel at the maximum speed when the vehicle is discharged at maximum power generation unit of the vehicle. It is a schematic diagram of a structure for supplying energy together with a motor unit and its control.
  • FIG. 29 includes the same battery unit as [Fig. 28], but the power generation unit has a maximum power generation capacity capable of generating energy capable of driving 37.5% (ie, 3/8) of the maximum speed of the vehicle. to be.
  • FIG. 30 includes the same battery units as [Fig. 28] and [Fig. 29], but the power generation unit has a power generation capacity greater than that of each of the separation pack and the fixed pack.
  • FIG. 31 is an example of charging and controlling the battery unit of a driving vehicle using power generation units of various capacities.
  • FIG. 32 is a schematic diagram of a microgrid according to the tenth exemplary aspect of the present specification.
  • FIG. 33 is a schematic diagram of the structure of the first embodiment of the eleventh exemplary aspect of the present specification, the order of operation, and the operation states of various units according to the order.
  • FIG. 34 is a schematic diagram showing the operating states of various units of the microgrid in a state in which the discharge switch is turned off.
  • FIG. 35 is a schematic diagram of the structure of the first embodiment of the twelfth exemplary aspect of the present specification, a sequence of operations, and an operational state of various units according to the sequence.
  • FIG. 36 is a schematic diagram of the structure, order of operation, and operation states of various units according to the order of the second embodiment of the twelfth exemplary aspect of the present specification.
  • FIG. 37 is a schematic diagram of the structure of the first embodiment of the thirteenth exemplary aspect of the present specification, the order of operation, and the operation states of various units according to the order.
  • FIG. 38 is a schematic diagram of the structure, order of operation, and operation states of various units according to the order of the second embodiment of the thirteenth exemplary aspect of the present specification.
  • hybrid vehicle or “vehicle” means a movable vehicle including a drive unit that can be driven by a motor unit.
  • vehicle includes a battery unit including one or more rechargeable batteries.
  • the “vehicle” may carry users, passengers or cargo.
  • the “vehicle” may include two or more wheels, and may include a track or rail in place of or with the wheels.
  • the drive unit may include a rotation shaft capable of rotating a wheel or driving the rail.
  • the "hybrid vehicle” of the present specification may include a motorcycle including a motor unit and a battery unit (eg, two or more wheels), a passenger car (eg, three or more wheels), a freight vehicle (eg, three or more wheels), and the like.
  • the "vehicle” has a different shape from a motorcycle, a passenger car, a freight car, etc., but includes a motor unit and a battery unit, and may mean other vehicles or transportation means capable of moving.
  • recreational vehicles such as snowmobiles, and construction vehicles such as bulldozers and cranes belong to the other vehicles.
  • hybrid vehicle of the present specification may include a land vehicle including a motor unit and a battery unit, as well as an air or sea transportation means capable of air or sea movement.
  • air or sea can transport users, passengers, as well as cargo.
  • Aerial "hybrid vehicle” of the present specification is a drone (including one or more propellers for example), a helicopter (including two or more propellers for example) including a motor unit and a battery unit, as well as 1 that the battery unit can be driven.
  • a helicopter including two or more propellers for example
  • the marine “hybrid vehicle” of the present specification may include a motor surf, a motor boat, a yacht, other ships, as well as a submarine.
  • micro grid refers to a grid in which one or more energy sources and one or more electric devices are electrically connected through one or more electric networks.
  • the "micro grid” of the present specification connects various electric devices such as a small area, a group of buildings (ie, a plurality of buildings), a single building, and one or more energy sources through a power grid.
  • the power grid may be wired or wireless.
  • the microgrid refers to a "single building" in which one or more energy sources and one or more electric devices are connected by one or more power grids.
  • the description below may be applied equally or similarly to a group of buildings or to a microgrid in which various electric devices outside a building are connected through the power grid.
  • energy source refers to various energy sources that are connected to the power grid and capable of supplying electric energy to electric devices of the microgrid. Examples of such energy sources include solar power generation devices, solar power generation devices, wind power generation devices, geothermal power generation devices, and tidal power generation devices.
  • the energy source may include an existing hydroelectric power generation device or thermal power generation device, or an existing fuel cell.
  • the energy source may include one or more conventional engines that convert thermal energy generated by burning fossil fuels into mechanical energy.
  • the energy source refers to an “engine unit” including one or more of the above-described conventional engines.
  • the description below may be applied equally or similarly to a microgrid in which an energy source including at least one of the various power generation devices or fuel cells in the above sentence is connected to various electric devices through a power grid.
  • the "electrical device” of the present specification is connected to the microgrid through the power grid, and collectively refers to various electrical devices that are driven by receiving electrical energy from the energy source.
  • Examples of the electric equipment are household electric equipment, commercial electric equipment, industrial electric equipment, computers, communication equipment, sound equipment, video equipment, and the like. Accordingly, the electric device refers to a small area included in the microgrid, a large number of buildings or groups of buildings, all electrical devices included in a single building, as well as an electrical device that can be connected to the building.
  • electric devices are collectively referred to as electric devices that are included in a single building or can be connected to the building.
  • the description below may be applied equally or similarly to a microgrid in which an energy source including at least one of the various power generation devices or fuel cells is connected to an electric device of a specific area or building group through a power grid.
  • electrical load refers to electric energy or power used by driving the above-described electric devices.
  • electrical load refers to the electrical energy or power required to drive electrical equipment in a specific area, electrical energy or power required to drive electrical equipment in multiple buildings, or electricity required to drive electrical equipment in a single building. It means energy or power.
  • maximum electric load or “maximum load” means the maximum value of the electric load. That is, the “maximum electric load” may be a maximum value of an electric load in a specific area, a maximum value of an electric load of a plurality of buildings, and a maximum value of an electric load of a single building.
  • maximum electrical load or “maximum load” can be determined taking into account various variables.
  • the maximum electric load refers to a maximum value of electric energy or power required to drive an electric device that is included in a single building or can be connected to the building. It should be noted that the maximum electrical load does not necessarily mean the electrical load when all electrical equipment contained in a single building is driven. This is because the user does not turn on the heater and air conditioner of a specific building at the same time.
  • maximum electric load refers to the maximum electric load that can be transmitted without damage to the power grid installed in the building, the maximum value of the electric load used by the user of the building for one year or during a specific period, electric equipment installed in the building, or It may be an average electric load or an expected electric load based on the number of users residing in the building.
  • the maximum electrical load of a particular building may be different according to different definitions.
  • the "maximum electric load” of a specific building in the present specification refers to the maximum value of the electric load used by the user of the building during the year.
  • a “battery unit” refers to a unit including one or more batteries capable of being discharged and charged.
  • the battery unit may include various conventional secondary battery batteries capable of discharging and (re)charging, and examples of the battery include a nickel-cadmium (NiCd) battery, a nickel-metal-hydride battery.
  • NiCd nickel-cadmium
  • NiCd nickel-metal-hydride battery
  • NiMH battery dissolved-salt (molten salt such as Zebra) battery, lead acid battery, lithium-ion battery, thin-film lithium battery, lithium-ion -Polymer (Lithium-ion-polymer) battery, Lithium-Sulphur battery, Vanadium redox battery, Silver-Zinc battery, Sodium ion battery, Sodium -Sodium-Sulphur batteries, zinc-bromide batteries, zinc-cerium batteries, quantum batteries or oxide semiconductor batteries.
  • the “battery unit” may include one or more tertiary battery batteries.
  • battery refers to the secondary battery of the sentence above and all other batteries capable of discharging and charging.
  • lithium battery in the present specification mainly refers to a lithium-ion battery, but unless otherwise specified, the above sentence lithium-ion battery, thin-film lithium battery, lithium-ion-polymer battery, lithium-sulfur battery, etc. Among existing batteries, it may refer to a battery containing lithium.
  • a single “battery unit” may include one or more secondary batteries of the same type or two or more different types of secondary batteries.
  • the “battery unit” may mix lead batteries and lithium batteries.
  • the “battery unit” may be manufactured using only a plurality of lithium-ion batteries of the same or different sizes or shapes, and at this time, the capacity, performance, etc. of the batteries may be the same or different.
  • the batteries may be connected in series, parallel or a mixture thereof in a single or multiple electrical circuits.
  • the battery unit of the present specification may include a case in which one or more covers are installed or may be manufactured as a plurality of packs.
  • the battery unit includes a plurality of batteries, but may include one or more batteries (ie, separate batteries) that can be easily separated mechanically or electrically from the unit. Therefore, the user does not need to break the case of the “battery unit”, does not mechanically or electrically disconnect some or all of the remaining batteries (ie, fixed batteries) from the unit, or the remaining batteries of the “battery unit” (ie, fixed batteries)
  • One or more specific batteries i.e., separate batteries
  • the “battery unit” includes a plurality of battery packs each including one or more batteries, the packs may be connected in series, parallel, or a mixture thereof in a single or multiple electric circuits.
  • the “battery unit” of the above structure may also include one or more battery packs (ie, separation packs) that can be easily separated electrically or mechanically.
  • the user can easily mechanically or electrically disconnect one or more specific battery packs (i.e., separation packs) from the "battery unit" without having to mechanically or electrically separate the remaining battery packs (i.e. fixed packs) from the "battery unit".
  • one or more specific battery packs i.e., separation packs
  • the remaining battery packs i.e. fixed packs
  • I can.
  • the separating battery or separating pack can be relatively easily mechanically or electrically disconnected from the battery unit (ie, compared to the stationary battery or stationary pack).
  • the expression that a specific battery can be easily separated mechanically or electrically from the battery unit is a relative expression. That is, in the case of battery R (replaceable) (or battery pack R) and battery S (stationary) (or battery pack S), the user must perform a total of three mechanical (or electrical) operations to remove the battery R from the battery unit. On the other hand, if the user needs to perform a total of 5 mechanical (or electrical) operations to separate the battery S from the battery unit, the battery R is regarded as a detachable battery that can be removed relatively easily compared to the battery S, whereas the battery S can be considered as a stationary battery.
  • the expression that a specific battery can be easily separated mechanically or electrically from the battery unit may be an expression based on the relative magnitude of the force required for the separation.
  • the user must perform the same number of mechanical (or electrical) manipulations to separate the battery R and the battery S from the battery unit, but the user can disconnect the battery R from the unit with a force of 10N, whereas the 25N
  • the battery R can be regarded as a detachable battery that can be relatively easily removed compared to the battery S, and the battery S can be regarded as a fixed battery.
  • the “charge rate of the battery unit” (SoC, that is, state of charge) represents the degree that the battery unit is currently charged in percent (%) from the total charge capacity of the battery unit.
  • the battery charging rate can be measured in various ways, and as an example, Pop et al. has described various charging rate measurement methods. (See Pop et al., “Battery charge rate measurement” (2005), reference [1] below).
  • the battery unit includes one or more batteries or one or more battery packs.
  • each battery or battery pack may have the same or different charging rates.
  • the "charging rate of a battery unit” herein refers to an average charging rate of a plurality of batteries included in the battery unit or an average charging rate of a plurality of battery packs.
  • the "depth of discharge (DoD)" of the battery unit is expressed as a percentage (%) of the amount of energy that can be discharged currently compared to the amount of energy that the unit can discharge to the maximum.
  • the battery unit may include one or more batteries or battery packs. Thus, each battery or battery pack can have the same or different discharge depths. Therefore, unless stated to the contrary, “discharge depth of a battery unit” herein refers to an average discharge depth of a plurality of batteries included in the battery unit or an average discharge depth of a plurality of battery packs. In addition, the “discharge depth” is assumed to be the same as the "discharge rate".
  • the "temperature of the battery unit” used herein refers to the average temperature of the battery unit.
  • T BU the temperature of the battery unit.
  • a battery unit may include multiple batteries, multiple battery sets, or multiple battery packs.
  • temperature of a battery unit herein refers to one or more separate battery sets and one or more fixed battery sets, including one or more separate batteries and one or more fixed batteries, or one or more separation packs. And the average temperature of the battery unit including at least one fixed pack.
  • T BU the temperature of the battery (or battery pack) is indicated as "T B ".
  • Battery manufacturers, battery unit manufacturers, hybrid vehicle manufacturers, etc. can measure the charging rate, discharge depth, temperature, etc. of the battery unit using a single sensor or at a specific location.
  • the charging rate, the discharging depth or temperature measured at the location using the sensor may be different from the average charging rate, the average discharging depth, and the average temperature of the battery unit.
  • the charging rate, discharge depth, temperature, etc. of the battery unit in the present specification are intended to mean measured values.
  • the unit charging rate, discharging depth, temperature, etc. are assumed to refer to the average charging rate, average discharging depth, or average temperature of the entire battery unit.
  • the battery of the present specification has a "discharge temperature range", and the appropriate discharge temperature range of different types of batteries may be different. However, even for the same type of battery, the appropriate discharge temperature range may be different depending on the negative electrode, positive electrode, electrolyte, and detailed structure used by the battery manufacturer. For convenience of explanation, in the present specification, the highest and lowest temperatures in the appropriate discharge temperature range are expressed as the highest discharge temperature (ie, T D-Max ) and the lowest discharge temperature (ie, T D-Min ), respectively.
  • the battery of the present specification has a "appropriate charge temperature range", and the appropriate charging temperature range of different types of batteries may also be different. However, even for the same type of battery, the appropriate charging temperature range may be different depending on the negative electrode, positive electrode, electrolyte, detailed structure, etc. used by the battery manufacturer. For convenience of description, in the present specification, the maximum and minimum temperatures in the appropriate charging temperature range will be expressed as a maximum charging temperature (ie, T C-Max ) and a minimum charging temperature (ie, T C-Min ), respectively.
  • T C-Max maximum charging temperature
  • T C-Min minimum charging temperature
  • the appropriate discharging (or charging) temperature range of the battery in the present specification is that even if the battery is discharged (or charged) over a certain number of times, the battery has a capacity (i.e., battery capacity) of at least a certain degree (for example, 5%, 10%, 15%, 20%, etc.)
  • a battery (or battery unit) manufacturer may measure the capacity of each battery (or battery unit) during or after manufacturing the battery (or battery unit). The manufacturer may discharge (or charge) the battery (or battery unit) at different temperatures over a certain number of times and measure the degree of loss of battery capacity. Accordingly, the manufacturer can determine the appropriate discharge (or charging) temperature range described above.
  • the proper discharge (or charging) temperature range for a specific battery is not an invariant constant. Rather, the proper discharging (or charging) temperature range is the battery charging rate at the time of starting discharging (or charging), the current (or voltage) provided by the power generation unit at the time of discharging (or charging), the discharging (or charging) rate, and discharging (or charging). It can be regarded as a characteristic that can be different depending on the number of charge) or loss of battery capacity that can be sustained.
  • both ends of the proper discharge (or charging) temperature range for example, T D-Max and T D-Min for proper discharge, or T C-Max and T C-Min for proper charging are not constant constants. Rather, the highest and lowest temperatures are the battery charging rate at the start of discharging (or charging), the current (or voltage) provided by the power generation unit at the time of discharging (or charging), the discharging (or charging) rate, and discharging (or charging). ) It can be regarded as a characteristic that can be different depending on the number of times, or the loss of battery capacity that can be afforded.
  • the appropriate discharge and charging temperature range of a conventional lead battery is -20 o C (ie, T D-Min or T C-Min ) to 50 o C (T D-Max or T C-Max ).
  • the proper charging temperature range for existing nickel-cadmium and nickel-metal-hydride batteries is 0 o C (T C-Min ) to 45 o C (T C-Max ), which is narrower than that of lead-acid batteries.
  • the appropriate discharge temperature range is -20 o C (T D-Min ) to 65 o C (that is, T D-Max ), which is wider than that of a lead battery.
  • the proper charging temperature range of the lithium-ion battery is 0 o C (T C-Min ) to 45 o C (T C-Max ), while the appropriate discharge temperature range is -20 o C (that is, T D-Min ) to 60 o C(T D-Max ). (See BU-410, "Low and High Temperature Filling,” reference [2] below).
  • the temperature range may differ depending on the manufacturer or the manufacturing method even for the battery type as well as the same type of battery. However, the above range may be used as a reference value for manufacturing various battery units of the present specification and various control units for controlling charging or discharging of the battery units, and establishing a control algorithm of the control unit.
  • the battery may suffer various irreversible damage.
  • the lithium metal forms a film on the anode, which may lead to enormous battery capacity loss.
  • the damage may be accelerated. Therefore, it may be advantageous to charge with a low charging current (or voltage) during low-temperature fast charging, and the damage may be minimized by charging in a temperature range narrower than the appropriate charging temperature range.
  • the minimum temperature (T C-Min ) in the proper charging temperature range of the lithium-ion battery may be 10 o C or higher.
  • Discharging the battery at a low temperature lower than the above-described proper discharge temperature range may cause various irreversible damage to the battery.
  • a battery with relatively severe damage among a plurality of batteries included in the battery unit may develop a negative voltage potential.
  • a cell reversal phenomenon may occur in the battery, and a battery in which the reversal phenomenon occurs may short-circuit. Therefore, the battery unit including the battery may cause serious irreversible damage. (See BU-502, "High and Low Temperature Discharge,” reference [3] below).
  • the battery may suffer various irreversible damage. For example, when a battery is charged at a high temperature, gas is generated, the battery is deformed, and battery capacity may be lost. In addition, when charging at a high temperature when the battery charging rate is high, the capacity loss of the battery may increase exponentially.
  • the battery may be advantageous to charge the battery using a weak charging current (or voltage) at a high temperature, and irreversible damage may be minimized by charging in a temperature range narrower than the appropriate charging temperature.
  • the maximum temperature (T C-Max ) of the appropriate charging temperature range of the lithium-ion battery may be 30 o C to 35 o C.
  • the battery When the battery is discharged at a high temperature higher than the appropriate charging temperature range, the battery may suffer various irreversible damage. For example, when the battery is discharged at 25 o C to 30 o C or higher, there is a research result that the life of the battery decreases by two times each time the temperature increases by 10 o C. In severe cases, the battery reversal phenomenon and short circuit, etc. Can happen. (See BU-501a, “Discharge Characteristics of Lithium-Ion Batteries," reference [5] below).
  • discharging (or charging) the battery unit causes a certain amount of capacity loss.
  • the appropriate discharging (or charging) temperature range is set to a wide range, the battery may suffer relatively severe irreversible damage at temperatures corresponding to both ends of the range.
  • the appropriate discharging (or charging) temperature range is set to be narrow, the battery suffers relatively little irreversible damage even at temperatures corresponding to both ends of the range.
  • the appropriate discharge (or charging) temperature range of a specific battery may be determined in various ranges in consideration of the various variables.
  • battery manufacturers, battery unit manufacturers, hybrid vehicle manufacturers, and microgrid manufacturers can determine different suitable discharge (or charging) temperature ranges for the same battery or battery unit.
  • the vehicle or microgrid user may also determine an appropriate discharge (or charging) temperature range according to his or her driving or driving habits. For example, if the user wants to drive the vehicle or drive the microgrid unconditionally irrespective of the temperature of the battery unit as soon as the user turns on the switch of the vehicle or the microgrid, the user can set the appropriate discharge (or charging) temperature range wide. Since the temperature range is set to be wide, when the user turns on the switch in the range, the control unit can start discharging the battery unit to start driving the vehicle or the microgrid.
  • the appropriate discharging (or charging) temperature range in the present specification is assumed to be used as a relative concept.
  • a suitable charging temperature range for a lithium-ion battery may be 0 o C to 45 o C, and a suitable discharge temperature range may be -20 o C to 60 o C.
  • the appropriate charging temperature range for the same lithium-ion battery can be set to 15 o C to 30 o C, and the appropriate discharge temperature range to 10 o C to 30 o C.
  • the various control units of the present specification use the battery unit, the heating unit, and the battery in various ways based on the appropriate temperature range.
  • the cooling unit and the like can be controlled.
  • the control unit may control the driving of the vehicle or the driving of the microgrid based on the appropriate temperature range. That is, in the present specification, the appropriate discharging (or charging) temperature range of a specific battery, battery pack, or battery unit can be regarded as a relative concept. It shall be decided in consideration.
  • the hybrid vehicle of the present specification and the various units of the vehicle have various structural characteristics or method characteristics.
  • the description below is an example of the structural characteristics and method characteristics.
  • the hybrid vehicle is driven using electricity.
  • the vehicle includes (1) a drive unit including one or more drive shafts, (2) a motor unit capable of rotating the drive shaft, (3) a battery unit capable of providing electric energy required for rotation of the drive shaft to the motor unit, (4) A power generation unit capable of providing electrical energy to the battery unit, (5) an engine unit that supplies mechanical energy so that the power generation unit can generate electrical energy, (6) an engine unit that generates mechanical energy by burning fuel, and (7) It may include a control unit capable of controlling the rotation, provision, generation or combustion.
  • the battery unit may store electric energy provided by the power generation unit through charging, and may provide the stored electric energy to the motor unit through discharging, and the battery unit includes one or more separate batteries and one or more fixed batteries,
  • the detachable battery can be electrically or mechanically separated from the battery unit even when a relatively small force is applied compared to the fixed battery.
  • the hybrid vehicle is driven using electricity.
  • the vehicle is (1) an engine unit capable of converting thermal energy generated by burning fuel into first mechanical energy, (2) receiving at least a portion of the first mechanical energy from the engine unit, and converting it to first electrical energy.
  • a power generation unit capable of, (3) receiving at least a portion of the first electrical energy from the power generation unit, and storing it as second electrical energy through charging, and discharging at least a portion of the stored second electrical energy to a third
  • a battery unit capable of discharging as electrical energy
  • (4) a motor unit that receives at least a portion of the third electrical energy from the battery unit through discharge and converts it into second mechanical energy
  • It includes a drive unit that receives at least part of the mechanical energy and drives the vehicle by using it, and (6) a control unit capable of controlling the conversion, provision, charging, storage, discharge, discharge, or driving.
  • the battery unit includes one or more separate batteries and a fixed battery, and the separated battery can be electrically or mechanically separated from the battery unit even when a relatively small force is applied compared to the fixed battery.
  • the hybrid vehicle is driven using electricity.
  • Vehicles include (1) a motor unit that provides mechanical energy for driving the vehicle, (2) a battery unit that provides the motor unit with electrical energy required to generate mechanical energy, and (3) heat energy generated by burning fuel. It may include a power generation unit that converts into electrical energy, and (4) a control unit that controls the driving, generation, provision, or conversion.
  • the battery unit can store electric energy provided by the power generation unit through charging, and can provide the stored electric energy to the motor unit through discharging, and the battery unit includes one or more separate batteries and fixed batteries, and separate batteries Compared to the fixed battery, even if a relatively small force is applied, it may be electrically or mechanically separated from the battery unit.
  • Vehicles include (1) an engine unit that converts thermal energy generated by burning fuel into mechanical energy, (2) a power generation unit that converts mechanical energy provided from the engine unit into electrical energy, and (3) electricity provided from the power generation unit.
  • a battery unit that stores energy through charging and discharges it through discharging, (4) a motor unit that converts electrical energy provided through discharging into mechanical energy and drives a vehicle using mechanical energy, and (5) the generation, It includes a control unit capable of controlling provision, conversion, charging, discharging or driving.
  • the battery unit includes at least one separate battery and a fixed battery, and the separated battery can be easily separated mechanically from the battery unit even when a relatively small force is applied compared to the fixed battery.
  • the vehicle of various embodiments of the first example may have one or more of the following various detailed features.
  • the number of fixed batteries may be greater than the number of separate batteries.
  • a separate battery may be mounted on a specific part of the battery unit and may not be mounted on another part.
  • the separate battery and the fixed battery may be the same type of secondary battery.
  • the secondary battery may be a lithium ion battery.
  • the separate battery and the fixed battery may be different types of secondary batteries.
  • the battery unit includes one or more detachable electrical connection elements and a fixed electrical connection element, the detachable electrical connection element is electrically connected to the detachable battery, the fixed electrical connection element is electrically connected to the stationary battery, and the detachable electrical connection to the detachable battery
  • the force required to mechanically disengage from the element may be less than the force required to disengage the stationary battery from the stationary electrical connection element.
  • the battery unit comprises one or more detachable electrical connection elements and a fixed electrical connection element, the detachable electrical connection element electrically connected to the detachable battery, and the fixed electrical connection element electrically connected to the stationary battery.
  • the detachable and fixed electrical connection elements are electrically connected to the battery unit, and the force required to mechanically disconnect the detachable electrical connection element from the battery unit with the detachable battery connected is applied to the fixed electrical connection element with the fixed battery connected to the battery unit. May be less than the force required to separate it from.
  • the battery unit includes a case, and the case includes a cover that can be opened and closed, but the cover is installed closer to the detachable battery than the fixed battery, so that when the user opens the cover, the detachable battery is more accessible than the fixed battery. can do.
  • the control unit discharges the battery, while the temperature of the battery unit does not fall within the proper discharge temperature range, and thus, when the battery is discharged, the In the case where relatively greater irreversible damage can be caused compared to the case falling within the temperature range, the control unit can cause the detachable battery to suffer the greater damage by discharging the detachable battery, instead of the fixed battery.
  • the battery unit may include one or more separation packs and fixed packs, all of the separated batteries may be mounted inside the separation pack, and all of the fixed batteries may be mounted inside the fixed pack.
  • the hybrid vehicle drives and drives the motor unit using electricity, and damage to the battery unit of the vehicle can be minimized in various ways.
  • the method includes (1) mounting a plurality of batteries capable of discharging and charging in a vehicle, (2) using one or more separate batteries that can be easily replaced and one or more fixed batteries that are not relatively easy to replace. Separation and installation of a separate battery and a fixed battery in the vehicle so that they can be discharged independently. Supplying energy, and (4) discharging the separated battery to supply electric energy to the motor unit when the temperature of the battery does not fall within the proper discharge temperature range of the battery during vehicle driving.
  • irreversible damage caused by discharging at a temperature within the proper discharge temperature range is minimized, while irreversible damage caused by discharging at a temperature outside the appropriate discharging temperature range can be limited to the separated battery. have.
  • microgrid of the present specification and the various units of the grid have various structural characteristics or method characteristics.
  • the description below is an example of the structural characteristics and method characteristics.
  • the battery unit of the first embodiment of the first example of the above characteristics is capable of charging and discharging, including at least one separate battery capable of charging and discharging, at least one fixed battery capable of charging and discharging, and a case equipped with an openable cover.
  • the detachable battery and the fixed battery are mounted inside the case, but the detachable battery is mounted closer to the cover than the fixed battery, so that when the user opens the cover, it is easier to separate the detachable battery from the unit compared to the fixed battery. It is characterized.
  • the battery unit of the second embodiment of the first example of the above characteristic is a plurality of separate batteries and fixed batteries capable of charging and discharging, at least one detachable electrical connection element electrically connecting the separated batteries, and electrically connecting the fixed batteries. And one or more fixed electrical connection elements.
  • the battery unit is characterized in that the number of user operations required to electrically or mechanically disconnect the detachable battery from the detachable electrical connection element is less than the user's second operation required to electrically or mechanically disconnect the stationary battery from the fixed electrical connection element. Can have.
  • the battery unit may be configured such that the first amount of force the user must exert to electrically or mechanically separate the detachable battery from the detachable electrical connection element is the two that must be applied by the user to mechanically disconnect the stationary battery from the fixed electrical connection element. It may have a feature that is less than the magnitude of the second force.
  • the battery unit has the magnitude of the first force the user must exert to deform the shape of the detachable electrical connecting element is less than the magnitude of the second force exerted by the user to deform the shape of the stationary electrical connecting element, and thus It is relatively easy for the user to change the shape of the detachable electrical connection element and separate the detachable battery from the detachable electrical connection element compared to the operation of the user changing the shape of the fixed electrical connection element and separating the fixed battery from the fixed electrical connection element. It can have one characteristic.
  • the battery unit of the third embodiment of the first example of the above characteristics electrically connects at least one detachable battery and a fixed battery capable of charging and discharging, a detachable electrical connection element electrically connecting the detachable battery and the battery unit, and a fixed battery and a battery unit. It may comprise a fixed electrical connection element to connect.
  • the number of operations required by the user to electrically or mechanically disconnect the detachable electrical connection element and the detachable battery connected thereto from the battery unit is the number of operations required to separate the fixed electrical connection element and the fixed battery connected thereto from the battery unit. It can have fewer features than the number of manipulations.
  • the battery unit is configured to separate the fixed electrical connection element and the fixed battery connected thereto from the battery unit by the amount of the first force the user must exert to electrically or mechanically separate the detachable electrical connection element and the detachable battery connected thereto from the unit. It may have a feature that is less than the magnitude of the second force the user must exert.
  • the battery unit has the magnitude of the first force that the user must exert to deform the shape of the detachable electrical connecting element is less than the magnitude of the second force exerted by the user to deform the shape of the fixed electrical connecting element, and thus Compared to the operation of separating the fixed battery and the fixed electrical connection element connected thereto from the battery unit by changing the shape of the fixed electrical connection element, the detachable battery and the detachable electrical connection element connected thereto by the user modifying the shape of the detachable electrical connection element Separating the battery unit from the battery unit may have a feature that is relatively easy.
  • the various microgrids of the first to third embodiments of the first example of the characteristics or the battery units of the grid may have one or more of the following various detailed characteristics.
  • the number of fixed batteries may be greater than the number of separate batteries.
  • the number of fixed batteries may be less than the number of separate batteries.
  • the separate battery and the fixed battery may be the same type of secondary battery.
  • the secondary battery may be a lithium battery.
  • the separate battery and the fixed battery may be different types of secondary batteries.
  • the detachable battery suffers a relatively greater irreversible damage compared to the fixed battery, the user can more easily detach the detachable battery from the unit.
  • the grid includes a battery unit including at least one separate battery capable of charging and discharging and a fixed battery, and a control unit capable of controlling discharging and charging of the battery unit. It is mounted on the battery unit to be separated.
  • the control unit discharges the fixed battery to drive the electric device, while if the temperature of the battery unit is low or high temperature that does not fall within the above range, the control unit discharges the separate battery.
  • the detachable battery suffers severe irreversible damage compared to the fixed battery
  • the user has a feature that allows the detachable battery to be more easily detached from the battery unit compared to the fixed battery.
  • the microgrid of the second example or the battery unit and the control unit of the grid may have one or more of the following various detailed features.
  • the number of fixed batteries may be greater than, equal to, or less than the number of separate batteries.
  • the separate battery and the fixed battery may be the same type of secondary battery.
  • the secondary battery may be a lithium battery.
  • the separate battery and the fixed battery may be different types of secondary batteries.
  • the battery unit includes a case including a detachable battery and a fixed battery therein, the case includes a cover capable of opening and closing, and the detachable battery may be mounted closer to the cover than the fixed battery. Accordingly, when the user opens the cover, the detachable battery can be easily separated from the battery unit compared to the fixed battery.
  • the battery unit comprises at least one detachable electrical connection element electrically connecting the separate batteries and at least one fixed electrical connection element electrically connecting the stationary batteries, wherein the detachable battery is electrically and mechanically separated from the detachable electrical connection element.
  • the required number of manipulations by the user may be less than the number of manipulations required by the user in order to electrically and mechanically separate the fixed battery from the fixed electrical connection element.
  • the battery unit may determine that the amount of the first force the user must exert to mechanically disconnect the detachable battery from the detachable electrical connection element is equal to the second force that must be applied by the user to mechanically disconnect the stationary battery from the stationary electrical connection element. It can have fewer features than its size.
  • the amount of force that the user must apply to deform the shape of the detachable electrical connection element is less than the amount of force that the user must apply to deform the shape of the fixed electrical connection element.
  • the microgrid is a battery unit including one or more separate batteries and fixed batteries capable of charging and discharging, a power generation unit that converts mechanical energy generated by burning flammable fuels to electrical energy, and a discharge and charging and power generation unit of the battery unit. It includes a control unit that controls the power generation of. In particular, when the temperature of the battery unit falls within the proper discharge temperature range of the battery, the control unit discharges the fixed battery to drive the electric device.
  • the control unit drives the electric device by selecting one or more of power generation by driving the power generation unit and discharge of the separated battery, and if the detachable battery suffers more irreversible damage than the fixed battery
  • the user may have a feature that the detachable battery can be more easily detached from the battery unit compared to the fixed battery.
  • a first embodiment of the fourth example of the above characteristics is a method of replacing a battery of a battery unit, comprising: preparing a case including an openable cover; Mounting one or more fixed batteries capable of charging and discharging in the case at a predetermined distance from the cover; It includes the step of mounting one or more separate batteries capable of charging and discharging in the case closer than the distance from the cover, and as a result, when the user opens the cover, it is easier to replace the detachable battery from the battery unit compared to the fixed battery. It is a battery replacement method characterized in that one.
  • the second embodiment of the fourth example of the above characteristics is also a method of replacing the battery of the battery unit, comprising the steps of electrically connecting at least one fixed battery capable of charging and discharging to the battery unit using a fixed electrical connection element, and charging and discharging. And electrically connecting the at least one possible separate battery to the battery unit using a detachable electrical connection element.
  • the method comprises the separation battery and the separation battery such that the number of first operations required to electrically or mechanically disconnect the separation battery from the removable electrical connection element is less than the second number of operations required to electrically or mechanically disconnect the stationary battery from the stationary electrical connection element.
  • Mounting the detachable electrical connection element to the battery unit may be included.
  • the method comprises the magnitude of the first force that the user must exert to mechanically disconnect the separating battery from the separable electrical connection element is the second force that must be exerted by the user to mechanically disconnect the stationary battery from the stationary electrical connection element. It may include mounting the detachable battery and the detachable electrical connection element to the battery unit to be smaller than the size.
  • the magnitude of the first force the user must exert to deform the shape of the detachable electrical connection element is less than the magnitude of the second force exerted by the user to deform the shape of the fixed electrical connecting element, and thus the user
  • the second operation of the user changing the shape of the detachable electrical connection element and separating the detachable battery from the detachable electric connection element It may comprise the step of mounting the detachable battery and the detachable electrical connection element to the battery unit for relatively ease.
  • the method may have a feature that it is easier for a user to replace the detachable battery from the battery unit as compared to replacing the fixed battery from the unit.
  • the third embodiment of the fourth example of the above characteristics is also a method of replacing the battery of the battery unit, comprising the steps of electrically connecting at least one fixed battery capable of charging and discharging to the battery unit with a fixed electrical connection element, and charging and discharging. Electrically connecting one or more separate batteries to the battery unit using removable electrical connection elements.
  • the method is as in the second embodiment of the fourth example of the characteristic, the first number of manipulations is less than the second number of manipulations, the magnitude of the first force is less than the magnitude of the second force, or Compared to the first operation, the second operation may include a relatively easy step. As a result, the method may have a feature that it is easier for the user to replace the detachable battery from the battery unit compared to the fixed battery.
  • the microgrids of the first to fourth embodiments of the fourth example and various units of the grid may have one or more of the following various detailed features.
  • the method may include mounting more or less number of fixed batteries than separate batteries.
  • the method may include using a secondary battery of the same type as a separate battery and a fixed battery, and may include using a lithium battery as the secondary battery.
  • the method may include using different types of secondary batteries as separate batteries and fixed batteries.
  • the method includes discharging the fixed battery when the temperature of the battery unit is within a suitable discharge temperature range; Discharging the separated battery when the temperature of the battery unit does not fall within the appropriate discharge temperature range; And if the detachable battery suffers a relatively greater irreversible damage than the fixed battery, the user may include the step of easily separating the detachable battery from the battery unit.
  • the first embodiment of the fifth example of the characteristics is a method of controlling the discharge and charging of a battery that provides electrical energy to a microgrid to which a plurality of electric devices are connected, the method comprising: a fixed battery capable of charging and discharging to the battery unit.
  • Mounting Mounting a separate battery capable of charging and discharging in the battery unit, wherein the detachable battery is mounted so that it is more easily separated from the battery unit compared to the fixed battery; Discharging the fixed battery to drive the electric device when the temperature of the battery unit is within the proper discharge temperature range of the battery, while discharging the separate battery to drive the electric device when the temperature of the battery unit is out of the above range; And when the separated battery suffers a certain degree of irreversible damage, the user may easily separate the separated battery from the battery unit and replace it with a new separated battery.
  • the microgrid of the fifth example or various units of the grid may have one or more of the following various detailed features.
  • the method may include mounting more or less number of stationary batteries than separate batteries.
  • the method includes using a secondary battery of the same type as a separate battery and a fixed battery, or using a lithium battery as the secondary battery, or using different types of secondary batteries as a separate battery and a fixed battery. It may include the step of.
  • the method includes: mounting a separate battery and a fixed battery in a case including an openable and closed cover; And mounting the detachable battery closer to the cover than the fixed battery, and as a result, when the user opens the cover, it is easier to separate the detachable battery from the battery unit compared to the fixed battery.
  • the method further comprising: electrically connecting a stationary battery to the unit using a stationary electrical connection element; And electrically connecting the detachable battery to the unit using a detachable electrical connection element.
  • the method is as in the second embodiment of the fourth example of the characteristic, the first number of manipulations is less than the second number of manipulations, the magnitude of the first force is less than the magnitude of the second force, or Compared to the first operation, the second operation may include a relatively easy step. As a result, the method may have a feature that it is easier for the user to replace the detachable battery from the battery unit compared to the fixed battery.
  • the present specification can control the operation or temperature of the battery unit of the vehicle using various serial hybrid vehicles, heating units or cooling units included in the vehicle, and the units in the first to ninth exemplary aspects.
  • Various control units and various control methods related thereto are illustrated.
  • the present specification describes structural features, operational features and control features of the vehicle or the unit, and various operating methods and control methods related thereto.
  • the present specification provides various microgrids, heating units or cooling units included in the grids, and various types that can control the operation or temperature of the battery units of the grid using the units.
  • the control unit and various control methods related thereto are illustrated.
  • the present specification describes structural features, operational features and control features of the grid or the unit, and various operating methods and control methods related thereto.
  • the hybrid vehicle of the present specification includes an engine unit, a power generation unit, a heating unit, a cooling unit, a battery unit, a motor unit, a drive unit, and the like
  • the microgrid in the present specification is a (energy) source, a power generation unit, a heating unit, and a cooling unit. It includes a unit, a battery unit, an electric device, and the like.
  • each of the power generation unit, heating unit, cooling unit, and battery unit included in the vehicle and the grid are the same or similar to each other.
  • the (energy) source of the grid may include an engine unit or other engine of the vehicle
  • the electric device of the grid may include a motor unit or drive unit of the vehicle, or other motor or driving element.
  • the detailed configuration, arrangement, driving method, and driving sequence of the engine unit (or the source of the microgrid) of the hybrid vehicle can be applied equally or similarly to the source of the microgrid (or the engine unit of the hybrid vehicle).
  • the detailed configuration, arrangement, driving method, and driving sequence of the vehicle motor unit (or the electric device of the grid) may be applied equally or similarly to the source of the grid (or the engine unit of the vehicle).
  • each unit of an exemplary aspect, embodiment, or detailed example of the present specification, or elements or parts of the unit may also reflect the purpose, spirit, or scope of the various serial hybrid vehicles, microgrids, or various units thereof in the present specification. It can be modified without departing from it.
  • the description below is heating or cooling so that the temperature of the vehicle or the battery unit of the grid falls within an appropriate temperature range by using various hybrid vehicles, microgrids, units, various elements of the unit, various parts of the elements, etc. It relates to various structures or control methods that can be made.
  • the description below is to minimize irreversible damage that the unit may suffer even if the unit is discharged (or charged) when the temperature of the battery unit of various hybrid vehicles or microgrids of the present specification does not fall within the appropriate temperature range. It relates to various structures or control methods that can be used. To this end, the control unit may limit the irreversible damage to only a part of the battery unit through various structures or control methods.
  • the exemplary aspects, embodiments, or detailed examples described below are not intended to limit the range of the vehicle, various units of the vehicle or grid, various elements of the unit, various parts of the element, and the like. Rather, the exemplary aspects, embodiments, or details described below are for describing the vehicle or grid, units, elements or parts thereof in more detail.
  • the tandem hybrid vehicle of the first exemplary aspect of the present specification includes a battery unit, a control unit, and at least one of a heating unit and a cooling unit, wherein the control unit controls the heating unit or the cooling unit to control all or all of the battery units. It is characterized by controlling the temperature of some parts.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a tandem hybrid vehicle according to the first exemplary aspect of the present specification, but omitting the wheels and the body of the vehicle.
  • the hybrid vehicle may include various units and elements included in conventional vehicles such as a gear unit, a brake unit, a transmission, a speedometer, a fuel container, a headlight, a tail light, and the like.
  • the tandem hybrid vehicle includes an engine unit 110, a power generation unit 120, a battery unit 150, a motor unit 160, and a drive unit 170.
  • the vehicle may include one or both of the heating unit 130 and the cooling unit 140.
  • FIG. 1 illustrates a functional structure instead of a mechanical structure of the units, and in particular, illustrates electrical connection and energy supply paths. Accordingly, as long as the units are mounted on various vehicles of the present specification and are electrically connected as described below, the units may be connected according to a position or order different from the position or order illustrated in FIG. 1.
  • the vehicle includes one or more control units. Accordingly, in the following description, it is assumed that the vehicle controls the operation of a plurality of units through a control unit.
  • the control unit includes an engine control element in charge of controlling the engine unit 110, a power generation control element in charge of controlling the power generation unit 120, a battery control element in charge of controlling the battery unit 150, A motor control element in charge of controlling the motor unit 160, a driving control element in charge of controlling the driving unit 170, a heating control element in charge of controlling the heating unit 130, and the control of the cooling unit 140 It may include one or more of the responsible cooling control elements.
  • the various control elements included in the control unit may be respectively installed in or around the corresponding element, or may be manufactured in the form of a single body (center) control element.
  • control unit performs the various controls exemplified herein, the detailed shape, structure, arrangement or location of the control unit or control elements is not important.
  • control unit of the present specification will collectively refer to one or more of the central control element or seven unit control elements.
  • the engine unit 110 includes one or more conventional engines that convert thermal energy into mechanical energy, and examples of such engines include gasoline (or diesel) engines using gasoline (or diesel) as fuel, propane (or liquefied petroleum, There are propane (or liquefied petroleum, natural) engines using natural) gas as fuel, and hydrogen engines using hydrogen as fuel.
  • the engine unit 110 may include a conventional internal combustion engine engine different from the engines described above.
  • the engine unit 110 provides mechanical energy (E ENG ) or power (P ENG , energy generation per unit time) generated by the engine to the power generation unit 120.
  • the control unit (or control element) can control the amount of energy or power, which can generally vary depending on the engine capacity (eg, the total volume inside the cylinder), the number of revolutions, the efficiency, and the like. Alternatively, the amount may vary according to the electric energy or electric power required by the power generation unit 120.
  • the engine unit 110 may include various parts included in an existing engine.
  • the engine unit 110 may include a piston, a cylinder, a valve, and the like.
  • An engine comprising a plurality of pistons and cylinders may include a distributor.
  • the engine unit 110 may cool the engine unit 110 using an existing air-cooled element or a water-cooled element. As long as the engine unit 110 generates energy or power and can provide at least a portion thereof to the power generation unit 120, the engine unit 110 may be mounted at various locations of the hybrid vehicle.
  • the power generation unit 120 may include one or more conventional power generation elements that convert mechanical energy or power generated and provided by the engine unit 110 into electrical energy or power.
  • conventional power generation elements include a revolving field type power generation element, a revolving amateur type power generation element, and the like, and the power generation element may be an AC power generation element or a DC power generation element.
  • the power generation unit 120 may convert the AC electricity into DC electricity using a rectifier and then provide it to the battery unit 150 described below.
  • the power generation unit 120 may generate electric energy of E GEN, T or electric power of P GEN, T using various numbers or types of power generation elements.
  • the power generation unit 120 provides all or part of the energy or power to the [1] battery unit 150 as E GEN, B or P GEN, B , or [2] the heating unit 130 with E GEN, H Alternatively , as much as P GEN,H, or [3] as much as E GEN,C or P GEN,C to the cooling unit 140, or [4] the motor unit 160 directly without passing through the battery unit 150 E GEN,M or P GEN,M can be provided.
  • the power generation unit 120 provides energy or power to two or more units, if there is no loss such as electrical resistance or a short circuit, the sum of the energy or power provided to the units is E GEN, T or P, respectively. It may correspond to GEN,T.
  • the energy or power may vary depending on the amount of mechanical energy or mechanical power provided by the engine unit 110 as well as the power generation capacity, electrical characteristics, and power generation efficiency of the power generation unit 120.
  • the control unit or the power generation control element may control the amount of electric energy or power generated by the power generation unit 120, the amount of the energy or power provided to various units, and the like.
  • the control unit or power generation control element may be disposed outside or around the power generation unit 120.
  • the power generation unit 120 may itself control the amount of electric energy or power generated by itself, and the provision of the energy or power.
  • the part in charge of the control among the power generation unit 120 may be regarded as a power generation control element, and as described above, the part may be referred to as a control unit.
  • the battery unit 150 includes one or more existing batteries, and the battery may be an existing secondary battery capable of (re)charging.
  • the battery unit 150 is charged by receiving electric energy (E GEN, B ) or power (P GEN, B) from the power generation unit 120.
  • E GEN, B electric energy
  • P GEN, B power
  • the battery unit 150 may be charged while receiving energy or power before, during, or after discharging the battery from the power generation unit 120.
  • the battery unit 150 may supply electric energy E BAT or electric power P BAT to the motor unit 160 through discharge.
  • the battery unit 150 may supply electric energy or power to the motor unit 160 through discharging before, during, or after charging the battery.
  • discharging (or charging) a battery at a low or high temperature outside the proper discharge (or charging) temperature range may cause irreversible damage to the positive electrode, negative electrode, and electrolytic material of the battery, and the battery may lose capacity. I can. Therefore, in order to maintain the performance of the battery, it is desirable to discharge (or charge) the battery within an appropriate discharging (or charging) temperature range.
  • the battery's proper discharge temperature range and the proper charge temperature range do not generally match. Therefore, even if the battery unit 150 is discharged (or charged) at a specific temperature, the performance of the battery is minimally affected, but charging (or discharging) the unit 150 at the same temperature may adversely affect the performance of the battery. have.
  • control unit may individually control the discharge and charging of the battery unit 150 according to the temperature (ie, T BU) of the battery unit 150 or the external temperature.
  • T BU the temperature of the battery unit 150
  • the control unit allows the battery unit 150 to discharge at a specific temperature, but prevents charging, or allows charging but prohibits discharging. The structure will be described in detail below.
  • T D-Max and T D-Min the maximum temperature and the minimum temperature in the appropriate discharge temperature range are indicated as T D-Max and T D-Min , respectively, while the maximum temperature and the minimum temperature in the appropriate charge temperature range are indicated.
  • the lowest temperature will be denoted as T C-Max and T C-Min , respectively. That is, the proper discharge temperature range is from T D-Min to T D-Max , and the proper charging temperature range is from T C-Min to T C-Max .
  • the maximum temperature, minimum temperature, and appropriate temperature range may be set by various manufacturers, control units, or users.
  • the discharge (or charging) temperature range may be set to be narrow.
  • the temperature range may be widened.
  • the motor unit 160 drives the driving unit 170 using energy (E BAT ) or power (P BAT) provided by the battery unit 150.
  • the motor unit 160 may include one or more conventional DC motors or AC motors. Examples of conventional motors include brushed motors, brushless motors, induction motors, etc. There are other conventional motors that can convert energy or power into mechanical energy or power.
  • the motor unit 160 includes an AC motor, the hybrid vehicle of the present specification may convert the DC current discharged by the battery unit 150 into AC current using an inverter, and then drive the motor.
  • the drive unit 170 may include one or more conventional driving axles capable of moving a tandem hybrid vehicle. To this end, wheels or rails may be mounted on one end of the drive shaft, and the vehicle may include various transportation means such as a two-wheel, three-wheel or four-wheel motorcycle, a three-wheel or four-wheel passenger car, and a three-wheel or four-wheel truck.
  • the drive unit 170 may be manufactured to have a shape or size suitable for the type of vehicle.
  • the heating unit 130 includes one or more conventional heat generating elements.
  • the heating unit 130 receiving energy (E GEN, H ) or power (P GEN, H ) from the power generation unit 120 may generate heat as much as Q H , and the heat is Q H / ⁇ t per unit time It is manufactured to be provided to the battery unit 150 at a speed of.
  • the heating unit 130 supplies heat to the battery unit 150 using heat conduction or convection, so that the battery unit 150, one or more batteries of the unit 150, or one or more battery packs It is made to increase the temperature of.
  • the heating unit 130 relies on heat conduction, it is advantageous to place the heat generating element as close as possible to the battery of the battery unit 150.
  • the heating unit 130 that relies on convection heats air, and the heated air heats the battery. Therefore, compared to the heating unit 130 that relies on heat conduction, the heating unit 130 that relies on convection may be installed in a position capable of heating air injected into or outside the battery unit 150.
  • the heating unit 130 includes a metal or non-metal heat generating element in the form of a wire, coil, plate, or thin film having an appropriate electrical resistance, and the heat generating element receives electric energy or power and converts it into heat. I can. Alternatively, the heating unit 130 heats one or more thermoelectric elements capable of dissipating heat by the Peltier effect, the Seebeck effect, or the Thomson effect after receiving electric energy or power. It can also be included as an occurrence factor.
  • the heating unit 130 may generate heat using electrical energy or other existing elements capable of converting power into heat.
  • Existing various heat generating elements can be made of various materials, and can be manufactured in various sizes or shapes. Accordingly, the heat generating element may be disposed at various locations, such as inside or outside the battery unit 150, inside or outside the battery or battery pack mounted inside the unit 150.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the operation of a Peltier heat generating element, which is an example of a thermoelectric element.
  • a Peltier heat generating element which is an example of a thermoelectric element.
  • the Peltier heat generating element When electric energy or power is supplied to the Peltier heat generating element as shown in [Fig. 2], one side of the element is heated, but the other side is cooled. Therefore, when the Peltier heat generating element is used, if the position or orientation of the element is not suitable, the temperature of the battery contacting the heating surface of the element increases, while the temperature of the battery in contact with the cooling surface of the same element or close to the cooling surface is increased. The temperature can decrease.
  • the heating unit 130 heats the battery pack by placing it in direct contact with the outside or inside of the case of the battery pack or at a specific distance from the outside or inside. Can be delivered effectively.
  • the heating unit 130 may be disposed inside the case, and may be disposed at a location and distance capable of efficiently transferring heat to one or more batteries.
  • the heating unit 130 may arrange one or more heat generating elements on one or more battery packs.
  • the heating unit 130 may arrange one or more heat generating elements in the separation pack and the fixed pack in the same or different numbers or patterns. Therefore, the control unit uses heat generating elements to heat the separation pack first, heats the fixed pack first, or heats the separation pack and then sequentially heats the fixed pack according to various heating patterns. Can be controlled.
  • the heating unit 130 may include heat transfer elements of various shapes made of a material having high thermal conductivity different from the heat generating element.
  • the heat transfer element may be placed in direct contact with the heat generating element or around the heat generating element.
  • the heat transfer element serves as a passage through which heat generated by the heat generating element is transferred through heat conduction. Accordingly, a battery or a battery pack that is mounted inside the battery unit 150 but does not directly contact the heat generating element may receive heat generated by the heat generating element directly therefrom, but indirectly through the heat transfer element. Examples of heat transfer elements include metals as well as plastics with high thermal conductivity.
  • the heating unit 130 may generate heat by receiving energy, power, etc. from the battery unit 150 instead of the power generation unit 120. Accordingly, the control unit can operate the heating unit 130 by discharging the battery unit 150 before the engine unit 110 is operated, and as a result, the battery unit 150 is operated before the engine unit 110 is operated. It may be heated at the same time as the battery unit 150 is discharged. Even in this case, the heating unit 130 may transfer heat to one or more batteries or battery packs included in the battery unit 150.
  • the heating unit 130 can minimize damage to the anode or the cathode by intensively supplying heat to the anode or cathode of the battery.
  • the heating unit 130 transmits heat as a whole to the outside of one or more batteries, thereby increasing the temperature of the electrolyte.
  • the structures illustrated in the paragraphs above and in this paragraph can be used to charge the battery at a temperature lower than the T C-Min of the battery.
  • the cooling unit 140 includes one or more conventional cooling elements. After receiving energy (E GEN, C ) or power (P GEN, C ) from the power generation unit 120, the cooling unit 140 absorbs the thermal energy of the battery unit 150 by Q C or Q C / By absorbing at a rate of ⁇ t, it is possible to reduce the temperature of the battery unit 150 or the battery.
  • the cooling unit 140 reduces the temperature of the battery unit 150 by using heat conduction or convection.
  • the cooling unit 140 is manufactured to reduce the temperature of the outside or inside of the battery unit 150 and the temperature of one or more batteries or one or more battery packs inside the unit 150.
  • the cooling element of the cooling unit 140 that relies on heat conduction is advantageously placed close to the battery of the battery unit 150.
  • the cooling unit 140 that relies on convection may cool the air and then use the cooling air to reduce the temperature of the battery. Therefore, compared to the cooling unit 140 that depends on heat conduction, the location of the cooling unit 140 that depends on convection may not be relatively important as long as the cooled air can be injected to the outside or inside of the battery unit 150. have.
  • the cooling unit 140 may include one or more cooling elements in the form of a thermoelectric element capable of absorbing heat by a Peltier effect, a Seebeck effect, or a Thompson effect when electric energy or power is supplied.
  • the cooling unit 140 may include one or more other cooling elements capable of absorbing heat by using electric energy or power.
  • Existing various cooling elements can be made of various materials and can be manufactured in various sizes or shapes. Accordingly, the cooling element may be disposed in various locations such as inside or outside the battery unit 150, inside or outside the battery mounted inside the unit 150.
  • FIG. 2 also shows the operation of a Peltier cooling element used as a thermoelectric element.
  • a Peltier cooling element used as a thermoelectric element.
  • the temperature of the battery contacting the cooling surface of the Peltier cooling element decreases, but the heating surface of the same cooling element is contacted.
  • the temperature of the battery can increase.
  • the cooling unit 140 When the battery unit 150 is manufactured in the form of a single battery pack, the cooling unit 140 directly contacts the outside or inside of the case of the battery pack or is disposed at a specific distance from the outside or inside of the battery pack. Can be arranged to absorb.
  • the cooling unit 140 may be disposed inside the case, and the cooling unit 140 may be disposed at a location and distance capable of efficiently absorbing heat from one or more batteries or battery packs.
  • the cooling unit 140 may also include a plurality of cooling elements, and these may be disposed in each battery pack.
  • the cooling unit 140 may arrange one or more cooling elements in the separation pack and the fixing pack in the same or different numbers or patterns. Therefore, the control unit uses cooling elements to cool the separation pack or the fixed pack first, or cool the separation pack and then sequentially cool the fixed pack. The temperature of the separation pack, the temperature of the fixed pack, or the battery unit ( 150) temperature can be controlled.
  • the cooling unit 140 may also include heat transfer elements of various shapes made of a material having high thermal conductivity different from the cooling element.
  • the heat transfer element can be arranged in direct mechanical contact with the cooling element or can be arranged around the cooling element.
  • the heat transfer element may serve as a passage for transferring heat generated by the battery to the cooling element through heat conduction.
  • a battery or battery pack that is mounted inside the battery unit 150 but does not directly contact the cooling element may transfer heat generated by itself to the cooling element indirectly through the transfer element instead of directly transferring the generated heat to the cooling element.
  • the heat transfer element include metals as well as plastics having high thermal conductivity.
  • the cooling unit 140 may receive electric energy or power directly from the battery unit 150 instead of the power generation unit 120 and absorb heat from the battery. Accordingly, the control unit may operate the cooling unit 140 by discharging the battery unit 150 before the engine unit 110 is operated. As a result, the battery unit 150 may be cooled simultaneously with the discharge of the battery unit 150 before the engine unit 110 is operated. Even in this case, the cooling unit 140 may absorb heat from one or more batteries or battery packs inside the battery unit 150.
  • the cooling unit 140 may prevent or minimize damage to the anode or the cathode by intensively absorbing the heat of the anode or the cathode.
  • the cooling unit 140 can cool the battery electrolyte by absorbing heat entirely from the outside of the battery.
  • the above paragraph and the structure illustrated in this paragraph can be applied when charging the battery at a temperature higher than T C-Max.
  • the hybrid vehicle of the first exemplary aspect described above, the battery unit, the control unit, the heating unit, the cooling unit, and the like of the vehicle may be modified or improved in a structure different from the above, or may be driven or controlled in a different manner from the above. .
  • a first embodiment of the modification or improvement of the first exemplary aspect described above relates to the discharge and charge control of the battery unit.
  • the control unit need not control to charge the battery unit simultaneously with discharging. This is because discharging of the battery unit may be an essential factor for driving of the vehicle, but charging of the battery unit is not necessarily an essential factor for driving of the vehicle.
  • control unit may drive the battery unit and the power generation unit at the same time, and the control unit may discharge and charge the battery unit while the vehicle is running.
  • control unit may drive the motor unit but not the power generation unit, and thus the control unit may discharge the battery unit but not charge the battery unit while driving.
  • control unit may drive the power generation unit but not the motor unit.
  • the control unit stops discharging the battery unit, but can charge the battery unit.
  • Discharging and charging of the battery unit from the point of view of the control unit can be two different, independent operations. Therefore, from the point of view of the control unit, the discharging and charging of the battery unit may be tasks that must be performed at the same time, or the discharging (or charging) operation may be an operation that must be performed before the charging (or discharging) operation.
  • discharging and charging of the battery unit may be an operation in which only one of the two must be performed.
  • the discharge operation of the battery unit is a task that the control unit should stop, but the charging operation of the unit may be a task that the control unit starts.
  • the discharging operation may be a job that the control unit should start, but the charging operation may be a job that does not need to be started.
  • the control unit since the battery unit does not necessarily need to be charged simultaneously with discharging, even if the temperature of the battery unit does not fall within the appropriate discharging (or charging) temperature range, the control unit does not need to operate the heating unit and the cooling unit at the same time. Accordingly, the control unit operates the heating unit and the cooling unit at the same time, the heating unit operates but the cooling unit does not operate, the cooling unit operates but the heating unit does not operate, or neither the heating unit nor the cooling unit operates. I can.
  • the second embodiment of the modification or improvement of the first exemplary aspect described above is for a heating unit, and unlike the above, the heating unit uses radiation rather than conduction or convection to generate a battery unit, a specific battery, or a battery pack. Can be heated.
  • the heating unit may include an existing heat generating element capable of generating radiant heat by increasing the temperature when energy is supplied.
  • a third embodiment of the modification or improvement of the first exemplary aspect described above relates to a battery unit, and unlike the above example, the battery unit may include one or more tertiary batteries.
  • Conventional tertiary cells generate energy through oxidation-reduction reactions of various fuels, and examples of tertiary cells include proton-exchange membrane fuel cells, alkaline fuel cells, and phosphoric acid fuels.
  • Cells phosphoric acid fuel cells
  • solid oxide fuel cells solid oxide fuel cells
  • molten carbonate fuel cells molten carbonate fuel cell
  • the battery unit may include one or more secondary batteries and one or more tertiary batteries, or may include only a tertiary battery without a secondary battery.
  • the vehicle may include a storage element capable of storing fuel of the tertiary cell.
  • a second exemplary aspect of the present specification relates to various structures and control methods for temperature control of a battery unit of a running series hybrid vehicle.
  • the vehicle of the second exemplary aspect may be operated according to various order of execution of operations, and in particular, the engine unit, power generation unit, battery unit, heating unit and cooling unit of the vehicle may also be operated according to various orders.
  • control unit or various elements of the control unit may be in charge of the control of the various units of the hybrid vehicle as described above.
  • the control unit controls the order and characteristics of each order.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the structure of the first embodiment of the second exemplary aspect of the present specification, a sequence of operations, and an operational state of various units according to the sequence.
  • this embodiment is a case in which the hybrid vehicle is driven within the proper discharging (or charging) temperature range of the battery unit 150.
  • the battery unit 150 discharges and supplies E BAT or P BAT to the motor unit 160, and the motor unit 160 drives the driving unit 170 using this, and the vehicle is driven by E BAT or P BAT . You can drive at a determined speed.
  • the control unit may start charging the battery unit 150.
  • the control unit drives the engine unit 110
  • the engine unit 110 supplies E ENG or P ENG to the power generation unit 120
  • the power generation unit 120 is E GEN, B or P GEN, B Is supplied to the battery unit 150, and the unit 150 can start charging using this.
  • the control unit may start charging the battery unit 150 at various starting points of charging.
  • the charging start time can be set based on the state of the battery unit, and examples of the charging start time include [1] the time when the charging rate of the battery unit 150 reaches or falls below a specific value, and [2] the battery When the discharge depth (ie, discharge rate) of the unit 150 reaches or increases beyond a specific value, [3] the voltage (or current) of the battery unit 150 is the end-of-discharge voltage (Or current) is reached or falls below, [4] when a certain time elapses after the previous charge, [5] the time when traveling a certain distance after the previous charge, [6] the time set in advance by the control unit, etc. There is this. However, in the case of [1] to [6], the vehicle may be in a stopped state (when the start switch is turned off), in a stopped state (when the start switch is turned on, and the vehicle is stopped while driving), or while driving.
  • the charging start time may be determined by the user.
  • Examples of such charging start points are [7] when the user turns on the ignition switch of the vehicle in a stopped state, [8] when the user restarts the driving of the vehicle in a stopped state, [9] related to the driving or stopping of the vehicle.
  • the starting point of charging may be determined in relation to the driving of the vehicle.
  • Examples of such charging start points are [12] when the vehicle starts driving, [13] when the vehicle being driven starts driving at a speed greater than or equal to a preset speed, and [14] the vehicle travels a certain distance after starting driving. There is a point of time. Therefore, in the present specification, the "charging start point" refers to one of the above [1] to [14].
  • the control unit may terminate charging of the battery unit 150 at various charging end points.
  • the charging end time point may be set based on the state of the battery unit, and examples of such charge end time point include [1] the time point when the charging rate of the battery unit 150 reaches or exceeds a specific value, and [2] the battery unit The time when the discharge rate or the discharge depth of 150 reaches or falls below a specific value, [3] the time when the voltage (or current) of the unit 150 reaches or exceeds the charging end voltage (or current) , [4] a point in time when a certain time elapses after starting charging, [5] a point in time set in advance by the control unit, and so on.
  • the control unit may terminate charging of the battery unit 150 at various charging end points determined by the user.
  • the charging end time point are [6] a time point when the user turns on the vehicle's ignition switch, [7] a time point previously set by the user, [8] a time point when the user turns off the vehicle's ignition switch, or [9] There are times when it is ordered to end charging. Therefore, in the present specification, the term "charging end point" refers to one of [1] to [9] described above.
  • the charging rate or the discharging depth of the battery unit 150 is determined by [1] the charging rate or discharging depth of the entire unit 150, [2] a plurality of The average charging rate or discharging depth of the battery packs, [3] the charging rate or discharging depth of a specific battery (for example, a fixed battery or a separate battery) among a plurality of batteries installed in the battery unit 150, [4] the battery unit 150 ) May mean one of a charging rate or a discharging depth of a specific battery pack (for example, a fixed pack or a separation pack) among a plurality of battery packs mounted in).
  • control unit sets the battery's “appropriate charge rate range” or vice versa, the "appropriate discharge rate range”, and the charge rate of the battery decreases below the lowest charge rate, or the discharge rate of the battery increases above the highest discharge rate.
  • the control unit can stop charging the battery when the charging rate of the battery exceeds the maximum charging rate or decreases below the maximum discharge rate.
  • a method of discharging or charging when the charging rate is about 30% to 80% may be more advantageous in extending battery performance.
  • the control unit may charge or discharge the battery more conservatively than the above range when the charging rate of the lithium-ion battery is about 40% to 70%, 50% to 60%, or the like.
  • the engine of the engine unit 110 may also increase in temperature while driving. However, as described above, since the control unit or the engine unit 110 can control the engine temperature using an existing air-cooled element or a water-cooled element, further description will be omitted.
  • the second embodiment of the second exemplary aspect of the present specification is an operation execution sequence when the temperature of the battery unit decreases while driving a hybrid vehicle and the temperature of the unit is lower than T D-Min or T C-Min, the sequence It is an example of the operating state of various units according to.
  • the control unit drives the power generation unit 120 to supply E GEN, H to the heating unit 130. Accordingly, the heating unit can start heating the unit 150.
  • the control unit of the first detailed example of the second embodiment may provide the heating unit 130 with E GEN, H , which is part of the E GEN, B provided by the power generation unit 120 to the battery unit 150. Accordingly, E GEN,B provided by the power generation unit 120 to the battery unit 150 is reduced by that amount. In this case, the amount of energy generated by the power generation unit 120 does not change significantly. Accordingly, the control unit may or may not operate the engine unit 110.
  • the control unit of the second detailed example of the second embodiment may increase the amount of power generated by operating the power generation unit 120.
  • the control unit allows the power generation unit 120 to additionally generate energy equal to E GEN, H, and then provides it to the heating unit 130, while the power generation unit 120 provides it to the battery unit 150.
  • E GEN,B can be maintained.
  • the control unit may operate the engine unit 110 to provide more mechanical energy to the power generation unit 120.
  • the control unit drives the heating unit 130.
  • the control unit drives the heating unit 130.
  • energy provided to the heating unit 130 may be reduced.
  • the control unit May continue to drive the heating unit 130.
  • the control unit may increase E GEN,H provided to the heating unit 130.
  • the control unit may increase the electric energy generated by the power generation unit 120, or the power generation unit 120 may be driven under the same conditions, but the energy provided to the battery unit 150 may be reduced.
  • the third embodiment of the second exemplary aspect of the present specification is when the temperature of the battery unit (i.e., T BU ) increases during the operation of the hybrid vehicle and approaches or increases the T D-Max or T C-Max of the unit.
  • the operation execution order of is an example of the operation state of the various units according to the order.
  • the control unit manipulates the power generation unit 120 to supply E GEN, C to the cooling unit 140 to start cooling.
  • the control unit of the first detailed example of the third embodiment is the power generation unit 120 to provide the cooling unit 140 with E GEN, C , which is part of the E GEN and B provided by the power generation unit 120 to the battery unit 150. Control. Accordingly, E GEN,B provided by the power generation unit 120 to the battery unit 150 decreases, but the amount of electric energy generated by the power generation unit 120 does not change significantly. Accordingly, the control unit may or may not operate the engine unit 110.
  • the control unit of the second detailed example of the third embodiment controls the power generation unit 120 to increase the amount of power generation.
  • the control unit allows the power generation unit 120 to additionally generate energy of E GEN, C , and provide it to the cooling unit 140, but the power generation unit 120 provides the battery unit 150 to the E GEN, B can be maintained. As a result, the total amount of energy generated by the power generation unit 120 may increase.
  • the control unit may manipulate the engine unit 110 to provide more mechanical energy to the power generation unit 120.
  • control unit of the first or second detailed example described above operates the cooling unit 140 and maintains it after T BU is lower than T D-Max or T C-Max , the control unit drives the cooling unit 140. Or, by controlling the engine unit 110 or the power generation unit 120, energy provided to the cooling unit 140 may be reduced.
  • the control unit 140 may be continuously driven or the E GEN-C provided to the cooling unit 140 may be increased.
  • the control unit may increase energy generated by the engine unit 110, or the engine unit 110 may be driven under the same conditions, but energy provided to the battery unit 150 may be reduced.
  • the fourth embodiment of the second exemplary aspect of the present specification is a structure of the vehicle and various units when the user turns off the ignition switch of the vehicle after completing the driving of the hybrid vehicle, the order of operation, and various This is an example of the operating state of the unit.
  • the control unit can stop all units of the vehicle simultaneously or sequentially. Even if the charging rate of the battery unit 150 after stopping the vehicle is lower than a specific value or the temperature of the battery unit is higher than a preset temperature, the control unit may stop the operation of the units when the user turns off the switch.
  • the fifth embodiment of the second exemplary aspect of the present specification is another example of the same state as the fourth embodiment. That is, even if the user turns off the switch, if the charging rate of the battery unit 150 is low, the control unit can continue to charge the battery. To this end, the control unit continues to operate the engine unit 110 and the power generation unit 120 after the switch is turned off, so that the charging rate of the battery unit 150, of a specific battery or of a specific battery pack is set by the user or the control unit. Charging can continue until the charging rate is reached. However, when T BU is out of the proper charging temperature range during charging, the control unit increases or decreases the temperature of the whole or part of the battery unit 150 by operating the heating unit 130 or the cooling unit 140 as described above. I can make it.
  • the preset charging rate in the above paragraph refers to the appropriate maximum charging rate, which is a value that is set in advance by the vehicle manufacturer or the battery manufacturer, automatically or in advance by the control device, or manually by the user.
  • the control unit may set or change a preset charging rate according to the schedule.
  • the various hybrid vehicles of the second exemplary aspect described above, and various units of the vehicle may be modified or improved into a structure different from the above, or may be driven or controlled in a different manner than the above.
  • the first embodiment of the modification or improvement of the second exemplary aspect is for discharging and charging control of the battery unit
  • the second embodiment is for a heating unit using radiant heat
  • the third embodiment is for one or more It relates to a battery unit including a tertiary battery. Since the description of this is the same as the first to third embodiments of the modification or improvement of the first exemplary aspect described above, further description will be omitted.
  • a fourth embodiment of the modification or improvement of the second exemplary aspect described above is a case in which the user turns off the ignition switch after driving the hybrid vehicle and then turns on the switch again after a predetermined time. At this time, if the temperature of the battery unit falls within the proper discharge temperature range, the control unit starts discharging the battery unit and the vehicle starts driving. However, if the temperature of the unit is out of the proper discharge temperature range, the control unit Different control methods can be used depending on the temperature, and this case will be described in the third and fourth exemplary aspects below.
  • control unit may control various units of the vehicle as in the second embodiment.
  • control unit may control various units of the vehicle as described in the third embodiment.
  • a third exemplary aspect of the present specification is a variety of control methods and operations when the user turns on the ignition switch when the temperature of the battery unit of the tandem hybrid vehicle in the stationary state is "low temperature” below the proper discharge (or charging) temperature range.
  • This is an example of the order of execution.
  • This exemplary aspect relates to the determination of whether to discharge or charge the battery unit at "low temperature", its control, the operating state of various units of the vehicle, the order or control of the operation execution, and the like.
  • discharge at low temperature refers to discharge at a temperature lower than the appropriate discharge temperature range, that is, lower than the lowest discharge temperature (T D-Min ).
  • discharge at a low temperature refers to charging at a temperature lower than the proper charging temperature range, that is, lower than the minimum charging temperature (T C-Min ).
  • the temperature of the unit when the control unit discharges the battery unit at a low temperature, the temperature of the unit may be lower than the minimum discharge temperature, but the temperature of the unit may be higher or lower than the minimum charging temperature. Likewise, if the control unit charges the battery unit at a low temperature, the temperature is lower than the minimum charging temperature, but may be higher or lower than the discharge temperature.
  • T D-Min and T C-Min are different depending on the type of battery, and the user or the control unit may set T D-Min or T C-Min differently for the same battery.
  • the battery manufacturer, the battery unit manufacturer, the vehicle manufacturer, the user or the control unit can adjust the life of the battery, battery pack or battery unit by setting T D-Min or T C-Min differently. , You can also adjust when the battery pack or battery unit needs to be replaced.
  • T D-Min-1 or T C-Min-1 in the new temperature range is a relatively high temperature compared to T D-Min-0 or T C-Min-0 in the existing appropriate discharge (or charging) temperature range. I can.
  • the battery unit discharges (or charges) at T D-Min-1 (or T C-Min-1 ) higher than T D-Min-0 (or T C-Min-0 ), and accordingly, the battery unit T D-Min-0 (or T C-Min-0 ) is relatively less irreversible than the case of discharging (or charging). Therefore, the user does not need to (relatively) replace the battery (or battery pack) frequently, and the cost of replacing the battery can be minimized.
  • the control unit sets a new appropriate discharging (or charging) temperature range, which is wider than that of the previous one, and discharging the battery unit at low temperature. (Or charging) can be allowed. That is, T D-Min-2 (or T C-Min-2 ) of the new temperature range may be a relatively lower temperature than T D-Min-0 (or T C-Min-0) of the existing temperature range.
  • the battery unit is discharged (or charged) at T D-Min-2 (or T C-Min-2 ) lower than T D-Min-0 (or T C-Min-0 ), and the battery unit is T Compared to the case of discharging (or charging) at D-Min-0 (or T C-Min-0 ), it may cause relatively severe irreversible damage. Thus, the user has to (relatively) replace the battery (or battery pack) more often, and the cost of replacing the battery can also increase.
  • the user when the user turns on the switch, if the temperature of the battery unit is lower than T D-Min-0 and T D-Min-2 , the user can set the temperature of the battery unit to T D-Min-0 (or T C-Min-0 ), T D-Min-2 (or T C-Min-2 ), which is relatively lower than T D-Min-2 (or T C-Min-2), and then can start discharging (or charging) the battery unit. That is, after turning on the ignition switch, the user can wait (relatively) shorter and then start driving the vehicle.
  • a battery manufacturer, a battery unit manufacturer, a control unit, a user, etc. may set an appropriate discharging (or charging) temperature range in consideration of convenience and irreversible damage to the battery unit. Accordingly, T D-Min or T C-Min is determined, and the control unit may control the battery unit 150, the heating unit 130, and the like in various ways based on the range and the temperature of the battery unit.
  • FIG. 4 shows the states of various units of the hybrid vehicle in a stopped state in which the ignition switch is turned off.
  • the vehicle control unit stopped discharging and charging the battery unit 150 and stopped driving the engine unit 110 and the power generation unit 120. Therefore, the motor unit 160 of the vehicle is not driven and the driving unit 170 is not driven.
  • the control device keeps the heating unit 130 or the cooling unit 140 of the vehicle in an off state.
  • the battery unit 150 supplies electric energy to the motor unit 160 and the motor unit 160 Supplies it to the drive unit 170, as a result of which the vehicle starts driving.
  • T BU is lower than the minimum discharge temperature T D-Min , the battery unit 150 may be irreversibly damaged, resulting in loss of capacity. Can be.
  • the control unit of the third exemplary aspect of the present specification may prevent or minimize irreversible damage and loss of battery capacity due to low-temperature discharge in various structures and in various ways.
  • FIG. 5] and [Fig. 6] exemplify various structures and various control methods of a control unit therefor.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the structure, operation sequence, and operating states of various units according to the above sequence of the first embodiment of the third exemplary aspect of the present specification.
  • T BU temperature of the battery unit 150
  • T D-Min when the control unit or the user turns on the ignition switch (that is, when starting the vehicle), the control unit is the battery unit 150 It corresponds to the structure and method of controlling the discharge of ).
  • the control unit When the control unit, the user turns on the switch of the vehicle in the stopped state, the control unit measures the temperature of the battery unit 150, a specific battery pack or a specific battery. When T BU is higher than T D-Min and lower than T D-Max , the control unit may start discharging the battery unit 150, and the vehicle may be ready to run and start driving.
  • the control unit can control the battery unit 150 to not discharge as shown in [Fig. 5]. Instead, the control unit drives the engine unit 110 to generate mechanical energy, drives the power generation unit 120, and provides the electric energy generated by the power generation unit 120 to the heating unit 130. As a result, the heating unit 130 starts preliminary heating of the battery unit 150 using the heat generating element. In this case, the control unit may not provide the electric energy to the battery unit 150.
  • the control unit While the heating unit 130 heats some or all of the battery unit 150, the control unit does not start discharging the battery unit 150. As a result, even when the user turns on the switch, the battery unit 150 does not start discharging, and the user cannot start driving the vehicle until the battery unit 150 is heated.
  • T BU increases to T D-Min (ie, when preheating is completed)
  • the control unit starts discharging the battery unit 150 and the vehicle can run.
  • the control unit may preheat the battery unit 150 by operating the heating unit 130 in various patterns.
  • the control unit includes the total number of batteries included in the battery unit 150, the arrangement of the batteries or mechanical or electrical connection characteristics, whether a separation pack is included, the number of separation packs, the number of fixed packs, the arrangement of the packs, the The unit 150 may be preheated in a different pattern depending on the mechanical or electrical connection characteristics of the packs.
  • the first detailed example of the first embodiment is a case in which all batteries are simultaneously discharged when the battery unit 150 including a plurality of batteries is discharged. At this time, if the heating unit 130 preliminarily heats only a part of the battery unit 150 and then starts discharging, the battery that has not been heated may be irreversibly damaged. Therefore, the heating unit 130 is manufactured and arranged to heat the entire battery unit 150, all batteries, or as many batteries as possible.
  • the control unit may prevent discharge of the battery unit 150 until T BU increases to T D-Min , and may also prevent driving of the motor unit 160. Therefore, the vehicle cannot be driven. As a result, even after turning on the switch, the user cannot start driving the vehicle until the preheating of the battery unit 150 is completed.
  • the control unit may cause irreversible damage to the battery, but before T BU reaches T D-Min or the specified temperature, the battery unit ( 150) can be started (ie "override").
  • the user may perform an override of forcibly starting discharging of the battery unit 150 by pressing the switch twice or pressing the override switch after turning on the switch.
  • the battery unit 150 of the second detailed example of the first embodiment is manufactured in the form of a single battery pack and includes a plurality of batteries, and has a structure in which the batteries mounted inside the battery pack are divided into a plurality of sets and mounted. .
  • Each battery set may include one or more batteries electrically connected in series, parallel, or a mixture thereof, and each battery set may also be electrically connected in series, parallel, or a mixture thereof.
  • all battery sets may be discharged at the same time, only one or more specific battery sets may be first discharged, or a plurality of battery sets may be sequentially discharged.
  • the control unit can manipulate whether certain battery sets are discharged or the order of discharge.
  • the control unit may preferentially heat a specific set using the heating unit 130, and when the temperature of the specific set reaches T D-Min , The control unit may control the battery unit 150 to start discharging the specific set.
  • the control unit will cause the battery set to cool before the temperature of the battery set reaches T D-Min, even if the specific battery set is irreversibly damaged. You can start discharging (for example, override).
  • a battery set heated before another battery set corresponds to the "separated battery”.
  • batteries other than the separate battery correspond to the "fixed battery”.
  • the battery unit 150 of the third detailed example of the first embodiment is manufactured in the form of a plurality of battery packs, and each battery pack may be manufactured in a structure including one or more batteries.
  • the battery packs may be electrically connected in series, parallel, or a mixture thereof, and batteries in each battery pack may be electrically connected in series, parallel, or a mixture thereof.
  • the battery unit 150 may include one or more “separation packs” that can be easily separated mechanically or electrically. Therefore, the user can easily mechanically and electrically separate only the separation pack from the unit 150 while leaving the remaining "fixed pack” of the battery unit 150.
  • the battery unit 150 may be manufactured so as not to mechanically or electrically affect the operation of the fixed pack even if the separation pack is separated from the unit 150. Accordingly, the control unit can discharge (or charge) the separation pack and the fixed pack simultaneously or sequentially.
  • control unit may discharge or charge the fixed pack normally even after separating the separation pack from the battery unit 150.
  • control unit can independently control the discharging or charging of the separation pack and the fixed pack, the control unit can discharge or charge the fixed pack even after separation of the separation pack.
  • the control unit may first preheat the separation pack using the heating unit 130. When the temperature of the separation pack reaches T D-Min , the control unit can start discharging the separation pack.
  • the control unit also causes the fixed pack of the battery unit 150 to discharge, or selectively starts discharging only the fixed pack whose temperature has reached a certain temperature, or the fixed pack does not discharge unless the temperature reaches a certain temperature. You can also control it to prevent it.
  • the user cannot start driving the vehicle until the preliminary heating of the separation pack of the battery unit 150 is finished even when the switch is turned on.
  • the control unit will operate the separation pack even before the temperature of the separation pack reaches T D-Min, even if the separation pack is irreversibly damaged. Discharge can be started (for example, overridden).
  • the vehicle when the energy discharged by the separation battery or separation pack of the battery unit 150 reaches a sufficient amount for the high-speed driving of the vehicle, the vehicle may drive normally. However, if the energy discharged by the separation battery or separation pack does not reach the amount required for normal driving, the vehicle can start driving at a low speed instead of driving normally. On the contrary, if the energy discharged by the separation battery or the separation pack does not reach an amount required for normal driving, the control unit may control the vehicle to stop driving.
  • control unit may sequentially discharge the fixed battery or fixed pack of the battery unit 150 that has been preheated by the heating unit 130 among the fixed batteries or fixed packs. Accordingly, the vehicle increases the speed from the low-speed driving, and can perform the medium-speed driving or the high-speed driving.
  • the cost of replacing a separation pack or a fixed pack is proportional to the number of batteries included in each pack. Accordingly, the battery unit manufacturer can manufacture the separation pack so that the separation pack includes a smaller number of batteries than the fixed pack. Therefore, while the fixed pack occupies most of the battery unit 150, the separation pack may correspond to a part of the battery unit 150.
  • the third detailed example of the various detailed examples of the present embodiment has an advantage that other detailed examples cannot provide, which is that the separation pack can be easily separated from the battery unit 150. That is, even if the temperature of the separation pack is lower than the appropriate temperature range, the control unit can start discharging the separation pack.
  • the user can easily replace the damaged separation pack from other separation packs in the future.
  • the number of batteries included in the separation pack is relatively small, the user can minimize the replacement cost of the damaged separation pack.
  • the control unit starts discharging the separation pack before the preheating ends, but it can prevent discharging of the fixed pack. Therefore, the structure of the third detailed example can efficiently maximize the capacity of the remaining battery (ie, fixed pack) of the battery unit 150.
  • the control unit utilizes a detachable pack that can be replaced at a relatively low cost as a replaceable consumable, while a fixed pack requiring a relatively high cost for replacement also provides an advantage of being able to efficiently protect from the damage.
  • the control unit of the third detailed example described above is the performance of some batteries (ie, a separate battery or a separation pack) of the battery unit 150. It is possible to allow the user to drive the vehicle while protecting the majority of the remaining batteries (i.e. fixed batteries or fixed packs) while lowering only.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the structure, operation sequence, and operation states of various units according to the above sequence of the second embodiment of the third exemplary aspect of the present specification.
  • the control unit when the user turns on the ignition switch (that is, when starting the vehicle) when the temperature (T BU ) of the battery unit 150 is lower than T D-Min , the control unit is the battery unit ( It corresponds to another structure and method of controlling the discharge of 150).
  • the control unit may provide part or all of the energy generated by the power generation unit 120 to the motor unit 160 instead of providing it to the battery unit 150. Accordingly, the user can drive the vehicle at low, medium, or high speed according to his or her own needs or according to the amount of energy provided by the power generation unit 120.
  • the control unit of the first detailed example of the second embodiment supplies E GEN-H to the heating unit 130 and the remaining E GEN-M to the motor unit 160 of the energy generated by the power generation unit 120.
  • the control unit may prevent the battery unit 150 from directly discharging, that is, the battery unit 150 may not provide energy to the motor unit 160.
  • the control unit prohibits discharging in which the battery unit 150 provides energy to the motor unit 160 during preheating, but may allow charging to receive energy from the power generation unit 120.
  • the control unit may prohibit charging and discharging of the battery unit 150 during preheating.
  • the second detailed example of the second embodiment is similar to the first detailed example, in which some of the energy generated by the power generation unit 120 by the control unit is directed to the heating unit 130 and the rest directly to the motor unit 160. As well as the supply box, although not shown in FIG. 6, the battery unit 150 may discharge and provide energy to the motor unit 160.
  • the control unit prohibits discharging of the fixed pack, thereby making the fixed pack irreversible. It can protect against damage.
  • the second embodiment may provide additional advantages to the user. That is, the control unit of the second embodiment provides an advantage that the user can drive the vehicle at the same time as turning on the ignition switch even at a low temperature where the temperature of the battery unit is lower than the proper discharge temperature.
  • the control unit of the first embodiment provides all the energy generated by the power generation unit 120 to the heating unit 130, Preliminary heating may be started, or the energy may be provided to the heating unit 130 and the battery unit 150 to start preliminary heating of the battery unit 150 and charging of the unit 150.
  • the control unit prohibits discharging of the battery unit 150, the vehicle cannot be driven.
  • the battery unit 150 starts discharging, the motor unit 160 is driven, and vehicle driving may start.
  • this may cause irreversible damage to some or all of the batteries of the battery unit 150. Therefore, the user who drives the vehicle at the same time as starting up is bound to pay the price of damage to the battery.
  • the control unit transfers all the energy generated by the power generation unit 120 to the motor unit 160.
  • vehicle driving may be started with the start of preliminary heating of the battery unit 150. Accordingly, the user can start running before the preheating of the battery unit 150 is completed or even before the preheating of part or all of the battery is completed.
  • the driving speed of the vehicle for example, low speed, medium speed, or high speed driving may be determined according to the capacity of the power generation unit 120.
  • control unit may discharge the separate battery or separation pack and provide additional energy to the motor unit 160. Therefore, while the user can turn on the ignition switch at a low temperature and drive the vehicle at medium or high speed, irreversible damage due to low temperature discharge can be limited to a separate battery or a separation pack.
  • the control unit drives the engine unit 110 and drives the power generation unit 120 to generate energy, This may be provided to the motor unit 160. Accordingly, the vehicle provides the advantage of being able to drive irrespective of the temperature of the battery unit 150 or by limiting irreversible damage to the unit 150 to a separate battery or a separation pack.
  • the third embodiment of the third exemplary aspect of the present specification is a structure related to the control of the heating unit after starting the vehicle when the temperature of the battery unit 150 of the vehicle is lower than T C-Min, the operation sequence, and the above sequence. It's about the back.
  • the control unit may control the battery unit 150 to discharge and supply the generated energy to the motor unit 160. Accordingly, the motor unit 160 drives the driving unit 170 and vehicle driving may be started. Once the battery unit 150 starts discharging, the control unit measures T BU and can drive the heating unit 130 until T BU is higher than T C-Min.
  • the control unit may stop driving the heating unit 130.
  • the control unit may start charging the unit 150 by providing energy or power generated by the power generation unit 120 to the battery unit 150 instead of the motor unit 160.
  • T BU does not fall within the proper charging temperature range (i.e., T BU is lower than T C-Min )
  • the control unit may not start charging the battery unit 150, and T BU reaches T C-Min . Until the heating unit 130 can be driven.
  • the control unit may provide some or all of the energy or power generated by the power generation unit 120 to the motor unit 160.
  • the control unit may provide energy generated by the power generation unit 120 to the motor unit 160. Accordingly, the motor unit 160 is driven at a higher speed, and as a result, the user can also drive the vehicle at a higher speed.
  • the fourth embodiment of the third exemplary aspect of the present specification is a schematic diagram of the operating state and sequence of various units of a hybrid vehicle, wherein the user or control when the temperature of the battery unit 150 of the vehicle is lower than T C-Min It relates to charging of the battery unit 150 in a state in which the unit starts to start the vehicle.
  • the control unit measures T BU.
  • T BU falls within the proper discharge temperature range
  • the control unit causes the battery unit 150 to start discharging and provides E BAT to the motor unit 160, and the motor unit 160 provides the E MOT to the drive unit.
  • E BAT the proper discharge temperature range
  • the control unit causes the battery unit 150 to start discharging and provides E BAT to the motor unit 160, and the motor unit 160 provides the E MOT to the drive unit.
  • Provides to 170 as a result of which the vehicle starts driving.
  • the control unit operates the engine unit 110 and the power generation unit 120 at the same time as driving the vehicle or after starting the driving to charge the battery unit 150. Can start. If T BU does not fall within the proper discharge temperature range and falls within the proper charging temperature range, the control unit prohibits the discharge of the battery unit 150 to prevent the vehicle from running, but the engine unit 110 and the power generation unit 120 By operating, charging of the battery unit 150 may be started.
  • T BU does not fall within the proper charging temperature range (regardless of the proper discharge temperature range) (i.e., T BU is lower than T C-Min )
  • the control unit operates the heating unit 130 or the cooling unit 140. Accordingly , after increasing or decreasing T BU to within an appropriate charging temperature range, charging of the battery unit 150 may be started.
  • control unit When the control unit starts charging the battery unit 150, charging of the unit 150 may be terminated at the various charging end points described above. However, as described above, the control unit stops charging when the charging rate of the battery unit 150 is about 50%, 60%, 70% or 80%, or the discharge rate or discharge depth of the unit 150 is 20%, By stopping charging when it is about 30%, 40%, or 50%, irreversible damage to the battery unit 150 can be minimized.
  • control unit determines whether to charge the battery unit 150 by comparing T BU and the appropriate charging temperature range as described above, or determines whether to charge based on the charging rate of the battery unit 150 regardless of T BU. I can.
  • Various vehicles, battery units, control units, heating units, cooling units, and the like of the above-described third exemplary aspect may be modified or improved in a structure different from the above, or may be driven or controlled in a manner different from the above.
  • the first embodiment of the modification or improvement of the third exemplary aspect is for discharging and charging control of the battery unit
  • the second embodiment is for the use of a heating unit using radiant heat
  • the third embodiment is one It relates to a battery unit including the above tertiary battery.
  • this is the same as the first to third embodiments of the modification or improvement of the first exemplary aspect, further description will be omitted.
  • a fourth embodiment of the modification or improvement of the third exemplary aspect described above relates to a structure and method in which the control unit informs the user of the states of various units of the vehicle in various ways.
  • control unit may inform the user of an estimated period required for preheating, a preheating completion time, a possible driving speed when starting driving before the preheating is completed, a battery charging rate, and the like using one or more instrument panels. If the battery unit includes a separate battery or separation pack, the control unit also includes the estimated period or estimated time required for preheating of the separated battery or separation pack, the possible driving speed at the start of driving before the preheating is completed, the charging rate, etc. I can tell.
  • control unit may notify the user of the charge rate or discharge depth of the separation pack or the fixed pack, battery capacity, and the degree of loss of battery capacity of the separation pack.
  • control unit may notify the user to replace the separation pack when the degree of loss of the battery capacity of the separation pack (or fixed pack) exceeds a certain degree.
  • a fourth exemplary aspect of the present specification is a variety of control methods when the user turns on the vehicle switch when the temperature of the battery unit of the tandem hybrid vehicle is "high temperature” higher than the proper discharge (or charging) temperature range.
  • This is an example of the order of execution and operation.
  • this exemplary aspect relates to whether the battery unit is charged or discharged at the "high temperature", various operating states of the engine unit, power generation unit, battery unit, heating unit, etc. of the vehicle, and the order of execution of the operation.
  • discharge at a high temperature means a discharge at a temperature higher than an appropriate discharge temperature range, that is, higher than the maximum discharge temperature (T D-Max ).
  • discharge at high temperature means charging at a temperature higher than the proper charging temperature range, that is, higher than the maximum charging temperature (T C-Max ).
  • the control unit when the control unit discharges the battery unit at a high temperature, the temperature of the unit is higher than the maximum discharge temperature, but the temperature of the unit may be higher or lower than the maximum charging temperature.
  • the control unit charges the battery unit at a high temperature, the temperature of the unit is lower than the maximum charging temperature, but the temperature of the unit may be higher or lower than the maximum discharge temperature.
  • T D-Max and T C-Max are different according to the battery type, and the user or the control unit may set T D-Max or T C-Max differently for the same battery.
  • the battery manufacturer, battery unit manufacturer, vehicle manufacturer, user or control unit can adjust the life of the battery, battery pack, or battery unit by setting T D-Max or T C-Max differently. , You can also adjust when the battery pack or battery unit needs to be replaced.
  • T D-Max-1 (or T C-Max-1 ) of the new temperature range may be relatively lower than T D-Max-0 (or T C-Max-0) of the existing temperature range.
  • the battery unit is discharged (or charged) at T D-Max-1 (or T C-Max-1 ) lower than T D-Max-0 (or T C-Max-0), and thus the unit It suffers relatively less irreversible damage than discharging (or charging) at T D-Max-0 (or T C-Max-0 ). Therefore, the user does not need to (relatively) frequently replace the battery (or battery pack), thereby minimizing the cost of replacing the battery.
  • the control unit will set a new appropriate discharge (or charging) temperature range compared to the existing appropriate discharge (or charging) temperature range.
  • the wide setting can allow high-temperature discharge (or charging) of the battery unit. That is, T D-Max-2 (or T C-Max-2 ) of the new temperature range may be a relatively higher temperature than T D-Min-0 (or T C-Min-0) of the existing temperature range.
  • the battery unit is discharged (or charged) at T D-Max-2 (or T C-Max-2 ) higher than T D-Max-0 (or T C-Max-0), and the unit is T Compared to the case of discharging (or charging) at D-Max-0 (or T C-Max-0), irreversible damage is relatively severe. Thus, the user has to (relatively) replace the battery (or battery pack) more often, which may increase the cost of replacing the battery.
  • the user can set the temperature of the battery unit to T D-Max-0 (or T C-Max-0). ), which is relatively higher than T D-Max-2 (or T C-Max-2 ), and then you can start discharging (or charging) the battery unit. That is, the user can wait (relatively) shorter after turning on the vehicle's ignition switch and then start driving the vehicle.
  • a battery manufacturer, a battery unit manufacturer, a control unit, a user, etc. may set an appropriate discharging (or charging) temperature range in consideration of user convenience and irreversible damage to the battery unit.
  • T D-Max or T C-Max is determined, and the control unit may control the battery unit 150 and the heating unit 130 in various ways based on the range or temperature of the battery unit.
  • FIG. 4 shows the states of various units of the vehicle in a stopped state in which the ignition switch is turned off.
  • the control unit has stopped driving the motor unit 160 and the driving unit 170, and may keep the heating unit 130 and the cooling unit 140 turned off.
  • the battery unit 150 starts discharging and provides electric energy to the motor unit 160, and the motor unit 160 is the driving unit 170 ), the vehicle can start driving.
  • T BU at the time of turning on the switch is higher than the appropriate discharge temperature range (ie, T D-Max ), the battery unit 150 starts discharging and is irreversibly damaged, and battery capacity may also be lost.
  • the control unit of the fourth exemplary aspect of the present specification may prevent or minimize the damage or loss through various structures or various methods.
  • FIG. 7] and [Fig. 8] exemplify various structures and various control methods of a control unit therefor.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the structure of the first embodiment of the fourth exemplary aspect of the present specification, the order of operation, and the operation states of various units according to the order.
  • the control unit or the user turns on the ignition switch (that is, when starting the vehicle)
  • the temperature (T BU ) of the battery unit 150 is higher than T D-Max
  • the control unit is It corresponds to the structure and method of controlling the discharge of the unit 150.
  • the control unit When the control unit or the user switches on the vehicle in a stationary state, the control unit measures T BU. If T BU is lower than T D-Max and higher than T D-Min , the control unit can start discharging the battery unit 150, and accordingly, the vehicle finishes preparing to drive and starts driving.
  • the control unit can control the battery unit 150 so as not to discharge as shown in FIG. 7.
  • the control unit drives the engine unit 110 to generate mechanical energy, and drives the power generation unit 120 to provide the generated electrical energy to the cooling unit 140.
  • the cooling unit 140 may start preliminary cooling of the battery unit 150 using a cooling element. In this case, the control unit may not provide the electric energy to the battery unit 150.
  • the control unit While the cooling unit 140 cools some or all of the battery unit 150, the control unit does not start discharging the battery unit 150, and as a result, the battery unit 150 discharges even after the user turns on the switch. Does not start. Therefore, the user cannot start driving the vehicle until the battery unit 150 is cooled. Thereafter, when T BU decreases to T D-Ma (ie, when preliminary cooling is completed), the control unit starts discharging the battery unit 150 and the vehicle can start driving.
  • the control unit may pre-cool the battery unit 150 by operating the cooling unit 140 in various patterns. That is, the control unit includes the total number of batteries included in the battery unit 150, the arrangement of the batteries or mechanical or electrical connection characteristics, whether a separation pack is included, the total number of separation packs, the total number of fixed packs, the arrangement of the packs, The battery unit 150 may be pre-cooled in a different pattern according to mechanical or electrical connection characteristics of the packs.
  • the first detailed example of the first embodiment is a case in which all batteries are simultaneously discharged when the battery unit 150 including a plurality of batteries is discharged. At this time, if the cooling unit 140 pre-cools only a part of the battery unit 150 and starts discharging, a battery that has not been cooled may be irreversibly damaged. Therefore, the cooling unit 140 is manufactured and arranged to cool the entire battery unit, all batteries, or as many batteries as possible.
  • the control unit can prevent the discharge of the battery unit 150 until T BU decreases to T D-Max , and thus can also prevent the motor unit 160 from being driven. Therefore, the vehicle cannot be driven. As a result, even if the user turns on the switch, the vehicle cannot start driving until the preliminary cooling of the battery unit 150 is completed.
  • the control unit will follow the above-mentioned before T BU decreases to T D-Max or to the specific temperature, although irreversible damage may be inflicted to the battery. Likewise, discharging of the battery unit 150 may be started (ie, “override”).
  • the battery unit 150 of the second detailed example of the first embodiment is manufactured in the form of a single battery pack and includes a plurality of batteries, as in the second detailed example of the first embodiment of the third exemplary aspect, and is mounted inside the pack.
  • the battery is divided into a plurality of sets and has a structure to be mounted. Therefore, using a method similar to the preheating and control method of the second detailed example of the first embodiment of the third exemplary aspect, the control unit may pre-cool or control a plurality of battery sets of the battery unit 150 of the present detailed example. .
  • the control unit can override as described above.
  • a battery set that is cooled before another battery set corresponds to the "separated battery”.
  • batteries other than the separate battery correspond to the "fixed battery”.
  • the battery unit 150 of the third detailed example of the first embodiment is manufactured in the form of a plurality of battery packs similar to the third detailed example of the first embodiment of the third exemplary aspect and is mounted on the unit 150 Have. Therefore, by using a method similar to the preheating and control method of the third detailed example of the first embodiment of the third exemplary aspect, the control unit can pre-cool or control the plurality of battery packs of the battery unit 150 of this detailed example. have.
  • the vehicle cannot be driven until the preliminary cooling of the specific battery pack (ie, the separation pack) of the battery unit 150 is finished.
  • the control unit can override as described above.
  • the vehicle when the energy discharged by the separation battery or separation pack of the battery unit 150 reaches a sufficient amount even for the high-speed driving of the vehicle, the vehicle may drive normally. However, if the energy discharged by the separation battery or separation pack does not reach the amount required for normal driving, the vehicle may start driving at a low speed instead of driving normally. On the contrary, if the energy discharged by the separation battery or the separation pack does not reach an amount required for normal driving, the control unit may control the vehicle to stop driving.
  • control unit may control to sequentially discharge the fixed batteries of the battery unit 150 or the fixed batteries or fixed packs that have been preliminarily cooled by the cooling unit 140 among the fixed packs. Accordingly, the vehicle increases the speed from the low-speed driving, and can perform the medium-speed driving or the high-speed driving.
  • the third detailed example of the various detailed examples of the first embodiment of the fourth exemplary aspect has an advantage that other detailed examples cannot provide. The point is that it can be easily separated from the unit 150. In addition, while the fixed pack occupies most of the battery unit 150, the separation pack corresponds to a part of the battery unit 150.
  • the control unit starts discharging the separation pack before the preliminary cooling ends, but can prevent discharging of the fixed pack. Accordingly, while the control unit utilizes the separation pack as a replaceable consumable, the fixed packs, which may require high cost for replacement, can be efficiently and easily protected from irreversible damage.
  • the advantage that the third detailed example of the present embodiment can provide to the user is similar to the advantage that the third detailed example of the first embodiment of the third exemplary aspect provides to the user, and thus further description will be omitted.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the structure, operation sequence, and operation states of various units according to the above sequence of the second embodiment of the fourth exemplary aspect of the present specification.
  • the control unit or the user turns on the ignition switch (that is, when starting the vehicle)
  • the temperature (T BU ) of the battery unit 150 is higher than T D-Max
  • the control unit is It corresponds to another structure and method of controlling the discharge of 150.
  • the control unit may provide part or all of the energy generated by the power generation unit 120 to the motor unit 160 instead of the battery unit 150. Accordingly, the user may drive the vehicle at low, medium, or high speed according to his or her own needs or according to the amount of energy provided by the power generation unit 120.
  • E GEN-C of the energy generated by the power generation unit 120 is supplied to the cooling unit 140, and the remaining E GEN-M is directly supplied to the motor unit 160. Do it.
  • the control unit may control the battery unit 150 to prevent direct discharge.
  • the control unit prohibits discharging in which the battery unit 150 provides energy to the motor unit 160 during preliminary cooling, but may allow charging to receive energy from the power generation unit 120. Alternatively, the control unit may prohibit charging and discharging of the battery unit 150 during preliminary cooling.
  • control unit supplies some of the energy generated by the power generation unit 120 to the cooling unit 140 and the rest directly to the motor unit 160
  • the battery unit 150 may discharge and provide energy to the motor unit 160.
  • the control unit can protect the fixed pack from damage.
  • the second embodiment provides additional advantages to the user. That is, the control unit of the second embodiment provides an advantage that the user can drive the vehicle while turning on the switch even at a high temperature where the temperature of the battery unit is higher than the proper discharge temperature.
  • the control unit of the first embodiment provides the energy generated by the power generation unit 120 to the cooling unit 140 and Preliminary cooling may be started, or energy may be provided to the cooling unit 140 and the battery unit 150 to start preliminary cooling of the battery unit 150 and charging of the unit 150.
  • the control unit prohibits discharging of the battery unit 150, the vehicle cannot be driven.
  • the battery unit 150 starts discharging and the motor unit 160 is driven, so that the vehicle can start driving.
  • this may damage some or all of the batteries of the battery unit 150. Therefore, the user who drives the vehicle at the same time as turning on the engine pays the price of damage to the battery.
  • the control unit when the user turns on the ignition switch when T BU is higher than T D-Max , the control unit generates all the energy generated by the power generation unit 120 to the motor unit 160. Can only be provided. Alternatively, the control unit may provide the energy to the cooling unit 140 and the motor unit 160 so that the user starts driving the vehicle with the start of preliminary cooling of the battery unit 150. Accordingly, the user can start driving the vehicle before the preliminary cooling of the battery unit 150 is finished or even before the preliminary cooling of some or all of the battery is finished. However, in this case, the driving speed of the vehicle (for example, low speed, medium speed, or high speed driving) may be determined based on the capacity of the power generation unit 120.
  • control unit may discharge a separate battery or a separation pack and provide additional energy to the motor unit 160. Accordingly, the user can drive the vehicle at medium or high speed immediately after turning on the switch at a high temperature, while irreversible damage due to high temperature discharge can be limited to a separate battery or a separation pack.
  • the control unit drives the engine unit 110 and drives the power generation unit 120 to generate energy.
  • It may be provided to the motor unit 160. Accordingly, the vehicle provides an advantage of being able to drive irrespective of the temperature of the battery unit 150 or by limiting irreversible damage to the unit 150 to a separate battery or a separation pack.
  • the third embodiment of the fourth exemplary aspect of the present specification is a structure related to the control of the cooling unit after starting the vehicle starting when the temperature of the battery unit 150 of the vehicle is higher than T C-Max, the operation sequence, and the above sequence. It's about the back.
  • the control unit When the temperature of the battery unit 150 decreases to T D-Max , the control unit causes the battery unit 150 to discharge and supply energy to the motor unit 160.
  • the motor unit 160 drives the driving unit 170, and the vehicle can start driving.
  • the control unit measures T BU and can drive the cooling unit 140 until T BU is lower than T C-Max.
  • the control unit may stop driving the cooling unit 140.
  • the control unit may start charging the battery unit 150 by providing energy generated by the power generation unit 120 to the battery unit 150 instead of the motor unit 160.
  • T BU is out of the proper charging temperature range (i.e., T BU is higher than T C-Max )
  • the control unit does not start charging the battery unit 150, until T BU reaches T C-Max.
  • the cooling unit 140 can be driven.
  • the control unit may provide some or all of the energy generated by the power generation unit 120 to the motor unit 160.
  • the control unit may provide energy generated by the power generation unit 120 to the motor unit 160. Accordingly, the motor unit 160 is driven at a higher speed, and as a result, the user can also drive the vehicle at a higher speed.
  • the fourth embodiment of the fourth exemplary aspect of the present specification is a schematic diagram of the operation state and sequence of various units of the vehicle, in which the user or the control unit starts starting the vehicle when T BU is higher than T C-Max. It is for the charging of the battery unit 150 in.
  • the control unit when the user turns on the switch, the control unit measures T BU , and when T BU falls within the proper discharge temperature range, the control unit starts discharging the battery unit 150 and provides E BAT to the motor unit 160. And, the motor unit 160 provides the E MOT to the drive unit 170, as a result of which the vehicle starts driving.
  • the control unit operates the engine unit 110 and the power generation unit 120 at the same time as driving the vehicle or after starting the driving to charge the battery unit 150. Can start.
  • the control unit prohibits the discharge of the battery unit 150 and prevents the vehicle from running, but the engine unit 110 and the power generation unit 120 are By operating, charging of the battery unit 150 may be started.
  • T BU Regardless of the appropriate discharge temperature T BU does not belong to the proper charging temperature range (i. E. T BU is higher than the T C-Max), the control unit will activate the heating unit 130 and cooling unit 140 to the T BU After increasing or decreasing within an appropriate charging temperature range, the battery unit 150 may be charged. Once the control unit starts charging the battery unit 150, the charging of the unit 150 may be terminated at the various charging end points described above.
  • control unit may determine whether to charge the battery unit 150 by comparing the T BU and the appropriate charging temperature range, or determine whether to charge based on the charging rate of the battery unit 150 regardless of T BU. have.
  • Various vehicles, battery units, control units, heating units, cooling units of the vehicle, and the like of the fourth exemplary aspect described above may be modified or improved to have a structure different from the above, or may be driven or controlled in a manner different from the above.
  • the first embodiment of the modification or improvement of the fourth exemplary aspect relates to discharge control and charge control of the battery unit
  • the second embodiment relates to a battery unit including one or more tertiary batteries.
  • the description of the two embodiments described above is the same as or similar to the description of the first exemplary aspect and the third exemplary aspect, and thus further description will be omitted.
  • a third embodiment of the modification or improvement of the fourth exemplary aspect described above relates to a structure and method in which the control unit informs the user of the states of various units of the vehicle in various ways.
  • control unit may notify the user of an estimated period required for preliminary cooling, a completion time of preliminary cooling, a possible driving speed when starting driving before the preliminary cooling is completed, a battery charging rate, and the like using one or more instrument panels.
  • the control unit provides the estimated duration or time required for pre-cooling of the detachable battery or detachable pack, the possible driving speed at the start of driving before the pre-cooling is completed, the charging rate, etc. Can inform.
  • control unit may notify the user of the charge rate of the separation pack or the fixed pack, the depth of discharge, the battery capacity of the separation pack or the fixed pack, and the degree of loss of the battery capacity of the separation pack.
  • control unit may notify the user to replace the separation pack when the degree of loss of the battery capacity of the separation pack (or fixed pack) exceeds a certain degree.
  • a fifth exemplary aspect of the present specification is an example of various structures and methods for controlling driving of a hybrid vehicle as well as discharging and charging of the unit based on the temperature T BU of the battery unit.
  • this exemplary aspect relates to various structures and methods for controlling the driving of a vehicle according to T BU and an appropriate discharge (or charging) temperature of the unit, as well as control of a heating unit and a cooling unit related thereto.
  • the appropriate discharge temperature range and the appropriate charging temperature range of the battery unit of the vehicle overlap each other, but the maximum discharge temperature (T D-Max ) is the maximum charging temperature (T C- It is higher than Max ), and the minimum discharge temperature (T D-Min ) is higher than the minimum charging temperature (T C-Min ).
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an appropriate discharge temperature range and an appropriate charging temperature range of such a battery unit.
  • the control unit can control the driving of the hybrid vehicle differently according to the five sections shown in [Fig. 9], that is, (A1), (A2), (A3), (A4) and (A5).
  • Interval (A1) is the interval where T BU is lower than T C-Min (thus T D-Min ). Therefore, if the battery unit is discharged or charged in the above section, the battery may be irreversibly damaged. Therefore, the control unit preheats the battery in section (A1) and starts charging after the temperature of the battery unit increases to section (A2), or starts discharging after the temperature increases to section (A3). Irreversible damage can be minimized.
  • T BU is higher than T C-Min but lower than T D-Min. Therefore, in the above section, it is possible to charge the battery unit while minimizing damage. However, if the battery unit is discharged, it may cause irreversible damage due to low temperature. Accordingly, the control unit preheats the battery unit and starts discharging after the T BU increases from section (A2) to (A3), thereby minimizing irreversible damage to the battery unit.
  • Section (A3) is a section where T BU is between T D-Min and T C-Max . Therefore, in the above section, the battery unit can be discharged and charged with minimal damage. That is, section A3 corresponds to the temperature range in which the hybrid vehicle can run while discharging and charging.
  • T BU is higher than T C-Max but lower than T D-Max. Therefore, the battery unit in section (A4) suffers only minimal damage and can be discharged, but during charging, it suffers irreversible damage due to high-temperature charging. Accordingly, the control unit pre-cools the battery unit in the section A4 and starts charging after the temperature of the battery unit decreases to the section A3, thereby minimizing irreversible damage to the battery unit.
  • Section (A5) is the case where T BU is higher than T D-Max (thus T C-Max).
  • T BU is higher than T D-Max (thus T C-Max).
  • the control unit pre-cools the battery and starts discharging after T BU decreases to section (A4), or starts charging after the temperature decreases from section (A5) to section (A3), thereby making the battery unit irreversible. Damage can be minimized.
  • the control unit of the first embodiment may control discharging (or charging) of the engine unit, the power generation unit, and the battery unit, driving of the motor unit, and the like in various ways.
  • the user may run the vehicle immediately after turning on the switch, or may wait without driving during the preheating or precooling period of the battery unit.
  • the user can drive the vehicle only at a low speed, or at a low or medium speed, or at a low, medium or high speed.
  • the control unit in the section A1 may control the driving of the vehicle in various ways. For example, in the case of the first detailed example of control in section A1, when the user turns on the switch, the control unit starts the preheating of the battery unit by activating the heating unit. The control unit can inhibit the discharging of the battery unit until T BU increases to section A3. Therefore, even after turning on the ignition switch, the user can wait until T BU is heated to section A3 and then start driving.
  • the above control method has a disadvantage in that driving is possible only after a certain period of time has passed after the user turns on the switch.
  • the above-described control method provides the advantage of minimizing irreversible damage to the battery unit by preventing discharging (or charging) at a temperature lower than the proper discharging (or charging) temperature range, and optimizing the life of the battery unit.
  • control unit when the user turns on the switch, the control unit can start discharging the battery unit irrespective of T BU. Therefore, the user can start driving immediately after turning on the ignition switch.
  • the battery unit discharges in section A1 and suffers irreversible damage.
  • the control unit may discharge all or part of the battery unit (eg, a separate battery or a separation pack).
  • the control unit when the control unit discharges the entire battery unit, the user can drive the vehicle at high speed. However, if the control unit discharges only part of the battery unit, the user can drive the vehicle at medium or low speed.
  • the battery unit is irreversibly damaged according to the discharge in the section A1.
  • the control unit discharges the separation battery or separation pack, thereby protecting the fixed battery or fixed pack from the damage and allowing the user to drive the vehicle.
  • the user can drive the vehicle in proportion to the energy that can be generated by the separation battery or separation pack.
  • the control unit of this second specific example can start preheating of the battery unit by operating the heating unit at the same time as the battery unit is discharged.
  • the control unit may operate the heating unit immediately before or immediately after the battery unit starts discharging.
  • control unit may stop driving the heating unit and finish preheating.
  • control unit can start discharging or charging the battery unit.
  • control unit drives the engine unit to drive the power generation unit, and then can directly provide the electric energy generated by the power generation unit to the motor unit. have. Therefore, the user can start driving the vehicle immediately after turning on the switch even in the section (A1) where T BU does not fall within the proper discharge temperature range.
  • control unit can prohibit the discharging of the battery unit until T BU reaches section (A3). Therefore, in the case of this specific example, the speed of the vehicle is determined by the amount of energy that the power generation unit can generate.
  • the control unit of this third detailed example drives the power generation unit to generate energy, and at the same time provides some to the motor unit to start driving the vehicle, while providing the rest to the heating unit to start preliminary heating of the battery unit. .
  • the control unit may start the heating unit immediately after the vehicle starts to run. Once T BU reaches section A3, the control unit can stop driving the heating unit and finish preheating.
  • control unit can execute both the second and third detailed examples described above. Accordingly, the control unit provides the electric energy generated by the power generation unit and the energy discharged and provided by the battery unit to the motor unit, and the user can drive the vehicle at low, medium or high speed.
  • Other details of this detailed example are the same as those of the second and third detailed examples described above, and thus further description will be omitted.
  • the control unit in section A5 can control the driving of the vehicle in various ways.
  • the control of the control unit in the section (A5) is similar to the control in the section (A1), but the control in the section (A5) is the control of the section (A1) while T BU is at a higher temperature than the appropriate discharge (or charging) temperature range.
  • T BU is at a lower temperature than the proper discharge (or charging) temperature range
  • the section (A5) starts from a temperature higher than T D-Max
  • the section (A1) starts from a temperature lower than T C-Min.
  • control unit of the section A5 drives the cooling unit instead of the heating unit and manipulates the temperature of the battery unit, thereby controlling discharging or charging of the battery unit, as well as controlling the driving of the vehicle. Except for the above differences, since the control of the control unit in the section A5 is the same as or similar to the control of the control unit in the section A1, a detailed description will be omitted.
  • the control unit for section A2 and section A3 can also control the driving of the vehicle in various ways. However, in section (A2), T BU falls within the proper charging temperature range, while section (A3) is when T BU falls within the appropriate discharge temperature range. Except for this point, since the control in the section A2 and the section A3 is similar or the same as the control in the section A1 or A5, a detailed description thereof will be omitted.
  • the control unit of the first embodiment may control charging of the battery unit in various ways. For example, the control unit may start charging the battery unit when the user turns on the switch. In contrast, the control unit can start charging the battery unit only after the preheating or precooling of the battery unit is completed and T BU falls within the proper charging temperature range.
  • the control unit can only charge the detachable battery or detachable pack. Accordingly, the control unit may selectively limit irreversible damage caused by low-temperature charging or low-temperature discharge to the separate battery or separation pack. As described above, since various control methods related to charging of the battery unit are similar or identical to the various control methods related to the discharging, further description will be omitted.
  • the appropriate discharge temperature range and the appropriate charging temperature range of the battery unit of the vehicle overlap each other, but the maximum discharge temperature (T D-Max ) is the maximum charging temperature (T C- Max ), and the minimum discharge temperature (T D-Min ) is also lower than the minimum charging temperature (T C-Min ).
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an appropriate discharge temperature range and an appropriate charging temperature range of the battery unit.
  • the control unit can control the driving of the hybrid vehicle differently according to the five sections shown in [Fig. 10], that is, (B1), (B2), (B3), (B4), (B5), and the like.
  • Interval (B1) is when T BU is lower than T D-Min (thus T C-Min ). That is, if an attempt is made to discharge or charge the battery unit in section B1, the battery is irreversibly damaged. Therefore, the control unit preheats the battery in section (B1) and starts discharging after the temperature of the battery unit increases to section (B2), or starts charging after the temperature of the battery unit increases to section (B3). Can minimize irreversible damage.
  • T BU is higher than T D-Min but lower than T C-Min.
  • the battery unit can be discharged with minimal damage, but during charging, it is irreversibly damaged due to low-temperature charging. Accordingly, the control unit preheats the battery unit in the section B2 and starts charging after the temperature of the battery unit increases to the section B3, thereby minimizing irreversible damage to the battery unit.
  • Section (B3) is a case where T BU is between T C-Min and T D-Max .
  • the battery unit suffers minimal damage and both discharging and charging are possible.
  • section B3 corresponds to a temperature range in which the hybrid vehicle can drive while discharging and charging.
  • Section (B4) is when T BU is higher than T D-Max and lower than T C-Max. That is, in section B4, the battery unit can be charged with minimal damage, but when discharging, it is irreversibly damaged by high-temperature discharge. Accordingly, the control unit pre-cools the battery unit in the section B4 and starts discharging after the temperature of the battery unit decreases to the section B3, thereby minimizing irreversible damage to the battery unit.
  • Section (B5) is when T BU is higher than T D-Max and T C-Max. That is, when attempting to discharge and charge the battery unit in section B5, the battery is irreversibly damaged. Accordingly, the control unit pre-cools the battery in section (B5) and starts charging after the temperature of the battery unit decreases to section (B4), or by starting discharging after the temperature decreases to section (B3), Irreversible damage can be minimized.
  • the control unit of the second embodiment can also control the discharge of the engine unit, the power generation unit, the battery unit, and the driving of the motor unit in various ways. Accordingly, the user may run the vehicle immediately after turning on the switch, or may not be able to drive the vehicle during the preheating of the battery unit in the section B1 or during the precooling period of the sections B4 and B5. In addition, according to the control, the user can drive the vehicle only at low speed, low speed and medium speed, or at low speed, medium speed and high speed.
  • control unit may provide electric energy generated by driving the engine unit and the power generation unit to the motor unit when the user turns on the switch regardless of the T BU to drive the vehicle. If necessary, the control unit can make the vehicle run while discharging all or part of the battery unit, a separate battery or a separation pack, even if the T BU does not fall within the proper discharge temperature range.
  • the appropriate discharge (or charging) temperature range of the second embodiment is similar to that of the first embodiment, but T D-Min and T D-Max of the second embodiment are T C-Min and T C-Max, respectively.
  • T D-Min and T D-Max of the first embodiment are higher than T C-Min and T C-Max, respectively.
  • the control method of the control unit of the second embodiment is similar or the same as the control method of the control unit of the first embodiment. Therefore, detailed descriptions of various control methods of the control unit of the second embodiment will be omitted.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an appropriate discharge temperature range and an appropriate charging temperature range of the battery unit.
  • the control unit can control the driving of the vehicle differently according to the five sections shown in [Fig. 11], that is, (C1), (C2), (C3), (C4) and (C5).
  • Section (C1) is a case where T BU is lower than T D-Min and T C-Min , and the features of this section are similar to those of section (B1). Accordingly, the control unit of the section C1 may control various units of the vehicle in the same or similar method as the control method in the section B1 and control the vehicle driving.
  • T BU is higher than T D-Min but lower than T C-Min. Therefore, the characteristic of section (C2) is similar to that of section (B2), and the control unit of section (C2) is the same or similar to the control method in section (B2). Can be controlled.
  • Section (C3) has the same characteristics as section (A3) and section (B3). Accordingly, the control unit may control various units of the vehicle and driving of the vehicle in the same or similar method as the control method of the section (A3) or (B3).
  • T BU is higher than T C-Max but lower than T D-Max. Therefore, the characteristics of the section are similar or identical to those of the section (A4). Accordingly, the control unit in the section C4 can control various units of the vehicle in the same or similar method as the control method in the section A4, and can also control the driving of the vehicle.
  • Section (C5) is a case where T BU is higher than T D-Max and T C-Max , and the features of this section are similar to those of section (A5). Accordingly, the control unit of the section C5 can control various units of the vehicle in the same or similar method as the control method of the section A5 and control the driving of the vehicle.
  • the appropriate discharge and appropriate charging temperature ranges of the battery unit of the vehicle overlap each other, but the maximum discharge temperature (T D-Max ) is the maximum charging temperature (T C-Max). ), and the minimum charging temperature (T C-Min ) is lower than the minimum discharge temperature (T D-Min ).
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an appropriate discharge and charge temperature range of such a battery unit.
  • the control unit can control the driving of the vehicle differently according to the five sections shown in [Fig. 12], that is, (D1), (D2), (D3), (D4) and (D5).
  • Section (D1) is a case where T BU is lower than T C-Min and T D-Min , and the features of the section are similar to those of section (A1). Accordingly, the control unit in the section D1 can control various units of the vehicle in the same or similar method as the control method in the section A1, and can also control the driving of the vehicle.
  • T BU is higher than T C-Min but lower than T D-Min. Therefore, the features of the section (D2) are similar or the same as the features of the section (A2). Accordingly, the control unit in the section D2 can control various units of the vehicle in the same or similar method as the control method in the section A2, and can also control the driving of the vehicle.
  • Section (D3) has the same characteristics as sections (A3), (B3) and (C3). Accordingly, the control unit of the section D3 may control various units of the vehicle and control the vehicle driving in the same or similar method as the control method of the section A3, B3, or C3.
  • T BU is higher than T D-Max , but lower than T C-Max. Therefore, the characteristic of the section (D4) is similar or the same as the characteristic of the section (B4). Accordingly, the control unit in the section D4 can control various units of the vehicle in the same or similar method as the control method in the section B4, and can also control the driving of the vehicle.
  • Section D5 is a case where T BU is higher than T C-Max and T D-Max , and the features of the section are similar to those of section B5. Accordingly, the control unit in the section D5 can control various units of the vehicle in the same or similar method as the control method in the section B5, and can also control the driving of the vehicle.
  • Various hybrid vehicles, battery units, control units, heating units, cooling units, and the like of the fifth exemplary aspect may be modified or improved in a structure different from the above, or may be driven or controlled in a manner different from the above.
  • the first embodiment of the modification or improvement of the fifth exemplary aspect relates to discharge control, charge control, etc. of the battery unit
  • the second embodiment relates to the use of a heating unit using a radiation phenomenon
  • the third embodiment is It relates to a battery unit including one or more tertiary cells. Since the description thereof is the same as the description of the first to fourth exemplary aspects described above, further description will be omitted.
  • control unit selectively uses a separation battery or a separation pack based on characteristics of an appropriate discharge temperature range and an appropriate charging temperature range of the battery included in the battery unit.
  • the present invention relates to a structure and method capable of allowing a user to easily drive a vehicle while limiting the damage that the battery unit may suffer to a separate battery or a separation pack.
  • control unit can discharge and charge the battery unit with minimal irreversible damage to the battery unit in sections (A3), (B3), (C3) and (D3). Accordingly, the vehicle can charge the battery unit using the power generation unit while driving. Thus, as long as the fuel in the engine unit is not exhausted, the vehicle can travel infinite distances.
  • the battery unit is discharged and only suffers minimal damage when the vehicle is driven.
  • the control unit drives the cooling unit in sections (A4) and (C4) to lower the temperature of the battery unit, or in sections (B2) and (C2) by driving the heating unit to increase the temperature of the battery unit, thereby preventing damage. It is minimized and the battery unit can be charged.
  • the battery unit can be charged with minimal damage, but can be damaged if discharged. Therefore, the control unit stops driving the vehicle in the section even if the user turns on the ignition switch, and then drives the cooling unit in sections (B4) and (D4) to lower the temperature of the battery unit, or after sections (A2) and (D2). ), you can start discharging after the temperature of the battery unit rises by driving the heating unit.
  • the temperature of the battery unit in the intervals (A1), (B1), (C1) and (D1) is lower than the appropriate discharge (and charging) temperature range, and in the intervals (A5), (B5), (C5) and (D5).
  • the temperature of the battery unit is higher than the proper discharge (and charging) temperature range.
  • the control unit can operate the heating unit or the cooling unit to increase or decrease the temperature of the battery unit, and then cause the battery unit to charge or discharge with minimal damage.
  • control unit may start discharging the detachable battery or detachable pack when the user turns on the switch, even if the temperature of the battery unit does not fall within the appropriate temperature range. Accordingly, the user can drive the vehicle immediately after starting, regardless of the temperature of the battery unit, and at the same time, damage to the battery unit may be limited to the detachable battery or the detachable pack.
  • control unit is a heating unit, a cooling unit, or two units based on various characteristics of the various sections as well as the charge rate, discharge depth, and damage degree of the separate battery or separation pack. It operates both and can minimize damage to the battery unit when discharging or charging.
  • control unit may control the separation pack and the fixed pack according to the temperature characteristics rather than the battery characteristics included in the separation pack. Accordingly, the control unit may control the driving of the vehicle as well as the discharging (or charging) of the pack according to the appropriate discharging (or charging) temperature range of the separation pack or the fixed pack.
  • control unit may control the separation pack and the fixed pack in consideration of temperature characteristics and discharge depth (ie, discharge rate) of the separation pack.
  • control unit considers only the temperature characteristics and may control the discharging (or charging) of the pack as well as the driving of the vehicle.
  • a sixth exemplary aspect of the present specification relates to various mechanical or electrical structures of a plurality of batteries mounted inside of a battery unit.
  • the battery unit includes a plurality of batteries, and includes one or more electrical connection elements for electrically connecting the batteries in series, parallel or a mixture thereof.
  • the battery unit may also have one or more cases to protect the batteries and electrical connection elements from the outside.
  • the first embodiment of the sixth exemplary aspect of the present specification relates to a "all-in-one battery unit” in which a plurality of batteries and electrical connection elements connecting them are integrally mounted inside a case.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a structure of an exemplary "integrated battery unit", wherein the battery unit 150 includes a plurality of batteries 151 and one or more electrical connection elements 152 electrically connecting them, and a plurality of The battery 151 and the electrical connection element 152 are mounted inside a single case 153 (indicated by a dotted line for convenience of description).
  • the battery unit 150 has a structure in which batteries of the same or different types are arranged in a horizontal or vertical direction and then connected with electrical connection elements.
  • the battery unit 150 of FIG. 13 11 identical batteries are arranged in a horizontal direction in a row in a lateral direction, and the rows are stacked in a total of 4 layers in a vertical direction, and then they are stacked in series, parallel, or It is electrically connected in a hybrid type.
  • a battery unit manufacturer may arrange a plurality of batteries 151 in a specific number of rows or columns according to a specific arrangement and number. If necessary, the manufacturer may arrange the batteries arranged in a row of fives in the form of a specific number of layers in a vertical direction or at a certain angle.
  • the manufacturer may connect the batteries 151 with an electrical connection element 152 and connect them 151 with a mechanical connection element. Thereafter, the manufacturer mounts a plurality of electrically connected batteries inside the case 153, but the case 153 may be manufactured in a single layer or multiple layers.
  • the battery unit manufacturer may install a plurality of electrical connection elements 152 or mechanical connection elements inside the battery unit 150 and then install a plurality of batteries inside the unit 150. Therefore, the battery 151 is arranged in a specific arrangement, number, layer, etc. inside the case 153.
  • the manufacturer seals the case 153.
  • the battery 151 and the electrical connection element 152 inside the case 153 can be protected from the outside.
  • the battery unit manufacturer may install one or more openable and closed covers on the outside of the case 153.
  • the battery unit 150 illustrated in FIG. 13 does not include a cover.
  • the battery unit manufacturer manufactures the battery 151 to be electrically firmly connected to the electrical connection element 152 in spite of a mechanical shock from the outside.
  • a battery unit manufacturer does not manufacture a user to easily separate a specific battery from the unit 150, but rather manufactures the battery unit as the integral type. In this specification, such a battery unit will be referred to as an "integrated battery unit".
  • the battery unit manufacturer manufactures the electrical connection element so that the electrical connection element is electrically connected to the battery and at the same time, the connection is not damaged even when a certain amount of external force is applied. Therefore, in general, electrical connection elements also play a role as mechanical connection elements to some extent.
  • the term "mechanical connection element” is not involved in the electrical connection between the battery and the battery unit, and after the battery is mounted in a specific position inside the battery unit according to a specific structure or arrangement, mechanical Refers to the element that provides the force. Therefore, when the battery is mounted and the battery unit starts discharging or charging, it is assumed that electricity flows through the electrical connection element, but no electricity flows through the mechanical connection element.
  • the integrated battery unit can arrange a plurality of batteries in a structure different from that of [Fig. 13].
  • the battery unit is stacked so that the same or different number of batteries are arranged for each layer, or one or more empty spaces are formed between the batteries in a horizontal or vertical direction, or adjacent batteries in a horizontal or vertical direction can contact each other.
  • a predetermined space may be formed between adjacent batteries.
  • the integrated battery unit may arrange a plurality of batteries in a plurality of rows and columns on one or more layers, and in this case, the number of rows in the vertical direction may be larger (or less) than the number of batteries included in each layer.
  • the above structure is relative, and even if the battery unit manufacturer manufactures a battery unit that is wider than its height, the vehicle manufacturer rotates it by 90° so that it can be used as a battery unit that is higher than the width.
  • the manufacturer of the battery unit may determine the type and number of batteries appropriate thereto, and determine how to electrically or mechanically connect the number of batteries. Accordingly, the battery manufacturer can arrange the batteries in a horizontal or vertical direction, and electrically (or mechanically) connect the batteries using a plurality of electrical connection elements (mechanical connection elements if necessary).
  • the shape of the battery unit may be different depending on the size or shape of the space inside the vehicle in which the unit is to be mounted.
  • a battery unit manufacturer can manufacture a battery unit having a height higher than the width by arranging 10 units of 240 batteries in a horizontal direction and stacking them at a height of 24 layers.
  • a manufacturer may manufacture a battery unit with a width wider than the height by arranging 48 batteries in a horizontal direction in the form of 8x6 and stacking them at a height of 5 layers.
  • the battery unit manufacturer can manufacture battery units of various shapes or sizes according to user requirements or vehicle requirements. Accordingly, the battery unit of the present specification may have various shapes or sizes as long as it can be mounted in a specific position of various hybrid vehicles of the present specification.
  • vehicle manufacturers can mount the integrated battery unit in a hybrid vehicle in various directions.
  • a vehicle manufacturer may mount the integrated battery unit so that the top of the integrated battery unit faces up, down, sideways, or at a certain angle.
  • the upper part of the integrated battery unit referred to by the battery unit manufacturer may be the same as or different from the upper part of the battery unit referred to by the vehicle manufacturer.
  • the integrated battery unit 150 is one or more heat generating elements that heat or cool the entire unit 150, one or more batteries mounted on the unit 150, or one or more battery packs.
  • B cooling elements may be included in various positions of the unit 150 according to various arrangements.
  • the element when a heat generating (or cooling) element heats (or cools) the battery through a heat transfer phenomenon, the element may be installed to contact the battery or close to the battery.
  • the heat generating (or cooling) element heats (or cools) the battery due to convection, it is not necessary to install the element in contact with the battery or close to the battery.
  • the elements provide or absorb sufficient energy, they can be mounted anywhere inside or outside the battery unit.
  • the battery unit 150 may install a heat generating (or cooling) element between the batteries 151 by separating the batteries 151 at a predetermined distance.
  • the distance may be determined according to the size of the battery, the size of the element, and the amount of energy that the element can transfer (or absorb).
  • heating (or cooling) efficiency due to convection may be increased.
  • the integrated battery unit 150 may include one or more heat transfer elements at various locations inside or outside, and the elements may be disposed in various spaces described above.
  • the heat transfer element since the heat transfer element must transfer the heat generated by the heat generating element to the battery or transfer heat from the overheated battery to the cooling element, the heat transfer element is in contact with or close to the battery to be heated or cooled as much as possible. Can be placed. As long as the heat transfer element transfers or absorbs sufficient energy, the element can be mounted anywhere inside or outside the battery unit.
  • the user can drive or use the integrated battery unit in various ways.
  • the user may discharge or charge the battery unit 150 while driving the vehicle of the present specification in various ways.
  • the control unit may inform the user of the damage by providing the signal to the user and inform the user to replace the battery unit 150.
  • the control unit When the control unit notifies the replacement of the battery unit 150, the user approaches the battery unit 150 while the vehicle is stopped, and then separates and isolates the entire battery unit 150 from the vehicle. After that, the user mounts the new battery unit in the place where the battery unit 150 was mounted, and completes the battery unit replacement operation.
  • the integrated battery unit includes all elements related to the battery therein. Accordingly, an integrated battery unit manufacturer can manufacture the unit relatively easily, and a user can also easily use and replace the battery unit.
  • the problem with the all-in-one battery unit is the replacement cost.
  • the all-in-one battery unit provides the advantage that it is convenient to manufacture, use, and replace, but the disadvantage that all the batteries of the unit suffer irreversible damage due to discharging (or charging) at low or high temperatures outside the appropriate temperature range. There is this.
  • the replacement of the battery unit corresponds to replacement of the entire rechargeable power source of the vehicle, it can be very expensive.
  • the cost of a battery unit of a hybrid motorcycle using a lithium-ion battery may correspond to 1/3 to 1/2 of the total cost of the motorcycle.
  • the user may try to replace the damaged battery with a new battery after selectively removing the damaged battery from the damaged integrated battery unit 150.
  • the user in order for the user to separate the specific battery 151 from the integrated battery unit 150, the user must open the cover of the case 153. However, if a cover is not installed on the case 153, it is almost impossible for a user to separate a specific battery from the unit 150 unless the case 153 is damaged.
  • the battery unit 150 may not operate as a whole when the battery is disconnected and remounted and the electrical connection is damaged.
  • the hybrid vehicle of the present specification uses a battery unit that can be discharged immediately when the ignition switch is turned on, providing the user with the convenience of starting and driving the vehicle immediately, as well as minimizing the replacement cost of the battery unit, thereby reducing the user's economic burden.
  • the embodiments described below are various embodiments capable of minimizing the convenience of driving a vehicle immediately after turning on the ignition switch and minimizing the cost of replacing a damaged battery.
  • the battery unit of the second embodiment of the sixth exemplary aspect of the present specification mounts a plurality of batteries and electrical connection elements inside the case, but some of the batteries can be relatively easily separated from the battery unit compared to the rest. It is the case where it is arranged so that it is possible.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of the structure of this "partially separated battery unit", and for convenience of explanation, only the upper part of the case of the battery unit is indicated by hatching.
  • the battery unit 150 of [Fig. 14] includes a plurality of batteries 151R and 151S, and a plurality of electrical connection elements 152R and 152S.
  • the electrical connection elements are mounted inside a single case 153 indicated by a dotted line.
  • the "partially separated battery unit 150" of the second embodiment includes one or more easily detachable batteries 151R (hereinafter referred to as “separated batteries”) and a plurality of remaining batteries ( 151S) (hereinafter referred to as “fixed battery”).
  • some of the separated battery units 150 may include a larger number of fixed batteries 151S than the separated battery 151R.
  • the ratio of the separated battery 151R and the fixed battery 151S is 1:30, 1:25, 1:20, 1:15, 1:10, 1:8, 1:6, 1:5, 1: It may be 3, 1:2, etc.
  • the unit 150 may include more or the same number of separate batteries 151R than the fixed battery 151S.
  • the "partial separated battery unit 150" illustrated in FIG. 14 includes a total of 44 batteries, 7 of which are indicated by hatching are separated batteries 151R, and the remaining 37 are fixed batteries 151S.
  • the battery unit 150 includes a case 153 to which one or more covers 153T that can be opened or closed are attached, and a separate battery 151R is disposed under the cover 153T.
  • the detachable battery 151R of the unit 150 is electrically connected by a detachable electrical connection element 152R, while the fixed battery 151S is electrically connected by a fixed electrical connection element 152S.
  • the detachable electrical connection element 152R may be electrically connected to or isolated from the fixed electrical connection element 152S.
  • the detachable electrical connection element 152R can be easily moved or deformed by only applying a relatively small force or a small number of operations compared to the fixed electrical connection element 152S, or can be easily separated from the case 153. It is made so that it is.
  • the fixed electrical connection element 152S may be moved or deformed only through applying a relatively strong force or a greater number of manipulations, or may be manufactured to be fixed to the case 153.
  • the user can relatively easily separate the detachable battery 151R connected by the detachable electrical connection element 152R from the detachable electric connection element 152R compared to the fixed battery 151S connected by the fixed electrical connection element 152S. have.
  • the user can easily remove it to the outside of the battery unit 150.
  • relatively easy separation means separation by a relatively small number of manipulations, separation by releasing a relatively small number of electrical or mechanical bonding, and relatively small number of the case 153 for separation. It refers to one or more of possible separation after breakage, or possible separation by applying relatively little force.
  • the battery unit manufacturer may install the detachable electrical connection element 152R so that it is fixed and attached to the inside of the battery unit 150. Therefore, even after the user separates the separate battery 151R from the battery unit 150, the detachable electrical connection element 152R remains in the battery unit 150.
  • the manufacturer provides a detachable electrical connection element 152R so that when the detachable battery 151R is detached from the battery unit 150, all or part of the detachable electrical connection element 152R connected to the battery 151R is also detached. You can also make it.
  • the user separates the separation battery 151R and the connection element 152R connected thereto to the outside of the battery unit 150 together. Thereafter, the user separates the detachable connection element 152R from the detachable battery 151R, disposes of the battery, connects a new battery to the connection element 152R, and then mounts them to the battery unit 150. I can.
  • the user may connect new batteries to the new electrical connection elements and then mount them to the battery unit 150.
  • the case 153 may include one or more covers 153T that can be opened and closed on one or more surfaces.
  • the battery unit 150 of FIG. 14 includes a pair of covers 153T at the top, and the cover 153T is manufactured so that the user can easily access the inside of the battery unit 150 when it is opened. do.
  • the detachable battery 151R may be mounted near the cover 153T. Accordingly, when the cover is opened, it may be arranged so that the user can relatively easily check the separated battery 151R or take it out of the case 153.
  • the cover 153T may be installed on the upper surface, side or lower surface of the case 153, and is connected from the upper side to the side, the side to the lower side, or from one side to the other. It can be manufactured in a form that is connected to each other.
  • the cover 153T can be manufactured in various sizes or shapes, and as long as the user can easily isolate the detachable battery 151R to the outside of the case 153, the size, shape, opening and closing direction, or mounting position, etc. are important. I can't.
  • the user can drive some of the separated battery units illustrated in [Fig. 14] in various ways.
  • the control unit can also control some of the separated battery units of [Fig. 14] in various ways.
  • the battery unit starts discharging (charging) and the vehicle wants to start driving.
  • the temperature of the battery unit is lower or higher than the proper discharging (or charging) temperature, the battery unit starting discharging (or charging) is irreversibly damaged.
  • the control unit of the vehicle including some separated battery units starts discharging only the separated battery, and the vehicle can start driving. Accordingly, irreversible damage caused by discharge at low or high temperatures is limited to the separate battery, and since the fixed battery does not discharge at low or high temperatures, damage can be avoided.
  • the control unit may operate the engine unit and the power generation unit at the same time as the separation battery is discharged, before or after, to provide the electric energy generated by the power generation unit to the motor unit.
  • the control unit activates the heating (or cooling) unit and increases (or decreases) the temperature of the battery unit.
  • the control unit can start discharging the fixed battery.
  • the control unit can also stop discharging the separate battery at the same time, immediately before or immediately after this. As the control unit stops discharging (or charging) the fixed battery until the T BU reaches an appropriate range, the fixed battery can minimize the damage.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 명세서는 전기를 이용하여 주행하는 하이브리드 차량에 전기를 공급하는 배터리 유닛, 상기 유닛의 구조 및 제어 방법 등에 관한 것이다. 특히 본 명세서는 배터리 유닛에 포함된 배터리의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 밖의 온도에서의 방전(또는 충전)이 초래하는 비가역적 손상을 최소화하는 배터리 유닛의 다양한 구조와 제어 방법에 관한 것이다. 일예로 배터리 유닛은 상기 온도 범위 밖의 고온 또는 저온에서는 다수의 배터리 중 일부인 분리 배터리 또는 분리팩만을 선택적으로 방전시킴으로써, 분리 배터리 또는 분리팩이 비가역적 손상을 입도록 하지만, 다수의 나머지 배터리가 필요 이상의 비가역적 손상을 입지 않도록 보호할 수 있다. 따라서 추후 손상이 누적된 배터리를 교체하더라도, 사용자가 전체 배터리 유닛을 교체하는 대신 분리 배터리만 교체하도록 하여, 배터리 교체 비용을 최소화할 수 있고, 배터리 유닛 전체의 효율을 최대화할 수 있다. 또한 본 명세서는 다수의 전기 기기가 연결된 마이크로 그리드에 전기를 공급하는 상술의 배터리 유닛, 상기 배터리 유닛의 구조, 제어 방법 등에 관한 것이다.

Description

하이브리드 차량 및 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 제어 및 방법
본 명세서는 재충전이 가능한 배터리의 에너지를 구동 에너지로 이용하는 하이브리드 차량의 배터리 유닛의 제어를 담당하는 다양한 제어 유닛 및 제어 방법에 관한 것이다. 또한 본 명세서는 마이크로 그리드의 다양한 에너지 소스가 생성하는 에너지를 저장하는 배터리 유닛의 제어를 담당하는 다양한 제어 유닛 및 제어 방법에 관한 것이다. 특히 본 명세서의 다양한 제어 유닛은 다양한 가열 유닛, 냉각 유닛 등을 이용하여 배터리 유닛의 온도를 증가 또는 감소시키며 배터리 유닛이 방전(또는 충전)하도록 하여, 적정 온도 범위를 벗어난 저온 또는 고온에서의 방전(또는 충전)에 의한 배터리 유닛의 비가역적 손상을 최소화할 수 있는 다양한 배터리 유닛과 제어 유닛 및 이와 관련된 제어 방법을 예시한다.
이와 같이 배터리 유닛을 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 내에서 방전(또는 충전)함으로써, 제어 유닛은 적정 온도 범위를 벗어난 저온이나 고온에서의 방전이나 충전에 의해 배터리 유닛에 가해지는 비가역적 손상을 방지 또는 최소화할 수 있고, 이에 따른 배터리 유닛의 용량 상실을 최소화할 수도 있다. 따라서 본 명세서의 다양한 제어 유닛과 제어 방법에 의하여 사용자는 차량이나 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 수명을 연장할 수 있으며, 값비싼 배터리 유닛의 교체 시기를 연장할 수 있게 된다.
또한 본 명세서는 일부 배터리가 분리나 교체가 용이하도록 장착된 다양한 배터리 유닛, 이를 사용하고 제어하는 다양한 방법에 관한 것이다. 일예로 다수의 배터리를 기계적 또한 전기적으로 분리가 용이한 분리 배터리(또는 분리팩), 상대적으로 분리가 용이하지 않은 고정 배터리(또는 고정팩) 등으로 구분하여 배터리 유닛에 장착한 후, 적정 온도 범위 밖의 저온이나 고온에서의 방전이나 충전은 분리 배터리(또는 분리팩)가 선택적으로 전담하도록 할 수 있다.
따라서 배터리 유닛을 고온이나 저온에서 방전이나 충전하더라도, 제어 유닛은 분리 배터리나 분리팩만 상기 비가역적 손상을 입도록 하는 반면 고정 배터리나 고정팩의 상기 손상은 최소화할 수 있다. 또한 사용자가 추후 손상된 배터리나 배터리 팩을 교환할 때, 다수의 고정 배터리나 고정팩은 그대로 배터리 유닛에 남겨둔 채, 소수의 분리 배터리나 분리팩만 교체할 수 있으므로, 용량이 손실된 배터리 교체 비용도 절감할 수 있다.
기존의 차량은 주로 내연기관을 이용하여 화석 연료를 연소할 때 생성되는 열에너지를 기계적 에너지로 변환시키고, 상기 에너지를 이용하여 구동축을 회전시키며 주행한다. 내연기관 차량은 100여년 이상 인류의 주요 운송수단으로 사용되어 왔다. 하지만 내연기관은 화석 연료를 이용하며 기계적 에너지를 생성하며 다양한 공해물질을 배출함은 물론, 온실 가스(CO2) 등도 배출한다. 따라서 내연기관 차량은 최근 지구 온난화의 주범으로 지목 받고 있다.
따라서 전기로 작동하는 전기 모터를 이용하여 구동하는 다양한 전기 차량이 개발되어 왔으며, 다양한 전기 차량이 현재 시판 중이다. 하지만 전기 차량을 용이하게 충전할 수 있는 충전소 네트워크 구축에 상당한 비용이 소요되는 반면, 충전에 소모되는 시간도 상당히 긴 편이다. 따라서 전기 차량이 내연기관 차량을 대체하기에는 아직 상당한 기간이 소요될 것으로 예측된다.
다양한 전기 차량의 개발과 함께, 전기 모터와 내연기관을 함께 사용하는 다양한 하이브리드 차량도 개발되어 왔다. 내연기관 형태의 엔진과 충전 가능한 배터리를 사용하는 하이브리드 차량은 병렬형 및 직렬형 하이브리드 차량으로 구분된다. 일반적으로 병렬형 하이브리드 차량은 엔진이나 배터리 또는 둘을 함께 이용하여 차량을 구동할 수 있다. 반면 직렬형 하이브리드 차량은 배터리만으로 차량을 구동하며, 내연기관은 배터리를 충전하기 위하여 가동한다는 특징이 있다.
병렬형 또는 직렬형 하이브리드 차량이건, 재충전이 가능한 배터리는 하이브리드 차량의 핵심 요소이다. 물론 충전 가능한 고성능 배터리들이 지속적으로 개발되나, 이들의 가격은 아직도 비싼 편이다. 특히 요즈음 사용되는 리튬-이온 배터리는 고성능으로서 하이브리드 차량을 구동할 충분한 에너지를 제공할 수 있지만, 리튬-이온 배터리 팩의 가격이 하이브리드 차량의 가격의 절반이나 그 이상을 차지할 수도 있다. 따라서 전기 차량은 물론 하이브리드 차량의 보급 시 배터리의 가격, 배터리의 내구성, 배터리 손상에 따르는 교체 기간 및 교체 가격 등이 중요한 변수가 될 수밖에 없다.
대부분 배터리는 방전이나 충전 시 배터리 성능에 (최소한의) 영향만 미치는 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 가진다. 따라서 적정 온도 범위 밖의 저온이나 고온의 외부 온도에서 배터리를 방전 또는 충전하거나, 장기간의 구동에 따라 배터리 온도가 적정 온도 범위를 벗어나 고온이 되면, 하이브리드 차량의 방전(또는 충전)으로 배터리가 비가역적 손상을 입을 수 있다. 그 결과 배터리가 충전할 수 있는 에너지의 양이 점차적으로 감소(즉 용량 손실)하며, 손상된 배터리의 교체에 막대한 비용이 들 수 있다.
물론 사용자는 차량의 배터리 유닛의 온도가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위에 속하도록 배터리 유닛을 가열 또는 냉각한 후, 상기 차량의 시동을 켤 수 있다. 하지만 대부분의 사용자는 시동을 켜는 즉시 주행을 원하며, 따라서 배터리 유닛의 가열이나 냉각을 기다리기 전 차량을 주행할 수도 있다.
따라서 직렬형, 심지어 병렬형 하이브리드 차량의 사용자는 가능한 한 신속하고 효율적으로 배터리 유닛의 온도가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위에 속하도록 배터리 유닛을 가열하거나 냉각할 수 있는 제어 유닛을 필요로 한다. 또는 사용자는 배터리 유닛의 온도가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 밖의 저온이나 고온에서 부득이 차량을 주행하며 배터리 유닛을 방전(또는 충전)해도, 상기 유닛에 가해지는 비가역적 손상을 최소화하는 하이브리드 차량을 원한다. 또 사용자는 비가역적 손상이 누적된 배터리를 교체하더라도, 그 비용을 최소화하고, 교체 시기도 연장할 수 있는 하이브리드 차량을 필요로 한다.
"마이크로 그리드"는 일반적으로 소규모 지역, 다건물군 또는 단독 건물이 전기 에너지를 자급자족할 수 있는 소규모 독립형 전력망을 의미한다. 일예로 마이크로 그리드는 특정 지역, 다수의 건물군 또는 단독 건물에 장착된 태양광 발전 장치, 태양열 발전 장치, 풍력 발전 장치, 지열 발전 장치, 조력 발전 장치 등의 다양한 에너지 소스를 이용하여 생성한 전기 에너지를 저장할 수 있는 배터리 유닛을 포함한다. 따라서 배터리 유닛은 마이크로 그리드의 핵심 요소라고 간주할 수 있다.
마이크로 그리드의 배터리 유닛 역시 재충전이 가능한 다수의 배터리를 포함한다. 충전 가능한 고성능 배터리들이 지속적으로 개발되고 있지만, 이들의 가격은 아직 비싼 편이다. 특히 요즈음 널리 사용되는 리튬-이온 배터리는 고성능으로서 마이크로 그리드의 전력망에 충분한 전기 에너지를 공급할 수 있지만, 리튬-이온 배터리의 가격은 무시하지 못할 정도이다. 따라서 마이크로 그리드 구축 시 배터리의 가격, 배터리의 내구성, 배터리 손상에 따르는 교체 기간 및 교체 가격 등이 중요한 변수가 될 수밖에 없다.
따라서 마이크로 그리드로 에너지를 자급자족하는 사용자는 배터리 유닛의 스위치를 켜는 순간 신속히 방전할 수 있는 배터리 유닛을 원한다. 하지만 사용자가 스위치를 켤 때 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 온도 범위 밖의 저온 또는 고온이면, 사용자는 배터리 유닛이 신속히 방전을 시작하더라도, 상기 유닛에 포함된 배터리들이 가능한 한 비가역적 손상을 적게 입기를 바라고, 이에 따라 추후 손상된 배터리를 교체해야 하는 기간이 연장되기를 바라며, 그 결과 배터리 교체 비용도 절감하기를 바란다.
대부분 사용자는 자신의 차량이 항상 주행할 수 있는 상태에 있기를 바란다. 그 이유는 차량은 이동을 위한 도구인 바, 이동에는 이유가 있고, 이동에는 시간이 소요되며, 사용자가 늦게 이동을 시작하면 이동의 목적을 달성하기 어려울 수 있기 때문이다. 이 외에도 사용자는 자신이 예측할 수 없는 상황이 닥쳤을 때, 빨리 현 위치를 벗어나거나 또는 빠르게 다른 위치로 이동하기를 원할 수 있기 때문이다.
많은 내연기관 차량은 이러한 사용자의 요구를 쉽게 만족할 수 있다. 물론 저온에서 시동 스위치를 켠 후 주행을 시작하면 엔진이나 트랜스미션이 손상을 입을 수 있다. 하지만 엔진 예열 없이 주행을 시작해도 단시간에 내연기관 차량의 부품이 비가역적 손상을 입음으로써 차량의 주행에 문제가 발생하는 경우는 드물다.
또 많은 사용자는 자신이 사용하는 마이크로 그리드가 자신이 원할 때마다 원하는 양의 전기 에너지를 공급할 수 있기를 바란다. 그 이유는 사용자는 다양한 목적으로 다양한 전기 기구를 사용하며, 상기 기구를 사용하려면 전기 에너지가 필수이기 때문이다.
이러한 이유로 과거에도 사용자는 다양한 종류의 소형 발전기를 사용하여 왔으며, 상기 발전기는 기본적으로 화석 연료를 연소하여 발생하는 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 기존의 엔진 및 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기를 포함하였다. 이와 같은 기존 발전기의 단점은 사용자가 전기 에너지를 사용하는 한 엔진을 계속 가동해야 한다는 점이다.
충전이 가능한 배터리(즉 2차 전지)를 사용하면, 상술의 내연기관의 문제점을 해결할 수 있다. 따라서 최근에는 배터리를 사용하는 전기 차량은 물론 배터리에 전기 에너지를 저장하고 활용하는 마이크로 그리드 기술이 개발되고 있다.
하지만 충전이 가능한 배터리(즉 2차전지)는 종류에 따라 상이한 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 가진다. 따라서 배터리를 상기 온도 범위보다 낮은 저온이나 높은 고온에서 방전(또는 충전)하면, 배터리는 음극, 양극, 전해질 또는 기타 부분에 비가역적 손상을 입을 수 있다.
일단 배터리에 비가역적 손상이 가해지면, 배터리의 용량이 심각하게 감소되며, 이는 배터리 용량 손실로 이어진다. 일단 배터리 유닛의 용량이 손실되면, 배터리 유닛에 포함된 배터리의 원활한 방전(또는 충전)이 어려워질 수 있다. 또한 다수의 배터리 중 일부만 손상을 입더라도, 손상된 배터리는 방전(또는 충전) 도중 비정상적으로 가열되거나, 배터리 유닛 전체의 방전(또는 충전)에 영향을 줄 수 있다. 그 결과 사용자는 막대한 비용을 지불하며 배터리 유닛 전체를 교체해야 할 수도 있다.
상기 문제점은 배터리 유닛을 가열하거나 냉각하여 배터리 유닛의 온도를 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 이내로 증가시키거나 감소시킨 후, 배터리 유닛의 방전(또는 충전)을 개시함으로써 쉽게 해결할 수도 있다. 하지만 상술과 같이 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 범위에 속하지 않는 저온 또는 고온에서도, 사용자는 가능한 한 빨리 차량을 주행해야만 하는 경우가 자주 발생하며, 이에 따라 배터리 유닛은 비가역적 손상을 입을 수밖에 없다.
본 명세서는 충전 가능한 배터리가 방전하는 전기를 구동 에너지로 이용하는 직렬형 하이브리드 차량의 배터리 유닛의 제어를 담당하는 다양한 제어 유닛과 상기 제어 유닛을 이용한 다양한 제어 방법에 관한 것이다. 또 본 명세서는 마이크로 그리드의 다양한 에너지 소스가 생성하는 에너지를 저장하는 배터리 유닛의 제어를 담당하는 다양한 제어 유닛과 제어 방법에 관한 것이다. 특히 제어 유닛은 다양한 가열 유닛 또는 다양한 냉각 유닛을 이용하여 배터리 유닛을 가열 또는 냉각시킴으로써 상기 유닛이 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 이내에서 방전(또는 충전)하도록 할 수 있다. 이에 따라 제어 유닛은 상기 배터리 유닛이 입을 수 있는 비가역적 손상을 방지하거나 최소화할 수 있다.
또한 본 명세서는 상기 배터리가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 밖의 저온이나 고온에서 방전(또는 충전)해도, 방전(또는 충전)에 의해 초래되는 비가역적 손상을 배터리 유닛의 전부가 아닌 일부에만 국한시킬 수 있는 배터리 유닛, 상기 유닛의 구동 및 제어 방법 등에 관한 것이다. 특히 제어 유닛은 배터리 유닛을 분리 배터리(또는 분리팩)과 고정 배터리(또는 고정팩)으로 분리하여 제어함으로써, 저온 또는 고온 방전(또는 충전)시 배터리 유닛에 가해지는 비가역적 손상을 특정 배터리(일예로 분리 배터리 또는 분리팩)에 국한시킬 수 있다. 배터리 유닛 제조사 또는 사용자는 분리 배터리와 고정 배터리의 수효나 종류 또는 분리팩과 고정팩에 각각 포함된 배터리의 수효나 종류를 조작할 수 있으며, 이에 따라 분리팩의 교체 시기 또는 교체 비용을 적절히 조절할 수 있다.
일예로 본 명세서는 직렬형 하이브리드 차량이나 마이크로 그리드의 배터리 유닛에 포함된 배터리들을 다수의 세트나 다수의 팩으로 구분한 후, 각 배터리 세트 또는 팩을 순차적으로 또는 동시에 방전(또는 충전)함으로써, 배터리 세트나 팩에 포함된 배터리가 입을 수 있는 비가역적 손상을 제어하는 배터리 유닛의 다양한 구조, 상기 배터리 세트 또는 배터리 팩의 방전(또는 충전)에 대한 제어를 담당하는 다양한 제어 유닛 및 상기 제어 유닛을 이용한 다양한 제어 방법에 관한 것이다. 특히 제어 유닛은 각 배터리 세트나 배터리 팩의 방전(또는 충전) 시점, 방전(또는 충전) 속도 또는 방전량(또는 충전량)을 제어함으로써, 각 배터리 세트나 각 배터리 팩이 입는 비가역적 손상의 정도를 제어할 수 있다.
본 명세서의 다양한 하이브리드 차량이나 마이크로 그리드는 다양한 위치에 장착된 하나 이상의 가열 유닛이나 냉각 유닛을 포함할 수 있다. 가열(또는 냉각) 유닛은 배터리 유닛 전체, 상기 유닛에 포함된 다수의 배터리의 전부나 일부, 또는 배터리 유닛에 포함된 다수의 배터리 팩들 전체나 일부에 장착될 수 있다. 가열(또는 냉각) 유닛은 배터리 유닛의 외부나 내부, 배터리 팩의 외부나 내부, 또는 배터리의 외부나 내부에 장착됨으로써 가열(또는 냉각) 효율을 높일 수 있다. 따라서 제어 유닛은 가열(또는 냉각) 유닛을 이용하여 배터리 유닛의 온도를 증가(또는 감소)시킴으로써, 배터리 유닛 전체 또는 일부가 상기 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 또는 상술의 범위에 속하지는 않지만, 상술의 범위에 근접한 온도에서 방전(또는 충전)하도록 제어할 수 있다.
본 명세서는 일부 배터리가 분리 및 교체가 용이하도록 장착된 다양한 배터리 유닛, 이의 사용 및 제어 등에 대한 다양한 구조와 방법에 관한 것이다. 일예로 배터리 유닛은 분리 배터리(또는 분리팩)과 고정 배터리(또는 고정팩)을 포함하며, 분리 배터리(또는 분리팩)을 선택적으로 고온 또는 저온에서 방전(또는 충전)함으로써, 고정 배터리(또는 고정팩)의 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
이와 같이 분리 배터리(또는 분리팩)이 고온 또는 저온 방전(또는 충전)에 의한 비가역적 손상을 입도록 함으로써, 제어 유닛은 배터리 유닛의 상당 부분 또는 대부분을 차지하는 고정 배터리(또는 고정팩)의 용량 상실을 최소화할 수 있다. 따라서 제어 유닛은 고정팩의 수명을 연장할 수 있고, 사용자는 값비싼 고정팩의 교체 시점을 연장함은 물론 고정 배터리 또는 고정팩의 교체 비용도 최소화할 수 있다.
[도1]은 본 명세서의 첫 번째 예시적 측면에 의한 직렬형 하이브리드 차량의 개략도이되, 상기 차량의 바퀴, 몸체 등은 생략한 개략도이다.
[도2]는 열전기 요소의 일예인 펠티어(Peltier) 열 발생 요소의 작동을 나타내는 개략도이다.
[도3]은 본 명세서의 두 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다.
[도4]는 시동 스위치가 꺼져 있는 정지 상태의 하이브리드 차량의 다양한 유닛의 작동 상태를 표시하는 개략도이다.
[도5]는 본 명세서의 세 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다.
[도6]은 본 명세서의 세 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다.
[도7]은 본 명세서의 네 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다.
[도8]은 본 명세서의 네 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다.
[도9]는 최고 방전 온도가 최고 충전 온도보다 높고, 최저 방전 온도가 최저 충전 온도보다 높은 배터리 유닛의 적정 방전 온도 범위 및 적정 충전 온도 범위를 나타내는 개략도이다.
[도10]은 최고 방전 온도가 최고 충전 온도보다 낮고, 최저 방전 온도가 최고 충전 온도보다 낮은 배터리 유닛의 적정 방전 온도 범위 및 적정 충전 온도 범위를 나타내는 개략도이다.
[도11]은 최고 방전 온도가 최고 충전 온도보다 높고, 최저 충전 온도도 최저 방전 온도보다 높은 배터리 유닛의 적정 방전 온도 범위 및 적정 충전 온도 범위를 나타내는 개략도이다.
[도12]는 최고 방전 온도가 최고 충전 온도보다 낮고, 최저 충전 온도가 최저 방전 온도보다 낮은 배터리 유닛의 적정 방전 온도 범위 및 적정 충전 온도 범위를 나타내는 개략도이다.
[도13]은 다수의 배터리가 단일의 케이스 내부에 장착된 일체형 배터리 유닛의 예시적 구조에 대한 개략도이다.
[도14]는 분리 배터리 및 고정 배터리가 단일의 케이스의 내부에 장착된 일부 분리 배터리 유닛의 예시적 구조에 대한 개략도이다.
[도15]는 고정 배터리와 다수의 상이한 세트의 분리 배터리들이 단일의 케이스 내부에 장착된 일부 분리 배터리 유닛의 예시적 구조에 대한 개략도이다.
[도16]은 분리팩과 고정팩이 단일의 케이스 내부에 장착된 팩 형태 배터리 유닛의 예시적 구조에 대한 개략도이다.
[도17]은 분리 케이스 내부에 장착된 분리팩과 고정 케이스 내부에 장착된 고정팩을 포함하는 팩 형태 배터리 유닛의 예시적 구조에 대한 개략도이다.
[도18]은 팩 형태 배터리 유닛의 다양한 제어 방법에 대한 개략도이다.
[도19]는 최대 방전 시 차량이 최대 속력의 1/4 속력으로 주행할 수 있는 분리팩과 최대 방전 시 차량이 최대 속력으로 주행할 수 있는 고정팩을 포함하는 배터리 유닛의 제어에 대한 개략도이다.
[도20]은 [도19]의 분리팩이 고정팩에 직렬로 연결된 경우의 개략도이다.
[도21]은 본 명세서의 다양한 예시적 측면, 실시예 및 상세예의 제어 유닛의 전기적 연결 구조, 제어 기능 등을 일반화한 개략도이다.
[도22]는 [도21]의 배터리 유닛의 분리팩 및 고정팩이 일정 정도 손상을 입은 경우의 개략도이다.
[도23]은 분리팩은 최대 주행 속도에 필요한 주행용 에너지의 25%의 용량을 가지고, 고정팩은 최대 주행 속도의 75%의 용량을 가진 배터리 유닛의 제어에 대한 개략도이다.
[도24]는 [도19]의 분리팩 두 개 및 최대 방전 시 차량이 최대 속력으로 주행할 수 있는 고정팩을 포함하는 배터리 유닛의 구조 및 제어에 대한 개략도이다.
[도25]는 [도24]의 분리팩 두 개가 직렬로 연결된 경우의 배터리 유닛의 구조 및 제어에 대한 개략도이다.
[도26]은 [도24]의 분리팩 두 개가 병렬로 연결된 경우의 배터리 유닛의 구조 및 제어에 대한 개략도이다.
[도27]은 [도26]의 배터리 유닛의 분리팩 및 고정팩이 일정 정도 손상을 입은 경우의 개략도이다.
[도28]은 최대 방전 시 차량이 최대 속력의 1/4 속력으로 주행할 수 있는 분리팩 및 최대 방전 시 차량이 최대 속력으로 주행할 수 있는 고정팩을 포함하는 배터리 유닛이 상기 차량의 발전 유닛과 함께 에너지를 모터 유닛에 공급하는 구조 및 이의 제어에 대한 개략도이다.
[도29]는 [도28]과 동일한 배터리 유닛을 포함하지만, 발전 유닛은 차량이 최대 속력의 37.5%(즉 3/8)의 주행할 수 있는 에너지를 생성할 수 있는 최대 발전 용량을 가진 경우이다.
[도30]은 [도28] 및 [도29]와 동일한 배터리 유닛을 포함하지만, 발전 유닛은 분리팩 및 고정팩 각각보다 큰 발전 용량을 가지는 경우이다.
[도31]은 다양한 용량의 발전 유닛을 이용한 주행 중인 차량의 배터리 유닛의 충전 및 이의 제어에 대한 예시이다.
[도32]는 본 명세서의 열 번째 예시적 측면에 의한 마이크로 그리드의 개략도이다.
[도33]은 본 명세서의 열한 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다.
[도34]는 방전 스위치가 꺼져 있는 상태의 마이크로 그리드의 다양한 유닛의 작동 상태를 표시하는 개략도이다.
[도35]는 본 명세서의 열두 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다.
[도36]은 본 명세서의 열두 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다.
[도37]은 본 명세서의 열세 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다.
[도38]은 본 명세서의 열세 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다.
1. 용어의 정의
본 명세서에서 "하이브리드 차량" 또는 "차량"은 모터 유닛이 구동할 수 있는 구동 유닛을 포함하는, 이동 가능한 운송 수단을 의미한다. 상기 "차량"은 충전이 가능한 하나 이상의 배터리를 포함하는 배터리 유닛을 포함한다. 상기 "차량"은 사용자, 승객 또는 화물을 운송할 수 있다. 상기 "차량"은 두 개 이상의 바퀴를 포함할 수 있고, 바퀴 대신 또는 바퀴와 함께 무한궤도나 레일을 포함할 수 있다. 상기 구동 유닛은 바퀴를 회전시키거나 또는 상기 레일을 구동할 수 회전 축을 포함할 수 있다.
본 명세서의 "하이브리드 차량"은 모터 유닛 및 배터리 유닛을 포함하는 오토바이(일예로 2륜 이상), 승용차(일예로 3륜 이상), 화물차(일예로 3륜 이상) 등을 포함할 수 있다. 본 명세서의 상기 "차량"은 오토바이, 승용차, 화물차 등과는 상이한 형태를 가지나, 모터 유닛 및 배터리 유닛을 포함하며, 이동이 가능한 기타 차량 또는 운송 수단을 의미할 수 있다. 일예로 스노모빌(snow mobile)과 같은 레저 차량, 불도저나 크레인 등의 건설 차량 등이 상기 기타 차량에 속한다.
본 명세서의 "하이브리드 차량"은 모터 유닛 및 배터리 유닛을 포함하는 육상 차량은 물론 공중 또는 해상 이동이 가능한 공중 또는 해상 운송 수단을 포함할 수 있다. 또한 상기 공중 또는 해상 "차량"은 사용자, 승객은 물론 화물 등을 운송할 수 있다.
본 명세서의 공중용 "하이브리드 차량"은 모터 유닛과 배터리 유닛을 포함하는 드론(일예로 1개 이상의 프로펠러 포함), 헬리콥터(일예로 2개 이상의 프로펠러 포함)는 물론 상기 배터리 유닛이 구동할 수 있는 1개 이상의 모터를 포함하는 비행기 등의 물체가 있다. 또한 본 명세서의 해상용 "하이브리드 차량"은 모터서프(motor surf), 모터 보트, 요트, 기타 선박은 물론 잠수함 등을 포함할 수 있다.
본 명세서의 "마이크로 그리드"란 하나 이상의 에너지 소스와 하나 이상의 전기 기기가 하나 이상의 전력망(electric network)을 통하여 전기적으로 연결된 그리드를 지칭한다. 일예로 본 명세서의 "마이크로 그리드"는 소규모 지역, 건물군(즉 다수의 건물들), 단독 건물 등의 다양한 전기 기기들과 하나 이상의 에너지 소스를 전력망으로 연결한다. 이 때 상기 전력망은 유선이거나 무선일 수 있다.
단 설명의 편의를 위하여 하술에서 마이크로 그리드란 하나 이상의 에너지 소스와 하나 이상의 전기 기기가 하나 이상의 전력망으로 연결된 "단일의 건물"을 의미하는 것으로 한다. 하지만 하술의 설명은 건물군 또는 다수의 다양한 건물의 전기 기기 또는 건물 외부의 다양한 전기 기기가 상기 전력망으로 연결된 마이크로 그리드에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.
본 명세서의 "에너지 소스"는 상기 전력망에 연결되어 상기 마이크로 그리드의 전기 기기에 전기 에너지를 공급할 수 있는 다양한 에너지 소스를 지칭한다. 이러한 에너지 소스의 예로는 태양광 발전 장치, 태양열 발전 장치, 풍력 발전 장치, 지열 발전 장치, 조력 발전 장치 등이 있다. 상기 에너지 소스는 기존의 수력 발전 장치 또는 화력 발전 장치, 기존의 연료 전지를 포함할 수 있다. 또한 상기 에너지 소스는 화석 연료를 연소시켜 생성되는 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 하나 이상의 기존의 엔진을 포함할 수도 있다.
단 설명의 편의를 위하여 하술의 설명에서 에너지 소스는 하나 이상의 상술의 기존 엔진을 포함하는 "엔진 유닛"을 의미하는 것으로 한다. 하지만 하술의 설명은 위 문장의 다양한 발전 장치나 연료 전지 중 하나 이상을 포함하는 에너지 소스가 전력망을 통하여 다양한 전기 기기에 연결된 마이크로 그리드에도 동일하거나 또는 유사하게 적용될 수 있다.
본 명세서의 "전기 기기"는 상기 전력망으로 마이크로 그리드에 연결되고, 상기 에너지 소스로부터 전기 에너지를 공급받아 구동하는 다양한 전기 기기를 통칭한다. 상기 전기 기기의 예로는 가정용 전기 기기, 업소용 전기 기기, 산업용 전기 기기, 컴퓨터, 통신 기기, 음향 기기, 영상 기기 등을 통칭한다. 따라서 전기 기기는 마이크로 그리드에 포함된 소규모 지역, 다수의 건물들 또는 건물군, 단독 건물에 포함된 모든 전기 기기는 물론 상기 건물에 연결될 수 이는 전기 기기를 통칭한다.
단 설명의 편의를 위하여 본 명세서에서 전기 기기는 단일의 건물에 포함되거나 상기 건물에 연결될 수 있는 전기 기기를 통칭하는 것으로 한다. 하지만 하술의 설명은 상기 다양한 발전 장치나 연료 전지 중 하나 이상을 포함하는 에너지 소스가 전력망을 통하여 특정 지역이나 건물군의 전기 기기에 연결된 마이크로 그리드에도 동일하거나 또는 유사하게 적용될 수 있다.
본 명세서에서 "전기 부하"는 상술의 전기 기기들이 구동하며 사용하는 전기 에너지 또는 파워를 의미한다. 따라서 "전기 부하"는 특정 지역에서의 전기 기기가 구동하는 데 필요한 전기 에너지나 파워, 다수의 건물들의 전기 기기를 구동하는 데 필요한 전기 에너지나 파워, 또는 단독 건물의 전기 기기를 구동하는 데 필요한 전기 에너지나 파워를 의미한다.
본 명세서에서 "최대 전기 부하"는 또는 "최대 부하"는 상기 전기 부하의 최대값을 의미한다. 즉 "최대 전기 부하"는 특정 지역에서의 전기 부하의 최대값, 다수의 건물들의 전기 부하의 최대값, 단독 건물의 전기 부하의 최대값일 수 있다. 또한 "최대 전기 부하" 또는 "최대 부하"는 다양한 변수를 고려하여 결정할 수 있다.
단 설명의 편의를 위하여 본 명세서에서 최대 전기 부하는 단일 건물에 포함되었거나, 상기 건물에 연결될 수 있는 전기 기기를 구동하는 데 필요한 전기 에너지나 파워의 최대값을 의미한다. 주의할 점은 최대 전기 부하는 반드시 단일 건물에 포함된 모든 전기 기기들이 구동할 때의 전기 부하를 의미하는 것은 아니다. 그 이유는 사용자가 특정 건물의 히터와 냉방 장치를 동시에 켜는 일은 없기 때문이다.
따라서 일예로 "최대 전기 부하"는 상기 건물에 설치된 전력망이 파손되지 않은 채 전달할 수 있는 최대 전기 부하, 상기 건물의 사용자가 1년 또는 특정 기간 중 사용한 전기 부하의 최대값, 건물에 설치된 전기 기기 또는 상기 건물에 거주하는 사용자의 수효 등에 근거한 평균 전기 부하 또는 예상 전기 부하일 수 있다. 즉 특정 건물의 최대 전기 부하는 상이한 정의에 따라 상이해질 수 있다. 단 설명의 편의를 위하여 상반된 언급이 없는 한 본 명세서의 특정 건물의 "최대 전기 부하"는 상기 건물의 사용자가 1년 중 사용한 전기 부하의 최대값을 지칭하는 것으로 한다.
본 명세서에서 "배터리 유닛"은 방전, 충전이 가능한 하나 이상의 배터리를 포함하는 유닛을 지칭한다. 특히 배터리 유닛은 방전 및 (재)충전이 가능한 다양한 기존의 2차전지 배터리를 포함할 수 있고, 상기 배터리의 예로는 니켈-카드뮴(NiCd) 배터리, 니켈-금속-하이드라이드(Nickel-metal-hydride, 즉 NiMH로 약칭) 배터리, 용해-염(Zebra와 같은 molten salt) 배터리, 납(Lead acid) 배터리, 리튬-이온(Lithium-ion) 배터리, 박막 리튬(thin-film Lithium) 배터리, 리튬-이온-폴리머(Lithium-ion-polymer) 배터리, 리튬-황(Lithium-Sulphur) 배터리, 바나듐 산화-환원(Vanadium redox) 배터리, 은-아연(Silver-Zinc) 배터리, 나트륨 이온(Sodium ion) 배터리, 나트륨-황(Sodium-Sulphur) 배터리, 아연-브로마이드(zinc-bromide) 배터리, 아연-세리움(Zinc-Cerium) 배터리, 퀀텀(quantum) 배터리 또는 산화 반도체(oxide semiconductor) 배터리 등이 있다. 또는 "배터리 유닛"은 하나 이상의 3차전지 배터리를 포함할 수 있다.
본 명세서의 "배터리"란 위 문장의 2차전지와 기타 방전과 충전이 가능한 모든 배터리를 지칭한다. 또 본 명세서의 "리튬 배터리"란 주로 리튬-이온 배터리를 지칭하지만, 특별한 언급이 없는 이상 위 문장의 리튬-이온 배터리, 박막 리튬 배터리, 리튬-이온-폴리머 배터리, 리튬-황 배터리 등은 물론 기타 기존의 배터리 중 리튬을 포함한 배터리를 지칭할 수 있다.
단일의 "배터리 유닛"은 동일한 종류의 2차전지 배터리를 하나 이상 포함하거나 또는 상이한 종류의 2차전지를 두 개 이상 포함할 수 있다. 일예로 "배터리 유닛"은 납 배터리와 리튬 배터리를 혼용할 수 있다. 또는 "배터리 유닛"은 다수의 동일한 또는 상이한 크기나 모양의 리튬-이온 배터리들만 이용하여 제작할 수도 있으며, 이 때 상기 배터리들의 용량, 성능 등은 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
"배터리 유닛"이 다수의 배터리들을 포함하면, 상기 배터리들은 단일의 또는 다수의 전기 회로에서 직렬, 병렬 또는 이의 혼합으로 연결될 수 있다. 또한 상반된 언급이 없는 한, 특정 배터리를 기존 배터리 유닛으로부터 기계적 또는 전기적으로 분리하려면, 사용자는 기존 배터리 유닛의 케이스를 물리적으로 파손해야 한다. 반면 본 명세서의 배터리 유닛은 개폐가 가능한 하나 이상의 덮개가 설치된 케이스를 포함하거나 또는 다수의 팩으로 제작될 수 있다.
일예로 배터리 유닛은 다수의 배터리를 포함하되, 상기 유닛으로부터 기계적 또는 전기적으로 용이하게 분리할 수 있는 하나 이상의 배터리(즉 분리 배터리)를 포함할 수 있다. 따라서 사용자는 "배터리 유닛"의 케이스를 파손할 필요 없이, 상기 유닛으로부터 나머지 배터리(즉 고정 배터리)들의 일부나 전부를 기계적 또는 전기적으로 분리하지 않아도, 또는 "배터리 유닛"의 나머지 배터리(즉 고정 배터리)들의 일부나 전부의 전기적 연결을 끊지 않은 채, 하나 이상의 특정 배터리(즉 분리 배터리)를 상기 유닛으로부터 용이하게 기계적으로 분리할 수도 있다.
또는 "배터리 유닛"은 각각 하나 이상의 배터리를 포함하는 다수의 배터리 팩들을 포함하되, 상기 팩들은 단일 또는 다수의 전기 회로에서 직렬, 병렬 또는 이의 혼합으로 연결될 수 있다. 상기 구조의 "배터리 유닛" 역시 전기적 또는 기계적으로 용이하게 분리 가능한 하나 이상의 배터리 팩(즉 분리팩)을 포함할 수 있다.
따라서 사용자는 "배터리 유닛"으로부터 나머지 배터리 팩(즉 고정팩)을 기계적 또는 전기적으로 분리할 필요 없이, 하나 이상의 특정 배터리 팩(즉 분리팩)을 "배터리 유닛"으로부터 용이하게 기계적 또는 전기적으로 분리할 수 있다. 바꾸어 말하자면 "배터리 유닛" 전체를 차량에서 분리하는 대신, 분리 배터리 또는 분리팩만 배터리 유닛으로부터 상대적으로(즉 고정 배터리 또는 고정팩에 비하여) 용이하게 기계적으로 또는 전기적으로 분리할 수 있다.
본 명세서에서 특정 배터리를 배터리 유닛으로부터 기계적 또는 전기적으로 용이하게 분리할 수 있다는 표현은 상대적인 표현이다. 즉 배터리 R(replaceable)(또는 배터리 팩 R)과 배터리 S(stationary)(또는 배터리 팩 S)의 경우, 배터리 R을 배터리 유닛으로부터 분리하려면 사용자가 총 3회의 기계적(또는 전기적) 조작을 수행해야 하는 반면, 배터리 S를 배터리 유닛으로부터 분리하려면 사용자가 총 5회의 기계적(또는 전기적) 조작을 수행해야 하는 경우, 배터리 R은 배터리 S에 비하여 상대적으로 용이하게 분리할 수 있는 분리 배터리로 간주하는 반면, 배터리 S는 고정 배터리로 간주할 수 있다.
또 본 명세서에서 특정 배터리를 배터리 유닛에서 기계적 또는 전기적으로 용이하게 분리할 수 있다는 표현은 상기 분리에 필요한 힘의 상대적 크기에 근거한 표현일 수 있다. 일예로 사용자가 배터리 R과 배터리 S를 배터리 유닛으로부터 분리하기 위하여 동일한 횟수의 기계적(또는 전기적) 조작을 수행해야 하나, 사용자가 10N의 힘으로 배터리 R을 상기 유닛으로부터 분리할 수 있는 반면, 25N의 힘을 가해야 배터리 S를 상기 유닛에서 분리할 수 있는 경우, 배터리 R은 배터리 S에 비하여 상대적으로 용이하게 분리할 수 있는 분리 배터리로 간주할 수 있으며, 배터리 S는 고정 배터리로 간주할 수 있다.
본 명세서에서 "배터리 유닛의 충전률"(SoC, 즉 state of charge)은 배터리 유닛의 총 충전 용량에서 현재 충전되어 있는 정도를 퍼센트(%)로 나타낸다. 배터리 충전률은 다양한 방법으로 측정할 수 있고, 일예로 Pop 등은 다양한 충전률 측정 방법에 대하여 설명한 바 있다. (Pop 외, "배터리 충전률 측정" (2005), 아래 참고 문헌 [1] 참조).
상술과 같이 배터리 유닛은 하나 이상의 배터리나 하나 이상의 배터리 팩을 포함한다. 따라서 각각의 배터리 또는 배터리 팩은 동일한 또는 상이한 충전률을 가질 수도 있다. 이에 따라 상반된 언급이 없는 한, 본 명세서의 "배터리 유닛의 충전률"은 배터리 유닛에 포함된 다수의 배터리들의 평균 충전률 또는 다수의 배터리 팩들의 평균 충전률을 지칭하는 것으로 한다.
본 명세서의 "배터리 유닛의 방전 깊이(DoD, depth of discharge)"는 상기 유닛이 최대로 방전할 수 있는 에너지의 양 대비 현재 방전할 수 있는 에너지 양을 퍼센트(%)로 나타내는 것으로 한다. 배터리 유닛은 하나 이상의 배터리 또는 배터리 팩을 포함할 수 있다. 따라서 각각의 배터리나 배터리 팩은 동일한 또는 상이한 방전 깊이를 가질 수 있다. 따라서 상반된 언급이 없는 한, 본 명세서의 "배터리 유닛의 방전 깊이"는 배터리 유닛에 포함된 다수의 배터리들의 평균 방전 깊이 또는 다수의 배터리 팩들의 평균 방전 깊이를 지칭하는 것으로 한다. 또한 상기 "방전 깊이"는 "방전률"과 동일한 것으로 한다.
또한 본 명세서의 "배터리 유닛의 온도"는 배터리 유닛의 평균 온도를 지칭하는 것으로 한다. 설명의 편의를 위하여 본 명세서에서 배터리 유닛의 온도는 "TBU"로 표시한다.
아래에서 설명하겠지만, 배터리 유닛은 다수의 배터리들, 다수의 배터리 세트들, 또는 다수의 배터리 팩들을 포함할 수 있다. 따라서 상반된 설명이 없는 한, 본 명세서의 "배터리 유닛의 온도"는 하나 이상의 분리 배터리와 하나 이상의 고정 배터리를 포함하는, 하나 이상의 분리 배터리 세트와 하나 이상의 고정 배터리 세트를 포함하는, 또는 하나 이상의 분리팩과 하나 이상의 고정팩을 포함하는 배터리 유닛의 평균 온도를 의미하는 것으로 한다. 하지만 배터리 유닛의 특정 배터리(또는 배터리 팩)의 온도가 TBU와 상이하면, 상기 배터리(또는 배터리 팩)의 온도는 "TB"로 표시하기로 한다.
배터리 제조사, 배터리 유닛 제조사, 하이브리드 차량 제조사 등은 단일의 센서를 이용하거나 또는 특정 위치에서 배터리 유닛의 충전률, 방전 깊이, 온도 등을 측정할 수 있다. 하지만 상기 센서를 이용하여 상기 위치에서 측정한 상기 충전률, 방전 깊이 또는 온도는 배터리 유닛의 평균 충전률, 평균 방전 깊이, 평균 온도 등과 상이할 수 있다.
따라서 상반된 언급이 없는 한, 본 명세서의 배터리 유닛의 충전률, 방전 깊이, 온도 등은 측정치를 의미하는 것으로 한다. 단 상기 측정치가 없는 경우, 상기 유닛의 충전률, 방전 깊이, 온도 등은 배터리 유닛 전체의 평균 충전률, 평균 방전 깊이 또는 평균 온도를 지칭하는 것으로 한다.
본 명세서의 배터리는 "적정 방전(discharge) 온도 범위"를 가지며, 상이한 종류의 배터리의 적정 방전 온도 범위는 상이할 수 있다. 하지만 동일한 종류의 배터리라도 배터리 제조사가 사용하는 음극, 양극, 전해질, 상세 구조 등에 따라 적정 방전 온도 범위가 상이해질 수도 있다. 설명의 편의를 위하여 본 명세서에서는 적정 방전 온도 범위의 최고 온도 및 최저 온도를 각각 최고 방전 온도(즉 TD-Max) 및 최저 방전 온도(즉 TD-Min)로 표시하기로 한다.
본 명세서의 배터리는 "적정 충전(charge) 온도 범위"를 가지며, 상이한 종류의 배터리의 적정 충전 온도 범위 역시 상이할 수 있다. 하지만 동일한 종류의 배터리라도 배터리 제조사가 사용하는 음극, 양극, 전해질, 상세 구조 등에 따라 적정 충전 온도 범위가 상이해질 수 있다. 설명의 편의를 위하여 본 명세서에서는 적정 충전 온도 범위의 최고 온도 및 최저 온도를 각각 최고 충전 온도(즉 TC-Max) 및 최저 충전 온도(즉 TC-Min)로 표시하기로 한다.
이상적 배터리를 제외하면, 현실 세계의 배터리는 방전(또는 충전)을 함에 따라 배터리 용량을 상실하기 마련이다. 따라서 본 명세서의 배터리의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위는 상기 배터리를 일정 횟수에 걸쳐 방전(또는 충전)하더라도, 배터리가 용량(즉 battery capacity)을 일정 정도 이상(일예로 5%, 10%, 15%, 20% 등) 상실하지 않는 온도 범위를 의미하는 것으로 한다.
일반적으로 배터리(또는 배터리 유닛) 제조사는 배터리(또는 배터리 유닛)를 제작하는 도중 또는 제작한 후 각각의 배터리(또는 배터리 유닛)의 용량을 측정할 수 있다. 상기 제조사는 배터리(또는 배터리 유닛)를 일정 횟수에 걸쳐 상이한 온도에서 방전(또는 충전)하며 배터리 용량 상실 정도를 측정할 수도 있다. 이에 따라 상기 제조사는 상술의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 결정할 수 있다.
이처럼 특정 배터리의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위는 불변의 상수가 아니다. 오히려 적정 방전(또는 충전) 온도 범위는 방전(또는 충전)을 시작할 시점의 배터리 충전률, 방전(또는 충전) 시 발전 유닛이 제공하는 전류(또는 전압), 방전(또는 충전) 속도, 방전(또는 충전) 횟수, 또는 감수할 수 있는 배터리 용량 손실 등에 의하여 상이해질 수 있는 특성으로 간주할 수 있다.
또는 적정 방전(또는 충전) 온도 범위의 양끝, 일예로 적정 방전을 위한 TD-Max, TD-Min 또는 적정 충전을 위한 TC-Max, TC-Min 등도 불변의 상수가 아니다. 오히려 상기 최고 온도와 최저 온도는 방전(또는 충전)을 시작하는 시점의 배터리 충전률, 방전(또는 충전) 시 발전 유닛이 제공하는 전류(또는 전압), 방전(또는 충전) 속도, 방전(또는 충전) 횟수, 또는 감수할 수 있는 배터리 용량 손실 등에 의해 상이해질 수 있는 특성으로 간주할 수 있다.
일예로 기존의 납 배터리의 적정 방전 및 충전 온도 범위는 -20oC(즉 TD-Min 또는 TC-Min) 내지 50oC(TD-Max 또는 TC-Max)이다. 또 기존의 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-금속-하이드라이드 배터리의 적정 충전 온도 범위는 0oC(TC-Min) 내지 45oC(TC-Max)로서, 이는 납 배터리의 해당 범위보다 좁은 반면, 적정 방전 온도 범위는 -20oC(TD-Min) 내지 65oC(즉 TD-Max)로서, 납 배터리의 해당 범위보다 넓은 편이다. 리튬-이온 배터리의 적정 충전 온도 범위는 0oC(TC-Min) 내지 45oC(TC-Max)인 반면, 적정 방전 온도 범위는 -20oC(즉 TD-Min) 내지 60oC(TD-Max)이다. (BU-410, "저온 및 고온 충전," 아래 참고 문헌 [2] 참조).
상기 온도 범위는 배터리 종류는 물론 동일한 종류의 배터리라도 제조사나 제조 방법에 따라 상이해질 수 있다. 하지만 상술의 범위는 본 명세서의 다양한 배터리 유닛 및 배터리 유닛의 충전 또는 방전을 제어하기 위한 다양한 제어 유닛을 제작하고, 제어 유닛의 제어 알고리즘을 확립하기 위한 기준값으로 이용될 수 있다.
상술의 적정 충전 온도 범위보다 낮은 저온에서 배터리를 충전하면, 배터리는 다양한 비가역적 손상을 입을 수 있다. 일예로 0oC 이하에서 리튬-이온 배터리를 충전할 경우 리튬 금속이 음극(anode)에 막을 형성함으로써 막대한 배터리 용량 손실을 초래할 수 있다. 또한 배터리를 고속 충전할 경우에도 상기 손상이 가속화될 수 있다. 따라서 저온 고속 충전 시에는 낮은 충전 전류(또는 전압)로 충전함이 유리할 수 있고, 상기 적정 충전 온도 범위보다 좁은 온도 범위에서 충전함으로써 상기 손상을 최소화할 수도 있다. 일예로 고속 충전 시 리튬-이온 배터리의 적정 충전 온도 범위의 최저 온도(TC-Min)는 10oC 또는 그 이상일 수 있다.
상술의 적정 방전 온도 범위보다 낮은 저온에서 배터리를 방전하면 배터리는 다양한 비가역적 손상을 입을 수 있다. 일예로 일정 기간 이상 저온에서 방전할 경우, 배터리 유닛에 포함된 다수의 배터리들 중 상대적으로 손상이 심한 배터리는 음전위(negative voltage potential)를 발현할 수 있다. 상기 음전위가 계속되면, 배터리에는 역전(cell reversal) 현상이 일어날 수 있고, 역전 현상이 일어난 배터리는 합선될 수 있다. 따라서 상기 배터리가 포함된 배터리 유닛은 심각한 비가역적 손상을 입힐 수도 있다. (BU-502, "고온 및 저온 방전," 아래 참고 문헌 [3] 참조).
상술의 적정 충전 온도 범위보다 높은 고온에서 배터리를 충전할 경우에도, 배터리는 다양한 비가역적 손상을 입을 수 있다. 일예로 고온에서 배터리를 충전하면 가스가 발생하여 배터리가 변형되며 배터리 용량 손실이 일어날 수 있다. 또한 배터리 충전률이 높을 때 고온에서 충전하면, 배터리의 용량 손실이 기하급수적으로 증가할 수 있다.
이에 따라 고온에서는 약한 충전 전류(또는 전압)를 사용하여 배터리를 충전함이 유리할 수 있고, 상기 적정 충전 온도보다 좁은 온도 범위에서 충전함으로써 비가역적 손상을 최소화할 수 있다. 일예로 고속 충전 시 리튬-이온 배터리의 적정 충전 온도 범위의 최대 온도(TC-Max)는 30oC~35oC일 수도 있다. (BU-410, 아래 참고 문헌 [2] 참조; Ianniciello 외, "전기 차량의 배터리 온도 조절용 하이브리드 시스템," 아래 참고 문헌 [4] 참조).
상기 적정 충전 온도 범위보다 높은 고온에서 배터리를 방전할 경우, 배터리는 다양한 비가역적 손상을 입을 수 있다. 일예로 배터리를 25oC~30oC 이상에서 방전하는 경우, 온도가 10oC 증가할 때마다 상기 배터리의 수명도 2배씩 감소한다는 연구 결과도 있고, 심한 경우 상기 배터리 역전 현상 및 합선 등이 일어날 수 있다. (BU-501a, "리튬-이온 배터리의 방전 특성," 아래 참고 문헌 [5] 참조).
배터리 방전(또는 충전) 온도가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위에 속하더라도, 배터리 유닛을 방전(또는 충전)하면 일정 정도의 용량 손실이 발생한다. 특히 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 넓게 설정하면, 배터리는 상기 범위의 양끝에 해당하는 온도에서 상대적으로 심한 비가역적 손상을 입을 수 있다. 반면 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 좁게 설정하면, 배터리는 상기 범위의 양끝에 해당하는 온도에서도 상대적으로 적은 비가역적 손상을 입게 된다.
따라서 특정 배터리의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위는 상기 다양한 변수들을 고려하여 다양한 범위로 결정될 수 있다. 또한 배터리 제조사, 배터리 유닛 제조사, 하이브리드 차량 제조사, 마이크로 그리드 제조사는 동일한 배터리 또는 배터리 유닛에 대해서도 상이한 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 결정할 수 있다.
상기 차량이나 마이크로 그리드 사용자 역시 자신의 주행 또는 구동 습관에 따라 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 결정할 수 있다. 일예로 사용자가 차량이나 마이크로 그리드의 스위치를 켜는 즉시 배터리 유닛의 온도와 무관하게 무조건 차량의 주행 또는 마이크로 그리드의 구동을 원하면, 사용자는 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 넓게 설정할 수 있다. 상기 온도 범위가 넓게 설정되기에, 상기 범위에서 사용자가 스위치를 켜면 제어 유닛은 차량의 주행이나 마이크로 그리드의 구동을 시작하도록 배터리 유닛의 방전을 시작할 수 있다.
반면 가능한 한 배터리 유닛을 오래 사용함으로써 배터리의 교체를 최소화하기를 원하는 사용자는 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 좁게 설정할 수 있다. 따라서 배터리 유닛의 온도가 상기 범위에 속하지 않으면, 사용자가 스위치를 켜도 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전을 시작하지 않는다. 물론 사용자는 배터리 유닛의 온도가 상기 범위에 속할 때까지 기다린 후 차량의 주행이나 마이크로 그리드의 구동을 시작할 수 있다.
이러한 측면에서 본 명세서의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위는 상대적 개념으로 사용하는 것으로 한다. 일예로 리튬-이온 배터리의 적정 충전 온도 범위는 0oC~45oC, 적정 방전 온도 범위는 -20oC~60oC라 할 수 있다. 하지만 사용자가 배터리 유닛의 용량 손실을 최소화하고 싶으면, 동일한 리튬-이온 배터리의 적정 충전 온도 범위는 15oC~30oC, 적정 방전 온도 범위는 10oC~30oC로 설정할 수도 있다.
일단 배터리나 배터리 유닛 제조사, 차량이나 마이크로 그리드 제조사 또는 사용자가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 설정하면, 본 명세서의 다양한 제어 유닛은 상기 적정 온도 범위에 근거하여 다양한 방법으로 배터리 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛 등을 제어할 수 있다. 또한 제어 유닛은 상기 적정 온도 범위에 근거하여 차량의 주행이나 마이크로 그리드의 구동을 제어할 수도 있다. 즉 본 명세서에서 특정 배터리, 배터리 팩 또는 배터리 유닛의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위는 상대적 개념으로 간주할 수 있으며, 상기 온도 범위의 정확한 수치는 배터리의 특성, 사용자 또는 제어 유닛이 상기 다양한 변수를 고려하여 결정하는 것으로 한다.
2. 상세 측면
본 명세서의 하이브리드 차량 및 상기 차량의 다양한 유닛은 다양한 구조적 특성이나 방법 상의 특성을 가진다. 하술의 설명은 상기 구조적 특성, 방법 상의 특성에 대한 예시이다.
상기 특성의 첫 번째 예시의 첫 번째 실시예의 경우, 하이브리드 차량은 전기를 이용하여 구동한다. 차량은 (1) 하나 이상의 구동축을 포함하는 구동 유닛, (2) 구동축을 회전시킬 수 있는 모터 유닛, (3) 구동축의 회전에 필요한 전기 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있는 배터리 유닛, (4) 배터리 유닛에 전기 에너지를 제공할 수 있는 발전 유닛, (5) 발전 유닛이 전기 에너지를 생성할 수 있도록 기계적 에너지를 공급하는 엔진 유닛, (6) 연료를 연소하여 기계적 에너지를 생성하는 엔진 유닛, 및 (7) 상기 회전, 제공, 생성 또는 연소를 제어할 수 있는 제어 유닛을 포함할 수 있다.
배터리 유닛은 충전을 통하여 발전 유닛이 제공하는 전기 에너지를 저장할 수 있고, 방전을 통하여 저장한 전기 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있으며, 배터리 유닛은 하나 이상의 분리 배터리 및 하나 이상의 고정 배터리를 포함하고, 분리 배터리는 고정 배터리에 비하여 상대적으로 적은 힘을 가하여도 배터리 유닛으로부터 전기적 또는 기계적으로 분리될 수 있다.
상기 특성의 첫 번째 예시의 두 번째 실시예의 경우, 하이브리드 차량은 전기를 이용하여 구동한다. 차량은 (1) 연료를 연소하여 발생하는 열 에너지를 제1 기계적 에너지로 변환할 수 있는 엔진 유닛, (2) 엔진 유닛으로부터 제1 기계적 에너지의 최소한 일부를 제공받으며, 이를 제1 전기 에너지로 변환할 수 있는 발전 유닛, (3) 발전 유닛으로부터 제1 전기 에너지의 최소한 일부를 제공받으며, 이를 충전을 통하여 제2 전기 에너지로 저장할 수 있고, 저장된 제2 전기 에너지의 최소한 일부를 방전을 통하여 제3 전기 에너지로 배출할 수 있는 배터리 유닛, (4) 제3 전기 에너지의 최소한 일부를 방전을 통하여 배터리 유닛으로부터 제공받으며, 이를 제2 기계적 에너지로 변환할 수 있는 모터 유닛, (5) 모터 유닛으로부터 제2 기계적 에너지의 최소한 일부를 제공받고, 이를 이용하여 차량을 구동하는 구동 유닛 및 (6) 상기 변환, 제공, 충전, 저장, 방전, 배출 또는 구동을 제어할 수 있는 제어 유닛을 포함한다.
배터리 유닛은 하나 이상의 분리 배터리 및 고정 배터리를 포함하고, 분리 배터리는 고정 배터리에 비하여 상대적으로 적은 힘을 가하여도 배터리 유닛으로부터 전기적 또는 기계적으로 분리될 수 있다.
상기 특성의 첫 번째 예시의 세 번째 실시예의 경우, 하이브리드 차량은 전기를 이용하여 구동한다. 차량은 (1) 차량의 주행을 위한 기계적 에너지를 제공하는 모터 유닛, (2) 기계적 에너지의 생성에 필요한 전기 에너지를 모터 유닛에 제공하는 배터리 유닛, (3) 연료를 연소하여 발생하는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 유닛, 및 (4) 상기 주행, 생성, 제공 또는 변환을 제어하는 제어 유닛을 포함할 수 있다.
배터리 유닛은 충전을 통하여 발전 유닛이 제공하는 전기 에너지를 저장할 수 있고, 방전을 통하여 저장한 전기 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있으며, 배터리 유닛은 하나 이상의 분리 배터리 및 고정 배터리를 포함하고, 분리 배터리는 고정 배터리에 비하여 상대적으로 적은 힘을 가하여도 상기 배터리 유닛으로부터 전기적 또는 기계적으로 분리될 수 있다.
상기 특성의 첫 번째 예시의 네 번째 실시예의 하이브리드 차량은 전기를 이용하여 구동한다. 차량은 (1) 연료를 연소하여 생성한 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 엔진 유닛, (2) 엔진 유닛으로부터 제공받은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전 유닛, (3) 발전 유닛으로부터 제공받는 전기 에너지를 충전을 통하여 저장하고 방전을 통하여 방출하는 배터리 유닛, (4) 방전을 통해 제공받은 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 기계적 에너지를 이용하여 차량을 구동하는 모터 유닛 및 (5) 상기 생성, 제공, 변환, 충전, 방전 또는 구동을 제어할 수 있는 제어 유닛을 포함한다.
배터리 유닛은 하나 이상의 분리 배터리 및 고정 배터리를 포함하고, 분리 배터리는 고정 배터리에 비하여 상대적으로 적은 힘을 가하여도 배터리 유닛으로부터 기계적으로 용이하게 분리될 수 있다.
상기 첫 번째 예시의 다양한 실시예의 차량은 아래의 다양한 세부 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다.
일예로 분리 배터리의 수효보다 상기 고정 배터리의 수효가 클 수 있다. 다른 예로 분리 배터리가 배터리 유닛의 특정 부분에 장착되며, 다른 부분에는 장착되지 않을 수 있다. 다른 예로 분리 배터리와 고정 배터리는 동일한 종류의 2차전지일 수 있다. 특히 2차전지는 리튬 이온 배터리일 수 있다. 또 다른 예로 분리 배터리와 고정 배터리는 상이한 종류의 2차전지일 수 있다.
배터리 유닛은 하나 이상의 분리형 전기 연결 요소 및 고정 전기 연결 요소를 포함하고, 분리형 전기 연결 요소는 분리 배터리에 전기적으로 연결되고, 고정 전기 연결 요소는 고정 배터리에 전기적으로 연결되며, 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소로부터 기계적으로 분리하기 위하여 필요한 힘이 고정 배터리를 상기 고정 전기 연결 요소로부터 분리하기 위하여 필요한 힘보다 적을 수 있다.
다른 예로 배터리 유닛은 하나 이상의 분리형 전기 연결 요소 및 고정 전기 연결 요소를 포함하고, 분리형 전기 연결 요소는 분리 배터리에 전기적으로 연결되고, 고정 전기 연결 요소는 고정 배터리에 전기적으로 연결된다. 분리형 및 고정 전기 연결 요소는 배터리 유닛에 전기적으로 연결되며, 분리 배터리가 연결된 상태에서 분리형 전기 연결 요소를 배터리 유닛에서 기계적으로 분리하기 위해 필요한 힘이 고정 배터리가 연결된 상태에서 고정 전기 연결 요소를 배터리 유닛으로부터 분리하기 위해 필요한 힘보다 적을 수 있다.
다른 예로 배터리 유닛은 케이스를 포함하고, 케이스는 개폐가 가능한 덮개를 포함하되, 덮개는 고정 배터리보다 분리 배터리에 더 가깝도록 설치됨으로써, 사용자가 덮개를 개방하면 고정 배터리보다 분리 배터리를 더 용이하게 접근할 수 있다.
또 다른 예로 배터리 유닛의 온도가 상기 유닛에 포함된 배터리의 적정 방전 온도 범위 이내인 경우, 제어 유닛은 배터리를 방전시키는 한편, 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 온도 범위에 속하지 않으며 따라서 배터리가 방전하면 상기 온도 범위에 속하는 경우에 비하여 상대적으로 더 큰 비가역적 손상을 입을 수 있는 경우, 제어 유닛은 분리 배터리를 방전시킴으로써 고정 배터리 대신 분리 배터리가 상기 더 큰 손상을 입도록 할 수 있다.
다른 예로 배터리 유닛은 하나 이상의 분리팩과 고정팩을 포함하되, 분리 배터리는 모두 분리팩 내부에 장착되고, 고정 배터리는 모두 고정팩 내부에 장착될 수 있다.
상기 특성의 두 번째 예시의 경우, 하이브리드 차량은 전기를 이용하여 모터 유닛을 구동하여 주행하며, 다양한 방법으로 차량의 배터리 유닛의 손상을 최소화할 수 있다. 일예로 상기 방법은 (1) 방전, 충전이 가능한 다수의 배터리들을 차량에 장착하는 단계, (2) 배터리들을 용이하게 교체가 가능한 하나 이상의 분리 배터리 및 상대적으로 교체가 용이하지 않은 하나 이상의 고정 배터리로 구분하고, 분리 배터리와 고정 배터리가 각각 독립적으로 방전할 수 있도록 차량에 설치하는 단계, (3) 차량 주행 시 배터리의 온도가 배터리의 적정 방전 온도 범위에 속하면 고정 배터리를 방전하여 모터 유닛에 전기 에너지를 공급하는 단계, 및 (4) 차량 주행 시 배터리의 온도가 배터리의 적정 방전 온도 범위에 속하지 않으면 분리 배터리를 방전하여 모터 유닛에 전기 에너지를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
이에 따라 적정 방전 온도 범위 이내의 온도에서의 방전에 의해 고정 배터리가 입는 비가역적 손상은 최소화하는 반면 상기 적정 방전 온도 범위를 벗어나는 온도에서의 방전에 의해 입는 비가역적 손상은 상기 분리 배터리에 국한시킬 수 있다.
또한 본 명세서의 마이크로 그리드 및 상기 그리드의 다양한 유닛은 다양한 구조적 특성이나 방법 상의 특성을 가진다. 하술의 설명은 상기 구조적 특성, 방법 상의 특성에 대한 예시이다.
상기 특성의 첫 번째 예시의 첫 번째 실시예의 배터리 유닛은 충전과 방전이 가능하며, 충전과 방전이 가능한 하나 이상의 분리 배터리, 충전과 방전이 가능한 하나 이상의 고정 배터리 및 개폐가 가능한 덮개가 장착된 케이스를 포함한다. 특히 분리 배터리와 고정 배터리는 케이스 내부에 장착하되, 분리 배터리는 고정 배터리에 비해 덮개에 더 가까이 장착함으로써, 사용자가 덮개를 개방하였을 때 고정 배터리에 비하여 분리 배터리를 상기 유닛으로부터 분리하기가 용이한 것을 특징으로 한다.
상기 특성의 첫 번째 예시의 두 번째 실시예의 배터리 유닛은 충전과 방전이 가능한 다수의 분리 배터리들 및 고정 배터리들, 분리 배터리들을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 분리형 전기 연결 요소 및 고정 배터리들을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 고정 전기 연결 요소를 포함한다.
배터리 유닛은 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소로부터 전기적 또는 기계적으로 분리하기 위해 필요한 사용자의 조작 횟수가, 고정 배터리를 고정 전기 연결 요소로부터 전기적 또는 기계적으로 분리하기 위해 필요한 사용자의 두 번째 조작 횟수보다 적은 특징을 가질 수 있다. 또는 배터리 유닛은 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소로부터 전기적 또는 기계적으로 분리하기 위해 사용자가 가해야 하는 첫 번째 힘의 크기가 고정 배터리를 상기 고정 전기 연결 요소로부터 기계적으로 분리하기 위해 사용자가 가해야 하는 두 번째 힘의 크기보다 적은 특징을 가질 수 있다. 또는 배터리 유닛은 분리형 전기 연결 요소의 모양을 변형하기 위해 사용자가 가해야 하는 첫 번째 힘의 크기가 고정 전기 연결 요소의 모양을 변형하기 위해 사용자가 가해야 하는 두 번째 힘의 크기보다 적으며, 따라서 사용자가 고정 전기 연결 요소의 모양을 변형하며 고정 배터리를 고정 전기 연결 요소로부터 분리하는 작업에 비해 사용자가 분리형 전기 연결 요소의 모양을 변형하며 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소로부터 분리하는 작업이 상대적으로 용이한 특징을 가질 수 있다.
상기 특성의 첫 번째 예시의 세 번째 실시예의 배터리 유닛은 충전과 방전이 가능한 하나 이상의 분리 배터리와 고정 배터리, 분리 배터리와 배터리 유닛을 전기적으로 연결하는 분리형 전기 연결 요소 및 고정 배터리와 배터리 유닛을 전기적으로 연결하는 고정 전기 연결 요소를 포함할 수 있다.
일예로 배터리 유닛은 분리형 전기 연결 요소와 이에 연결된 분리 배터리를 배터리 유닛에서 전기적 또는 기계적으로 분리하기 위해 필요한 사용자의 조작 횟수가 고정 전기 연결 요소와 이에 연결된 고정 배터리를 배터리 유닛으로부터 분리하기 위하여 필요한 사용자의 조작 횟수보다 적은 특징을 가질 수 있다. 또는 배터리 유닛은 분리형 전기 연결 요소와 이에 연결된 분리 배터리를 상기 유닛으로부터 전기적 또는 기계적으로 분리하기 위해 사용자가 가해야 하는 첫 번째 힘의 크기가 고정 전기 연결 요소와 이에 연결된 고정 배터리를 배터리 유닛으로부터 분리하기 위해 사용자가 가해야 하는 두 번째 힘의 크기보다 적은 특징을 가질 수 있다. 또는 배터리 유닛은 분리형 전기 연결 요소의 모양의 변형을 위해 사용자가 가해야 하는 첫 번째 힘의 크기가 고정 전기 연결 요소의 모양을 변형을 위해 사용자가 가해야 하는 두 번째 힘의 크기보다 적으며, 따라서 사용자가 고정 전기 연결 요소의 모양을 변형하여 고정 배터리 및 이에 연결된 고정 전기 연결 요소를 배터리 유닛으로부터 분리하는 작업에 비하여, 사용자가 분리형 전기 연결 요소의 모양을 변형함으로써 분리 배터리 및 이에 연결된 분리형 전기 연결 요소를 배터리 유닛으로부터 분리하는 작업이 상대적으로 용이한 특징을 가질 수 있다.
상기 특성의 첫 번째 예시의 첫 번째 내지 세 번째 실시예의 다양한 마이크로 그리드나 상기 그리드의 배터리 유닛은 아래의 다양한 세부 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다. 일예로 분리 배터리의 수효보다 고정 배터리의 수효가 클 수 있다. 또는 분리 배터리의 수효보다 고정 배터리의 수효가 적을 수 있다. 또는 분리 배터리와 고정 배터리는 동일한 종류의 2차전지일 수 있다. 또는 상기 2차전지는 리튬 배터리일 수 있다. 또는 분리 배터리와 고정 배터리는 상이한 종류의 2차전지일 수 있다.
또는 배터리 유닛의 온도가 배터리의 적정 방전 온도 범위 이내인 경우에는 고정 배터리가 방전하지만, 배터리 유닛의 온도가 상기 적정 방전 온도 범위에 속하지 않는 경우 분리 배터리가 방전할 수 있다. 따라서 고정 배터리에 비하여 분리 배터리가 상대적으로 더 큰 비가역적 손상을 입으면, 사용자는 분리 배터리를 더 용이하게 상기 유닛으로부터 분리할 수 있다.
상기 특성의 두 번째 예시의 경우, 마이크로 그리드에는 다수의 전기 기기가 연결된다. 상기 그리드는 충전과 방전이 가능한 하나 이상의 분리 배터리와 고정 배터리를 포함하는 배터리 유닛, 배터리 유닛의 방전 및 충전을 제어할 수 있는 제어 유닛을 포함하되, 고정 배터리보다 분리 배터리가 상기 유닛에서 더 용이하게 분리되도록 배터리 유닛에 장착된다. 배터리 유닛의 온도가 배터리의 적정 방전 온도 범위 이내에 속하면 제어 유닛은 고정 배터리를 방전하여 전기 기기를 구동하는 한편, 배터리 유닛의 온도가 상기 범위에 속하지 않는 저온이나 고온이면 제어 유닛은 분리 배터리를 방전하여 전기 기기를 구동할 수 있다. 따라서 고정 배터리에 비해 분리 배터리가 심한 비가역적 손상을 입게 되면 사용자는 고정 배터리에 비해 분리 배터리를 배터리 유닛으로부터 더 용이하게 분리할 수 있는 특징을 가진다.
상기 두 번째 예시의 마이크로 그리드 또는 상기 그리드의 배터리 유닛과 제어 유닛은 아래의 다양한 세부 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다. 일예로 분리 배터리의 수효보다 고정 배터리의 수효가 크거나, 같거나, 적을 수 있다. 또는 분리 배터리와 고정 배터리는 동일한 종류의 2차전지일 수 있다. 2차전지는 리튬 배터리일 수 있다. 또는 분리 배터리와 고정 배터리는 상이한 종류의 2차전지일 수 있다.
또는 배터리 유닛은 분리 배터리 및 고정 배터리를 그 내부에 포함하는 케이스를 포함하고, 케이스는 개폐가 가능한 덮개를 포함하며, 분리 배터리는 고정 배터리에 비해 덮개에 더 가까이 장착될 수 있다. 이에 따라 사용자가 덮개를 개방하였을 때 고정 배터리에 비하여 분리 배터리를 배터리 유닛으로부터 분리하기가 용이한 특징을 가질 수 있다.
또는 배터리 유닛은 분리 배터리들을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 분리형 전기 연결 요소 및 고정 배터리들을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 고정 전기 연결 요소를 포함하되, 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소로부터 전기적 및 기계적으로 분리하는 데 필요한 사용자의 조작 횟수가 고정 배터리를 고정 전기 연결 요소로부터 전기적 및 기계적으로 분리하기 위하여 필요한 사용자의 조작 횟수보다 적은 특징을 가질 수 있다.
또는 배터리 유닛은 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소로부터 기계적으로 분리하기 위하여 사용자가 가해야 하는 첫 번째 힘의 크기가 고정 배터리를 고정 전기 연결 요소로부터 기계적으로 분리하기 위해 사용자가 가해야 하는 두 번째 힘의 크기보다 적은 특징을 가질 수 있다.
또는 배터리 유닛은 분리형 전기 연결 요소의 모양을 변형하기 위해 사용자가 가해야 하는 힘의 크기가 고정 전기 연결 요소의 모양을 변형하기 위하여 사용자가 가해야 하는 힘의 크기보다 적으며, 따라서 사용자가 고정 전기 연결 요소의 모양을 변형하며 고정 배터리를 고정 전기 연결 요소로부터 분리하는 작업에 비해 사용자가 분리형 전기 연결 요소의 모양을 변형하며 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소로부터 분리하는 작업이 상대적으로 용이한 특징을 가질 수 있다.
상기 특성의 세 번째 예시의 첫 번째 실시예에서, 마이크로 그리드에는 다수의 전기 기기가 연결된다. 마이크로 그리드는 충전과 방전이 가능한 하나 이상의 분리 배터리 및 고정 배터리를 포함하는 배터리 유닛, 가연성 연료를 연소하여 발생하는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 발전하는 발전 유닛 및 배터리 유닛의 방전과 충전 및 발전 유닛의 발전을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 특히 배터리 유닛의 온도가 배터리의 적정 방전 온도 범위 이내에 속하면 제어 유닛은 고정 배터리를 방전하여 전기 기기를 구동한다. 배터리 유닛의 온도가 상기 범위에 속하지 않으면 제어 유닛은 발전 유닛의 구동을 통한 발전 및 분리 배터리의 방전 중 하나 이상을 선택하여 전기 기기를 구동하며, 고정 배터리보다 분리 배터리가 더 심한 비가역적 손상을 입으면 사용자는 고정 배터리에 비해 분리 배터리를 배터리 유닛으로부터 더 용이하게 분리할 수 있다는 특징을 가질 수 있다.
상기 세 번째 예시의 다양한 마이크로 그리드 및 상기 그리드의 배터리 유닛은 다양한 세부 특징은 상술의 첫 번째 및 두 번째 예시의 세부 특징과 유사하므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 특성의 네 번째 예시의 첫 번째 실시예는 배터리 유닛의 배터리를 교체하는 방법으로서, 개폐가 가능한 덮개를 포함하는 케이스를 준비하는 단계; 충전과 방전이 가능한 하나 이상의 고정 배터리를 상기 덮개로부터 일정 거리를 두어 케이스 내부에 장착하는 단계; 충전과 방전이 가능한 하나 이상의 분리 배터리를 덮개로부터 상기 거리보다 가깝게 상기 케이스 내부에 장착하는 단계 등을 포함하며, 그 결과 사용자가 덮개를 개방하면 고정 배터리에 비하여 분리 배터리를 배터리 유닛으로부터 교체하기가 용이한 것을 특징으로 하는 배터리 교체 방법이다.
상기 특성의 네 번째 예시의 두 번째 실시예도 배터리 유닛의 배터리를 교체하는 방법으로서, 충전과 방전이 가능한 하나 이상의 고정 배터리를 고정 전기 연결 요소를 이용하여 배터리 유닛에 전기적으로 연결하는 단계 및 충전과 방전이 가능한 하나 이상의 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소를 이용하여 배터리 유닛에 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소로부터 전기적 또는 기계적으로 분리하는 데 필요한 첫 번째 조작 횟수가 고정 배터리를 고정 전기 연결 요소로부터 전기적 또는 기계적으로 분리하기 위해 필요한 두 번째 조작 횟수보다 적도록 분리 배터리와 분리형 전기 연결 요소를 배터리 유닛에 장착하는 단계를 포함할 수 있다.
또는 상기 방법은 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소로부터 기계적으로 분리하기 위하여 사용자가 가해야 하는 첫 번째 힘의 크기가 고정 배터리를 고정 전기 연결 요소로부터 기계적으로 분리하기 위해 사용자가 가해야 하는 두 번째 힘의 크기보다 적도록 분리 배터리와 분리형 전기 연결 요소를 배터리 유닛에 장착하는 단계를 포함할 수 있다.
또는 상기 방법은 분리형 전기 연결 요소의 모양을 변형하기 위해 사용자가 가해야 하는 첫 번째 힘의 크기가 고정 전기 연결 요소의 모양의 변형을 위해 사용자가 가해야 하는 두 번째 힘의 크기보다 적고, 따라서 사용자가 고정 전기 연결 요소의 모양을 변형하며 고정 배터리를 고정 전기 연결 요소로부터 분리하는 첫 번째 작업에 비하여 사용자가 분리형 전기 연결 요소의 모양을 변형하며 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소로부터 분리하는 두 번째 작업이 상대적으로 용이하도록 분리 배터리와 분리형 전기 연결 요소를 배터리 유닛에 장착하는 단계를 포함할 수 있다.
그 결과 상기 방법은 사용자가 분리 배터리를 상기 배터리 유닛으로부터 교체하기가 상기 유닛으로부터 고정 배터리를 교체하는 것에 비하여 용이하다는 특징을 가질 수 있다.
상기 특성의 네 번째 예시의 세 번째 실시예도 배터리 유닛의 배터리를 교체하는 방법으로서, 충전과 방전이 모두 가능한 하나 이상의 고정 배터리를 고정 전기 연결 요소로 배터리 유닛에 전기적으로 연결하는 단계 및 충전과 방전이 가능한 하나 이상의 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소를 이용하여 배터리 유닛에 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.
또는 상기 방법은 상기 특성의 네 번째 예시의 두 번째 실시예와 같이 상기 첫 번째 조작 횟수가 상기 두 번째 조작 횟수보다 적거나, 상기 첫 번째 힘의 크기가 상기 두 번째 힘의 크기보다 적거나, 또는 상기 첫 번째 작업에 비하여 상기 두 번째 작업이 상대적으로 용이한 단계를 포함할 수 있다. 그 결과 상기 방법은 사용자가 고정 배터리에 비하여 분리 배터리를 배터리 유닛으로부터 교체하기가 용이한 특징을 가질 수 있다.
상기 네 번째 예시의 첫 번째 내지 네 번째 실시예의 마이크로 그리드 및 상기 그리드의 다양한 유닛 등은 아래의 다양한 세부 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다. 일예로 상기 방법은 분리 배터리보다 더 많거나 더 적은 수효의 상기 고정 배터리를 장착하는 단계를 포함할 수 있다. 또는 상기 방법은 분리 배터리와 고정 배터리로 동일한 종류의 2차전지를 사용하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 2차전지로 리튬 배터리를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 또는 상기 방법은 상이한 종류의 2차전지를 분리 배터리와 고정 배터리로 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
또는 상기 방법은 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 온도 범위 이내이면 고정 배터리가 방전하는 단계; 배터리 유닛의 온도가 상기 적정 방전 온도 범위에 속하지 않는 경우 분리 배터리가 방전하는 단계; 및 고정 배터리에 비해 분리 배터리가 상대적으로 더 큰 비가역적 손상을 입으면, 사용자는 분리 배터리를 용이하게 배터리 유닛으로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 특성의 다섯 번째 예시의 첫 번째 실시예 다수의 전기 기기가 연결된 마이크로 그리드에 전기 에너지를 제공하는 배터리의 방전과 충전을 제어하는 방법으로, 상기 방법은 충전, 방전이 가능한 고정 배터리를 배터리 유닛에 장착하는 단계; 충전과 방전이 가능한 분리 배터리를 배터리 유닛에 장착하되, 분리 배터리는 고정 배터리에 비하여 배터리 유닛으로부터 더 용이하게 분리되도록 장착하는 단계; 배터리 유닛의 온도가 배터리의 적정 방전 온도 범위 이내이면 고정 배터리를 방전하여 전기 기기를 구동하는 한편 배터리 유닛의 온도가 상기 범위 밖인 저온이나 고온이면 분리 배터리를 방전하여 전기 기기를 구동하는 단계; 및 분리 배터리가 특정 정도의 비가역적 손상을 입으면 사용자는 분리 배터리를 배터리 유닛으로부터 용이하게 분리하여 신규 분리 배터리로 교체할 수 있는 특징을 가질 수 있다.
상기 다섯 번째 예시의 마이크로 그리드 또는 상기 그리드의 다양한 유닛은 아래의 다양한 세부 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다. 일예로 상기 방법은 분리 배터리보다 더 많은 또는 더 적은 수효의 고정 배터리를 장착하는 단계를 포함할 수 있다. 또는 상기 방법은 분리 배터리와 고정 배터리로 동일한 종류의 2차전지를 사용하는 단계를 포함하거나, 상기 2차전지로 리튬 배터리를 사용하는 단계를 포함하거나, 분리 배터리와 고정 배터리로 상이한 종류의 2차전지를 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
또는 상기 방법은 개폐가 가능한 덮개를 포함한 케이스 내부에 분리 배터리와 고정 배터리를 장착하는 단계; 및 분리 배터리를 상기 고정 배터리에 비하여 상기 덮개에 더 가까이 장착하는 단계를 포함하며, 그 결과 사용자가 상기 덮개를 개방하였을 때 상기 고정 배터리에 비하여 상기 분리 배터리를 상기 배터리 유닛으로부터 분리하기가 용이한 특징을 가질 수 있다. 또는 기 방법은 고정 배터리를 고정 전기 연결 요소를 이용해 상기 유닛에 전기적으로 연결하는 단계; 및 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소를 이용하여 상기 유닛에 전기적으로 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
또는 상기 방법은 상기 특성의 네 번째 예시의 두 번째 실시예와 같이 상기 첫 번째 조작 횟수가 상기 두 번째 조작 횟수보다 적거나, 상기 첫 번째 힘의 크기가 상기 두 번째 힘의 크기보다 적거나, 또는 상기 첫 번째 작업에 비하여 상기 두 번째 작업이 상대적으로 용이한 단계를 포함할 수 있다. 그 결과 상기 방법은 사용자가 고정 배터리에 비하여 분리 배터리를 배터리 유닛으로부터 교체하기가 용이한 특징을 가질 수 있다.
하술과 같이 본 명세서는 첫 번째 내지 아홉 번째 예시적 측면에서 다양한 직렬형 하이브리드 차량, 상기 차량에 포함되는 가열 유닛 또는 냉각 유닛, 상기 유닛들을 이용하여 상기 차량의 배터리 유닛의 작동이나 온도를 제어할 수 있는 다양한 제어 유닛 및 이와 관련된 다양한 제어 방법 등을 예시한다. 특히 본 명세서는 상기 차량이나 상기 유닛의 구조 상의 특징, 작동 상의 특징 및 제어 상의 특징 및 이와 관련된 다양한 작동 방법 및 제어 방법을 설명한다.
또한 본 명세서는 하술의 열 번째 내지 열세 번째 예시적 측면에서 다양한 마이크로 그리드, 상기 그리드에 포함되는 가열 유닛 또는 냉각 유닛, 상기 유닛들을 이용하여 상기 그리드의 배터리 유닛의 작동이나 온도를 제어할 수 있는 다양한 제어 유닛 및 이와 관련된 다양한 제어 방법 등을 예시한다. 특히 본 명세서는 상기 그리드나 상기 유닛의 구조 상의 특징, 작동 상의 특징 및 제어 상의 특징 및 이와 관련된 다양한 작동 방법 및 제어 방법을 설명한다.
본 명세서의 하이브리드 차량은 엔진 유닛, 발전 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛, 배터리 유닛, 모터 유닛, 구동 유닛 등을 포함하는 반면, 본 명세서의 마이크로 그리드는 (에너지) 소스, 발전 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛, 배터리 유닛, 전기 기기 등을 포함한다. 단 상기 차량과 상기 그리드에 포함되는 발전 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛 및 배터리 유닛 각각은 서로 동일하거나 유사하다.
따라서 하이브리드 차량 설명 시 발전 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛 및 배터리 유닛의 상세한 구성, 배치, 구동 방법, 구동 순서 등을 설명하는 반면, 마이크로 그리드에 대한 상세한 설명에서는 상기 유닛들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 단 하이브리드 차량(또는 마이크로 그리드)과 관련된 상기 네 개 유닛들의 상세한 구성, 배치, 구동 방법 및 구동 순서 등은 마이크로 그리드(또는 하이브리드 차량)의 상기 네 개 유닛들에게 동일하게 또는 유사하게 적용될 수 있다.
또한 상기 그리드의 (에너지) 소스에는 상기 차량의 엔진 유닛이나 기타 엔진이 포함될 수 있으며, 상기 그리드의 전기 기기에는 상기 차량의 모터 유닛이나 구동 유닛 또는 기타 모터나 구동 요소가 포함될 수 있다. 따라서 하이브리드 차량의 엔진 유닛(또는 마이크로 그리드의 소스)의 상세한 구성, 배치, 구동 방법 및 구동 순서 등은 마이크로 그리드의 소스(또는 하이브리드 차량의 엔진 유닛)에게 동일하게 또는 유사하게 적용될 수 있다. 또한 상기 차량의 모터 유닛(또는 상기 그리드의 전기 기기)의 상세한 구성, 배치, 구동 방법 및 구동 순서 등은 상기 그리드의 소스(또는 상기 차량의 엔진 유닛)에게 동일하게 또는 유사하게 적용될 수 있다.
본 명세서는 첨부된 도면 및 상술과 하술의 설명을 참고로 한다. 단 본 명세서의 예시적 측면들, 각 예시적 측면의 실시예들, 각 실시예의 상세예들은 상이한 형태에 해당할 뿐이다. 따라서 본 명세서의 다양한 직렬형 하이브리드 차량, 마이크로 그리드, 상기 차량 또는 그리드의 배터리 유닛, 가열 유닛 또는 냉각 유닛 및 상기 유닛들을 제어할 수 있는 제어 유닛의 구조 상 또는 작동 상의 특징과 이들의 다양한 제작 방법 및 작동 방법 등은 상이한 구조, 방법, 절차, 작동 실행 순서 등을 통하여 구현될 수도 있다.
따라서 본 명세서의 마이크로 그리드, 차량 또는 상기 차량 또는 그리드의 다양한 유닛 등의 구조 상 또는 작동 상의 특징과 이들의 다양한 제작 방법 또는 작동 방법은 상술 및 하술의 예시적 측면, 실시예 및 상세예에 국한되지 않는다. 오히려 상기 예시적 측면, 실시예 및 상세예는 본 명세서를 완전하고 철저히 설명하기 위한, 그리고 상기 차량이나 다양한 유닛의 구조 상의 특성 및 작동 상의 특성과 이들의 다양한 제작 방법 또는 작동 방법을 이와 관련된 분야의 당업자에게 완전히 알리기 위한, 또한 상기 차량이나 유닛 및 작동 및 제어 등의 범위를 상기 당업자에게 완전히 알리기 위함이다.
상반된 언급이 없는 한, 본 명세서의 도면에서는 설명의 편의를 위하여 상기 차량이나 그리드의 다양한 유닛, 요소, 부위 등을 실제 크기, 비율 등으로 표시하지 않을 수도 있다. 또한 하술의 도면에서 특정 유닛, 요소, 부위, 또는 이들의 작동 순서나 스텝을 동일한 숫자로 나타내면, 이는 상기 유닛, 요소, 부위, 순서, 스텝 등이 서로 동일하거나, 유사하거나, 또는 기능적으로 균등함을 나타낸다.
본 명세서의 다양한 직렬형 하이브리드 차량, 마이크로 그리드 또는 상기 차량 또는 그리드에 포함되는 다양한 유닛들에 대한 다양한 예시적 측면, 실시예 및 상세예는 서로 상이할 수 있지만, 특별한 설명이 없는 한 서로 배타적이지는 않다. 일예로 특정 예시적 측면이나 실시예에서 예시한 차량 또는 그리드나 특정 유닛의 특성, 구조, 작동, 기능, 방법, 작동 실행 순서 또는 특징은 [1] 서로 상충되지 않는 한 또는 [2] 본 명세서에서 예시한 다양한 차량, 그리드 또는 특정 유닛의 목적, 정신 또는 범위로부터 벗어나지 않는 한, 이와 상이한 예시적 측면, 실시예 또는 상세예의 차량, 그리드 또는 유닛 등에 적용될 수 있다.
또한 위 문단의 [1] 또는 [2]의 적용에서, 상기 차량, 그리드 또는 유닛의 특성, 구조, 작동, 기능, 방법, 작동 실행 순서, 특징 등의 일부는 본 명세서의 설명의 자세한 문맥에 따라 수정 또는 생략될 수 있고, 필요한 경우 상이한 부분이 추가될 수 있다.
본 명세서의 예시적 측면, 실시예 또는 상세예의 각 유닛이나 상기 유닛의 요소나 부위 등의 배치 또는 위치도 본 명세서의 다양한 직렬형 하이브리드 차량, 마이크로 그리드 또는 이들의 다양한 유닛의 목적, 정신 또는 범위를 벗어나지 않는 범위에서 수정될 수 있다.
하술의 설명은 본 명세서의 다양한 하이브리드 차량, 마이크로 그리드, 유닛, 상기 유닛의 다양한 요소, 상기 요소의 다양한 부위 등을 이용하여 상기 차량이나 그리드의 배터리 유닛의 온도가 적정 온도 범위 이내에 속하도록 가열 또는 냉각할 수 있는 다양한 구조 또는 제어 방법 등에 관한 것이다.
또는 하술의 설명은 본 명세서의 다양한 하이브리드 차량이나 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 온도가 상기 적정 온도 범위에 속하지 않을 때 상기 유닛이 방전(또는 충전)하더라도, 상기 유닛이 입을 수 있는 비가역적 손상을 최소화할 수 있는 다양한 구조나 제어 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 제어 유닛은 다양한 구조 또는 제어 방법을 통하여 상기 비가역적 손상을 배터리 유닛의 전체가 아닌 일부에만 국한시킬 수 있다.
이 같이 하술의 예시적 측면, 실시예 또는 상세예는 상기 차량, 상기 차량 또는 그리드의 다양한 유닛들, 상기 유닛의 다양한 요소들, 상기 요소의 다양한 부위들 등의 범위를 제한하기 위함이 아니다. 오히려 하술의 예시적 측면, 실시예 또는 상세예는 상기 차량 또는 그리드, 이들의 유닛, 요소나 부위를 보다 더 자세히 설명하기 위함이다.
본 명세서의 다양한 직렬형 하이브리드 차량, 마이크로 그리드, 상기 차량이나 그리드의 다양한 유닛, 이들의 사용 방법 및 제어 방법 등의 범위는 하술의 청구항에 의해서만 결정된다. 특히 상기 차량이나 그리드, 상기 차량과 그리드의 다양한 유닛들 및 이와 관련된 다양한 방법과 관련된 청구항의 범위에는 상기 차량, 그리드, 이들의 유닛 및 방법의 균등 차량, 균등 그리드, 균등 유닛 및 균등 방법도 포함된다.
하술에서는 첨부한 도면을 참고하여 다양한 직렬형 하이브리드 차량, 마이크로 그리드, 상기 차량이나 그리드의 다양한 요소 등의 구조, 제어 및 관련 방법에 대한 다양한 예시적 측면, 실시예 및 상세예를 자세히 설명한다. 이를 통해 관련 분야의 당업자는 상기 차량, 그리드, 이들의 다양한 유닛, 이와 관련된 제어 및 작동 방법 등을 용이하게 이해하고, 이를 제작하며, 사용할 수 있다.
1. 직렬형 하이브리드 차량의 배터리 유닛의 온도 조절을 위한 구조 및 방법
본 명세서의 첫 번째 예시적 측면의 직렬형 하이브리드 차량은 배터리 유닛, 제어 유닛 및 가열 유닛과 냉각 유닛 중 최소 하나 이상의 유닛을 포함하되, 제어 유닛이 가열 유닛 또는 냉각 유닛을 제어하여 배터리 유닛의 전부 또는 일부의 온도를 제어하는 것을 특성으로 한다.
[도1]은 본 명세서의 첫 번째 예시적 측면에 따르는 직렬형 하이브리드 차량을 나타내되, 상기 차량의 바퀴, 몸체 등은 생략한 개략도이다. 상기 하이브리드 차량은 기어 유닛, 브레이크 유닛, 트랜스미션, 속도계, 연료 용기, 전조등(headlight), 미등(tail light) 등과 같이 기존의 차량이 포함하는 다양한 유닛, 요소 등을 포함할 수도 있다.
[도1]에서와 같이 직렬형 하이브리드 차량은 엔진 유닛(110), 발전 유닛(120), 배터리 유닛(150), 모터 유닛(160) 및 구동 유닛(170)을 포함한다. 또한 상기 차량은 가열 유닛(130)과 냉각 유닛(140) 중 하나를, 또는 이들을 다 포함할 수 있다. 단 [도1]은 상기 유닛들의 기계적 구조 대신 기능적 구조를 예시하며, 특히 전기적 연결 및 에너지 제공 경로들을 예시한다. 따라서 상기 유닛들이 본 명세서의 다양한 차량에 장착되며 하술의 설명과 같이 전기적으로 연결되는 한, 상기 유닛들은 [도1]에서 예시한 위치나 순서와 상이한 위치 또는 순서에 따라 연결될 수 있다.
[도1]에는 표시되어 있지 않지만, 상기 차량은 하나 이상의 제어 유닛을 포함한다. 이에 따라 하술에서 상기 차량은 제어 유닛을 통하여 다수의 유닛의 작동을 제어하는 것으로 한다. 특히 상기 제어 유닛은 엔진 유닛(110)의 제어를 담당하는 엔진 제어 요소(element), 발전 유닛(120)의 제어를 담당하는 발전 제어 요소, 배터리 유닛(150)의 제어를 담당하는 배터리 제어 요소, 모터 유닛(160)의 제어를 담당하는 모터 제어 요소, 구동 유닛(170)의 제어를 담당하는 구동 제어 요소, 가열 유닛(130)의 제어를 담당하는 가열 제어 요소, 냉각 유닛(140)의 제어를 담당하는 냉각 제어 요소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제어 유닛이 포함하는 상기 다양한 제어 요소들은 해당하는 요소 내부 또는 그 주변에 각각 설치되거나, 또는 단일의 몸체의 (중앙) 제어 요소의 형태로 제작될 수 있다.
따라서 제어 유닛이나 제어 요소들이 본 명세서에서 예시한 다양한 제어를 수행하는 한, 제어 유닛이나 제어 요소들의 상세한 형태, 구조, 배치나 위치는 중요하지 않다. 또 설명의 편의를 위하여 본 명세서의 "제어 유닛"은 상기 중앙 제어 요소 또는 7개의 유닛 제어 요소 중 하나 이상을 통칭하는 것으로 한다.
엔진 유닛(110)은 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 하나 이상의 기존의 엔진을 포함하며, 이러한 엔진의 예로는 가솔린(또는 디젤)을 연료로 사용하는 가솔린(또는 디젤) 엔진, 프로판(또는 액화 석유, 천연) 가스를 연료로 사용하는 프로판(또는 액화 석유, 천연) 엔진, 수소를 연료로 사용하는 수소 엔진 등이 있다. 또는 엔진 유닛(110)은 상술의 엔진들과는 상이한 기존의 내연기관 엔진을 포함할 수도 있다.
엔진 유닛(110)은 엔진이 생성하는 기계적 에너지(EENG) 또는 파워(PENG, 단위 시간 당 에너지 발생량)를 발전 유닛(120)에 제공한다. 제어 유닛(또는 제어 요소)는 상기 에너지나 파워의 양을 제어할 수 있으며, 상기 양은 일반적으로 엔진 용량(일예로 실린더 내부의 총 부피), 회전수, 효율 등에 따라 변할 수 있다. 또는 상기 양은 발전 유닛(120)이 필요로 하는 전기 에너지 또는 전기 파워에 따라 변할 수 있다.
엔진 유닛(110)은 기존 엔진에 포함된 다양한 부품을 포함할 수 있다. 일예로 엔진 유닛(110)은 피스톤, 실린더, 밸브 등을 포함할 수 있다. 다수의 피스톤과 실린더를 포함하는 엔진은 배전기(distributor)를 포함할 수 있다. 엔진 유닛(110)은 기존의 공냉식 요소나 수냉식 요소를 이용하여 엔진 유닛(110)을 냉각할 수 있다. 엔진 유닛(110)이 에너지나 파워를 생성한 후 이의 최소한 일부를 발전 유닛(120)으로 제공할 수 있는 한, 엔진 유닛(110)은 하이브리드 차량의 다양한 위치에 장착될 수 있다.
발전 유닛(120)은 엔진 유닛(110)이 생성하여 제공하는 기계적 에너지나 파워를 전기 에너지나 파워로 변환하는 하나 이상의 기존의 발전 요소(generator)를 포함할 수 있다. 기존의 발전 요소의 예로는 회전 계자형(revolving field type) 발전 요소, 회전 전기자형(revolving amateur type) 발전 요소 등이 있고, 상기 발전 요소는 교류 발전 요소 또는 직류 발전 요소일 수 있다. 특히 발전 요소가 교류 전류를 생성하는 경우, 발전 유닛(120)은 정류기(rectifier)를 이용하여 상기 교류 전기를 직류 전기로 변환한 후, 하술의 배터리 유닛(150)에 제공할 수 있다.
발전 유닛(120)은 다양한 수효나 종류의 발전 요소를 이용해 EGEN,T의 전기 에너지 또는 PGEN,T의 전기 파워를 생성할 수 있다. 발전 유닛(120)은 상기 에너지나 파워의 전부나 일부를 [1] 배터리 유닛(150)에 EGEN,B 또는 PGEN,B만큼 제공하거나, [2] 가열 유닛(130)에 EGEN,H 또는 PGEN,H만큼 제공하거나, [3] 냉각 유닛(140)에 EGEN,C 또는 PGEN,C만큼 제공하거나, 또는 [4] 배터리 유닛(150)을 거치지 않은 채 직접 모터 유닛(160)에 EGEN,M또는 PGEN,M만큼 제공할 수 있다.
상술과 같이 발전 유닛(120)이 두 개 이상의 유닛에 에너지나 파워를 제공할 때, 전기 저항 또는 누전 등의 손실이 없다면, 상기 유닛들에 제공된 에너지나 파워의 합은 각각 EGEN,T 또는 PGEN,T에 해당할 수 있다. 물론 상기 에너지 또는 파워는 발전 유닛(120)의 발전 용량, 전기적 특성, 발전 효율 등은 물론, 엔진 유닛(110)이 제공하는 기계적 에너지 또는 기계적 파워의 양에 따라 변할 수 있다.
제어 유닛 또는 발전 제어 요소는 발전 유닛(120)이 생성하는 전기 에너지나 파워의 양의 제어, 다양한 유닛에 제공하는 상기 에너지나 파워의 양 등을 제어할 수 있다. 제어 유닛이나 발전 제어 요소는 발전 유닛(120)의 외부 또는 주변에 배치할 수 있다. 또는 발전 유닛(120)은 자신이 생성하는 전기 에너지나 파워의 양의 제어, 상기 에너지나 파워의 제공 등을 자체적으로 제어할 수 있다. 이 경우 발전 유닛(120) 중 상기 제어를 담당하는 부분을 발전 제어 요소로 간주할 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 상기 부분을 제어 유닛으로 지칭할 수도 있다.
배터리 유닛(150)은 하나 이상의 기존 배터리를 포함하며, 배터리는 (재)충전이 가능한, 기존 2차전지일 수 있다. 배터리 유닛(150)은 발전 유닛(120)으로부터 전기 에너지(EGEN,B)나 파워(PGEN,B)를 공급받아 충전된다. 일반적으로 배터리 유닛(150)은 발전 유닛(120)으로부터 배터리 방전 전, 중, 또는 후, 에너지 또는 파워를 공급받으며 충전될 수 있다.
배터리 유닛(150)은 방전을 통하여 전기 에너지(EBAT)나 전기 파워(PBAT)를 모터 유닛(160)에 공급할 수 있다. 일반적으로 배터리 유닛(150)은 배터리의 충전 전, 도중, 또는 후 방전을 통하여 모터 유닛(160)에 전기 에너지나 파워를 공급할 수 있다.
특히 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 벗어난 저온이나 고온에서의 배터리 방전(또는 충전)은 배터리 양극, 음극, 전해 물질 등에 비가역적 손상을 입을 수 있고, 배터리는 용량을 상실(battery capacity loss)할 수 있다. 따라서 배터리의 성능을 유지하기 위해서는 배터리를 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 이내에서 방전(또는 충전)함이 바람직하다.
배터리의 적정 방전 온도 범위와 적정 충전 온도 범위는 일반적으로 일치하지 않는다. 따라서 특정 온도에서 배터리 유닛(150)을 방전(또는 충전)하더라도 상기 배터리의 성능에 최소한의 영향만 주지만, 동일한 온도에서 상기 유닛(150)을 충전(또는 방전)하면 배터리의 성능에 악영향을 줄 수도 있다.
따라서 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 온도(즉 TBU)나 외부 온도에 따라 배터리 유닛(150)의 방전과 충전을 개별적으로 제어할 수 있다. 일예로 제어 유닛은 특정 온도에서 배터리 유닛(150)이 방전하도록 하지만 충전은 방지하거나, 또는 충전은 허용하지만 방전은 금지할 수 있다. 상기 구조는 아래에서 자세히 설명하기로 한다.
설명의 편의를 위하여 본 명세서에서는 적정 방전(discharge) 온도 범위의 최고 온도와 최저 온도를 각각 TD-Max 및 TD-Min으로 표시하기로 하는 한편, 적정 충전(charge) 온도 범위의 최고 온도와 최저 온도를 각각 TC-Max 및 TC-Min로 표시하기로 한다. 즉 적정 방전 온도 범위는 TD-Min부터 TD-Max이고, 적정 충전 온도 범위는 TC-Min부터 TC-Max이다.
상술과 같이 상기 최고 온도, 최저 온도 및 적정 온도 범위는 다양한 제조사, 제어 유닛 또는 사용자가 설정할 수 있다. 일예로 저온 또는 고온 방전(또는 충전)에 의한 배터리 손상, 배터리 용량 상실 등을 최소화하려면 방전(또는 충전) 온도 범위를 좁게 설정할 수 있다. 반대로 배터리 손상 및 배터리 교체 비용 등에 비하여, 상기 온도 범위를 벗어난 저온 또는 고온에서 시동 스위치를 켜는 즉시 차량 주행이 더 중요한 경우에는 상기 온도 범위를 넓힐 수도 있다.
모터 유닛(160)은 배터리 유닛(150)이 제공하는 에너지(EBAT)나 파워(PBAT)를 이용하여 구동 유닛(170)을 구동하도록 한다. 이를 위해 모터 유닛(160)은 하나 이상의 기존의 직류 모터 또는 교류 모터를 포함할 수 있고, 기존 모터의 예로는 브러시(brushed) 모터, 무브러시(brushless) 모터, 유도(induction) 모터 등은 물론 전기 에너지 또는 파워를 기계적 에너지나 파워로 변환할 수 있는 기타 기존의 모터 등이 있다. 모터 유닛(160)이 교류 모터를 포함하는 경우, 본 명세서의 하이브리드 차량은 인버터를 이용하여 배터리 유닛(150)이 방전하는 직류 전류를 교류 전류로 변환한 후, 상기 모터를 구동할 수 있다.
구동 유닛(170)은 직렬형 하이브리드 차량을 움직일 수 있는 하나 이상의 기존의 구동축(driving axle)을 포함할 수 있다. 이를 위해 구동축의 일단에는 바퀴나 레일이 장착될 수 있고, 상기 차량은 이륜, 삼륜 또는 사륜 오토바이, 삼륜이나 사륜 승용차, 삼륜이나 사륜 화물차 등 다양한 운송 수단을 포함할 수 있다. 구동 유닛(170)은 차량의 종류에 적합한 모양이나 크기를 가지도록 제작할 수 있다.
가열 유닛(130)은 하나 이상의 기존의 열 발생 요소를 포함한다. 발전 유닛(120)으로부터 에너지(EGEN,H) 또는 파워(PGEN,H)를 공급받은 가열 유닛(130)은 QH만큼의 열을 발생할 수 있으며, 상기 열을 단위 시간 당 QH/Δt의 속도로 배터리 유닛(150)에 제공하도록 제작한다. 가열 유닛(130)은 열전도(conduction) 또는 대류(convection)를 이용하여 열을 배터리 유닛(150)에 공급하여, 배터리 유닛(150), 상기 유닛(150)의 하나 이상의 배터리, 또는 하나 이상의 배터리 팩의 온도를 증가시킬 수 있도록 제작한다.
가열 유닛(130)이 열전도에 의존하면, 열 발생 요소는 배터리 유닛(150)의 배터리에 가능한 한 가깝게 배치함이 유리하다. 반면 대류에 의존하는 가열 유닛(130)은 공기를 가열하고, 가열된 공기가 배터리를 가열한다. 따라서 열전도에 의존하는 가열 유닛(130)에 비해, 대류에 의존하는 가열 유닛(130)은 배터리 유닛(150)의 외부나 내부로 주입되는 공기를 가열할 수 있는 위치에 설치할 수 있다.
가열 유닛(130)은 적정 전기 저항을 가진 선, 코일, 판, 박막 등의 형태를 가진 금속 또는 비금속의 열 발생 요소를 포함하며, 상기 열 발생 요소는 전기 에너지나 파워를 공급받아 이를 열로 변환할 수 있다. 또는 가열 유닛(130)은 전기 에너지나 파워를 공급받은 후 펠티어(Peltier) 효과, 시벡(Seebeck) 효과, 톰슨(Thomson) 효과 등에 의해 열을 방출할 수 있는 하나 이상의 열전기 요소(thermoelectric element)를 열 발생 요소로 포함할 수도 있다.
가열 유닛(130)은 전기 에너지나 파워를 열로 변환할 수 있는 기타 기존 요소를 이용하여 열을 발생할 수 있다. 기존의 다양한 열 발생 요소는 다양한 물질로 이루어질 수 있고, 다양한 크기나 모양으로 제작될 수 있다. 따라서 열 발생 요소는 배터리 유닛(150)의 내부나 외부, 상기 유닛(150) 내부에 장착된 배터리 또는 배터리 팩의 내부나 외부 등의 다양한 위치에 배치될 수 있다.
[도2]는 열전기 요소의 일예인 펠티어 열 발생 요소의 작동을 나타내는 개략도이다. [도2]와 같이 전기 에너지 또는 파워가 펠티어 열 발생 요소에 공급되면, 상기 요소의 한 쪽 면은 가열되지만, 반대쪽 면은 냉각된다. 따라서 펠티어 열 발생 요소를 이용할 때 상기 요소의 위치나 방향이 적합하지 않으면, 상기 요소의 가열면을 접촉하는 배터리의 온도는 증가하는 반면, 동일한 요소의 냉각면을 접촉하거나 상기 냉각면에 근접한 배터리의 온도는 감소할 수 있다.
배터리 유닛(150)이 단일의 배터리 팩 형태로 제작되면, 가열 유닛(130)은 배터리 팩의 케이스의 외부나 내부를 직접 접촉하도록 또는 상기 외부나 내부로부터 특정 거리가 되도록 배치함으로써, 배터리 팩에 열을 효과적으로 전달할 수 있다. 가열 유닛(130)은 상기 케이스 내부에 배치할 수 있고, 하나 이상의 배터리에 열을 효율적으로 전달할 수 있는 위치 및 거리에 배치할 수 있다.
반면 배터리 유닛(150)이 서로 격리된 다수의 배터리 팩 형태로 제작되는 경우, 가열 유닛(130)은 하나 이상의 열 발생 요소를 하나 이상의 배터리 팩에 배치할 수 있다. 특히 배터리 유닛(150)이 분리팩과 고정팩을 포함하면, 가열 유닛(130)은 하나 이상의 열 발생 요소들을 분리팩과 고정팩에 동일한 또는 상이한 수효 또는 패턴으로 배치할 수 있다. 따라서 제어 유닛은 열 발생 요소들을 이용하여 분리팩을 먼저 가열하거나, 고정팩을 먼저 가열하거나, 분리팩을 가열한 후 순차적으로 고정팩을 가열하는 등 다양한 가열 패턴에 따라 분리팩과 고정팩의 온도를 제어할 수 있다.
또한 가열 유닛(130)은 열 발생 요소와는 상이한, 열전도도가 높은 물질로 이루어진 다양한 모양의 열 전달 요소를 포함할 수 있다. 열 전달 요소는 열 발생 요소를 직접 접촉하도록 또는 열 발생 요소의 주변에 배치할 수 있다.
열 전달 요소는 열 발생 요소가 발생한 열을 열전도를 통하여 전달하는 통로 역할을 담당한다. 따라서 배터리 유닛(150) 내부에 장착되었지만 열 발생 요소를 직접 접촉하지 않는 배터리나 배터리 팩은 열 발생 요소가 생성한 열을 이로부터 직접 전달받는 대신, 열 전달 요소를 통하여 간접적으로 전달받을 수 있다. 열 전달 요소의 예로는 금속은 물론 열전도도가 높은 플라스틱 등이 있다.
[도1]에 도시하지는 않았지만, 가열 유닛(130)은 발전 유닛(120) 대신 배터리 유닛(150)으로부터 에너지, 파워 등을 공급받아 열을 발생할 수 있다. 이에 따라 제어 유닛은 엔진 유닛(110)이 가동되기 전 배터리 유닛(150)을 방전하여 가열 유닛(130)을 가동할 수 있고, 그 결과 배터리 유닛(150)은 엔진 유닛(110)이 가동되기 전 배터리 유닛(150)의 방전과 동시에 가열될 수 있다. 이 경우에도 가열 유닛(130)은 배터리 유닛(150) 내부에 포함된 하나 이상의 배터리 또는 배터리 팩에 열을 전달할 수 있다.
배터리 유닛(150)의 온도(TBU)가 TD-Min보다 낮을 때 배터리를 방전하면, 배터리의 양극(anode) 또는 음극(cathode)이 비가역적으로 손상되어 배터리의 성능이 저하될 수 있다. 이 때 가열 유닛(130)은 상기 배터리의 양극 또는 음극에 집중적으로 열을 공급하여 양극 또는 음극의 손상을 최소화할 수 있다.
또는 TBU가 배터리의 TD-Min보다 낮을 때 배터리를 방전하면 배터리 전해질이 손상될 수 있는 경우, 가열 유닛(130)은 하나 이상의 배터리의 외부에 전체적으로 열을 전달하여, 전해질의 온도를 상승시킬 수 있다. 또한 위의 문단과 본 문단에서 예시한 구조는 배터리의 TC-Min보다 낮은 온도에서 배터리를 충전할 때에도 사용할 수 있다.
냉각 유닛(140)은 하나 이상의 기존의 냉각 요소를 포함한다. 냉각 유닛(140)은 발전 유닛(120)으로부터 에너지(EGEN,C)나 파워(PGEN,C)를 공급받은 후, 배터리 유닛(150)의 열 에너지를 QC만큼 흡수하거나 또는 QC/Δt의 속도로 흡수함으로써, 배터리 유닛(150) 또는 배터리의 온도를 감소시킬 수 있다. 상기 냉각 유닛(140)은 열전도나 대류를 이용하여 배터리 유닛(150)의 온도를 감소시킨다. 특히 냉각 유닛(140)은 배터리 유닛(150)의 외부나 내부의 온도, 상기 유닛(150) 내부의 하나 이상의 배터리 또는 하나 이상의 배터리 팩의 온도를 감소시킬 수 있도록 제작한다.
열전도에 의존하는 냉각 유닛(140)의 냉각 요소는 배터리 유닛(150)의 배터리에 가깝게 배치하는 것이 유리하다. 반면 대류에 의존하는 냉각 유닛(140)은 공기를 냉각한 후 냉각 공기를 이용하여 배터리의 온도를 감소시킬 수 있다. 따라서 열전도에 의존하는 냉각 유닛(140)에 비하여, 대류에 의존하는 냉각 유닛(140)의 위치는 배터리 유닛(150)의 외부나 내부로 냉각된 공기를 주입할 수 있는 한 상대적으로 중요하지 않을 수 있다.
냉각 유닛(140)은 전기 에너지나 파워를 공급받으면 펠티어 효과, 시벡 효과 또는 톰슨 효과에 의하여 열을 흡수할 수 있는 열전기 요소(thermoelectric element) 형태의 냉각 요소를 하나 이상 포함할 수 있다. 또는 냉각 유닛(140)은 전기 에너지나 파워를 이용하여 열을 흡수할 수 있는 기타 냉각 요소를 하나 이상 포함할 수 있다. 기존의 다양한 냉각 요소는 다양한 물질로 이루어질 수 있고, 다양한 크기나 모양으로 제작될 수 있다. 따라서 냉각 요소는 배터리 유닛(150)의 내부나 외부, 상기 유닛(150) 내부에 장착된 배터리의 내부나 외부 등의 다양한 위치에 배치될 수 있다.
위의 [도2]는 열전기 요소로 이용되는 펠티어 냉각 요소의 작동을 나타내기도 한다. [도2]와 같이 전기 에너지나 파워가 펠티어 냉각 요소에 공급되면, 상기 요소의 한 쪽 면은 냉각되지만 반대면은 가열된다. 따라서 펠티어 냉각 요소를 이용하여 열을 흡수할 때, 상기 요소의 위치나 방향이 적합하지 않을 경우, 펠티어 냉각 요소의 냉각면을 접촉하는 배터리의 온도는 감소하지만, 동일한 냉각 요소의 가열면을 접촉하는 배터리의 온도는 증가할 수 있다.
배터리 유닛(150)이 단일의 배터리 팩 형태로 제작되면, 냉각 유닛(140)은 배터리 팩의 케이스의 외부나 내부를 직접 접촉하도록 또는 상기 외부나 내부로부터 특정 거리가 되도록 배치함으로써, 배터리 팩의 열을 흡수하도록 배치할 수 있다. 냉각 유닛(140)은 케이스 내부에 배치할 수 있고, 냉각 유닛(140)은 하나 이상의 배터리 또는 배터리 팩의 열을 효율적으로 흡수할 수 있는 위치 및 거리에 배치할 수 있다.
배터리 유닛(150)이 서로 격리된 다수의 배터리 팩들 형태로 제작되면, 냉각 유닛(140)도 다수의 냉각 요소들을 포함하고, 이들을 각 배터리 팩에 배치할 수 있다. 특히 배터리 유닛(150)이 상술의 분리팩과 고정팩을 포함하면, 냉각 유닛(140)은 하나 이상의 냉각 요소를 분리팩과 고정팩에 동일한 또는 상이한 수효나 패턴으로 배치할 수 있다. 따라서 제어 유닛은 냉각 요소들을 이용하여 분리팩 또는 고정팩을 먼저 냉각하거나, 분리팩을 냉각한 후 순차적으로 고정팩을 냉각하는 등의 다양한 패턴으로 분리팩의 온도, 고정팩의 온도 또는 배터리 유닛(150)의 온도를 제어할 수 있다.
냉각 유닛(140)도 상기 냉각 요소와는 상이한, 열전도도가 높은 물질로 이루어진 다양한 모양의 열 전달 요소를 포함할 수 있다. 특히 열 전달 요소는 냉각 요소에 직접 기계적으로 접촉되도록 배치하거나 또는 냉각 요소 주변에 배치할 수 있다.
특히 열 전달 요소는 배터리가 발생한 열을 열전도를 통하여 냉각 요소로 전달하는 통로 역할을 담당할 수도 있다. 이에 따라 배터리 유닛(150) 내부에 장착되었지만 냉각 요소를 직접 접촉하지 않는 배터리나 배터리 팩은 자신이 발생한 열을 냉각 요소로 직접 전달하는 대신, 전달 요소를 통하여 간접적으로 냉각 요소에 전달할 수 있다. 상기 열 전달 요소의 예로는 금속은 물론 열전도도가 높은 플라스틱 등이 있다.
[도1]에 도시하지는 않았지만, 냉각 유닛(140)은 발전 유닛(120) 대신 배터리 유닛(150)으로부터 전기 에너지나 파워를 직접 공급받으며 배터리의 열을 흡수할 수 있다. 따라서 제어 유닛은 엔진 유닛(110)의 가동 전 배터리 유닛(150)을 방전하여 냉각 유닛(140)을 가동할 수 있다. 그 결과 배터리 유닛(150)은 엔진 유닛(110)이 가동되기 전, 배터리 유닛(150)의 방전과 동시에 냉각될 수도 있다. 이 때에도 냉각 유닛(140)은 배터리 유닛(150) 내부의 하나 이상의 배터리 또는 배터리 팩의 열을 흡수할 수 있다.
상술과 같이 배터리 유닛(150)의 온도가 TD-Max보다 높을 때 배터리를 방전하면, 배터리 양극(anode), 음극(cathode) 등이 비가역적으로 손상되어 배터리의 성능이 저하될 수 있다. 이 때 냉각 유닛(140)은 양극이나 음극의 열을 집중적으로 흡수함으로써 양극이나 음극의 손상을 막거나 최소화할 수 있다.
반면 TBU가 TD-Max보다 높을 때 배터리 방전이 배터리의 전해질을 손상할 수 있으면, 냉각 유닛(140)은 배터리의 외부로부터 전체적으로 열을 흡수하여, 배터리 전해질을 냉각시킬 수 있다. 또한 위의 문단 및 본 문단에서 예시한 구조는 TC-Max보다 높은 온도에서 배터리를 충전할 때에도 적용할 수 있다.
상술의 첫 번째 예시적 측면의 하이브리드 차량, 상기 차량의 배터리 유닛, 제어 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛 등은 상술과는 상이한 구조로 변형 또는 개량되거나, 상술과는 상이한 방법으로 구동되거나 제어될 수 있다.
상술의 첫 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량의 첫 번째 실시예는 배터리 유닛의 방전 및 충전 제어에 대한 것이다. 일예로 본 명세서 전체에서, 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전과 동시에 충전하도록 제어할 필요는 없다. 왜냐하면 배터리 유닛의 방전은 상기 차량의 주행에는 필수 요소일 수 있지만, 배터리 유닛의 충전은 반드시 상기 차량의 주행의 필수 요소는 아니기 때문이다.
일예로 제어 유닛은 배터리 유닛과 발전 유닛을 동시에 구동할 수 있으며, 차량 주행 중 제어 유닛은 배터리 유닛을 방전하는 동시에 충전할 수 있다. 또는 제어 유닛은 모터 유닛은 구동하지만 발전 유닛은 구동하지 않을 수 있고, 따라서 주행 중 제어 유닛은 배터리 유닛은 방전하나, 충전하지 않을 수 있다. 또는 제어 유닛은 발전 유닛은 구동하지만 모터 유닛은 구동하지 않을 수 있다. 따라서 차량이 정지했을 때, 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전은 중단시키지만 배터리 유닛을 충전할 수 있다.
제어 유닛의 관점에서 배터리 유닛의 방전과 충전은 두 개의 상이한, 독립적 작업들일 수 있다. 따라서 제어 유닛 관점에서 보면 배터리 유닛의 방전과 충전은 동시에 수행해야 하는 작업들이거나, 방전(또는 충전) 작업이 충전(또는 방전) 작업보다 먼저 수행해야 하는 작업일 수 있다.
또는 제어 유닛의 관점에서 배터리 유닛의 방전과 충전은 둘 중 하나만 실행해야 하는 작업일 수 있다. 일예로 사용자가 스위치를 끄면, 배터리 유닛의 방전 작업은 제어 유닛이 중단해야 하는 작업이나, 상기 유닛의 충전 작업은 제어 유닛이 시작해야 할 작업일 수 있다. 또는 사용자가 스위치를 켰을 때, 방전 작업은 제어 유닛이 시작해야 할 작업이나, 충전 작업은 시작할 필요가 없는 작업일 수 있다.
상술과 같이 배터리 유닛이 반드시 방전과 동시에 충전될 필요가 없기 때문에, 배터리 유닛의 온도가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위에 속하지 않더라도, 제어 유닛은 가열 유닛과 냉각 유닛을 동시에 가동할 필요도 없다. 이에 따라 제어 유닛은 가열 유닛과 냉각 유닛을 동시에 가동하거나, 가열 유닛은 가동하지만 냉각 유닛은 가동하지 않거나, 냉각 유닛은 가동하지만 가열 유닛은 가동하지 않거나, 또는 가열 유닛과 냉각 유닛을 모두 가동하지 않을 수 있다.
상술의 첫 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량의 두 번째 실시예는 가열 유닛에 대한 것으로서, 상술과 달리 가열 유닛은 전도나 대류가 아니라 복사(radiation)를 이용하여 배터리 유닛, 특정 배터리 또는 배터리 팩을 가열할 수 있다. 이를 위하여 가열 유닛은 에너지가 공급되면 온도가 증가하며 복사열을 발생할 수 있는 기존의 열 발생 요소를 포함할 수 있다.
상술의 첫 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량의 세 번째 실시예는 배터리 유닛에 대한 것으로서, 상기 예시와는 달리 배터리 유닛은 하나 이상의 3차전지를 포함할 수 있다. 기존의 3차전지는 다양한 연료의 산화-환원 반응을 통하여 에너지를 생성하며, 3차 전지의 예로는 양성자 막 연료 전지(proton-exchange membrane fuel cell), 알칼리 연료 전지(alkaline fuel cell), 인산형 연료 전지(phosphoric acid fuel cell), 고체 산화물 연료 전지(solid oxide fuel cell), 용융 탄산염 연료 전지(molten carbonate fuel cell) 등이 있다.
이 경우 배터리 유닛은 하나 이상의 2차전지와 하나 이상의 3차전지를 포함하거나, 또는 2차전지 없이 3차전지만 포함할 수 있다. 또한 배터리 유닛에 하나 이상의 3차전지가 포함됨에 따라 상기 차량은 3차전지의 연료를 저장할 수 있는 저장 요소를 포함할 수 있다.
상술의 첫 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량 및 상기 차량의 다양한 유닛의 기타 구조 상의 특징 또는 기타 구동 방법, 제어 방법 등은, 서로 상충되지 않는 한, 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
2. 주행 중인 직렬형 하이브리드 차량의 배터리 유닛의 온도 제어 및 방법
본 명세서의 두 번째 예시적 측면은 주행 중인 직렬형 하이브리드 차량의 배터리 유닛의 온도 제어를 위한 다양한 구조 및 제어 방법에 관한 것이다. 특히 본 두 번째 예시적 측면의 차량은 다양한 작동 실행 순서에 의하여 작동될 수 있고, 특히 차량의 엔진 유닛, 발전 유닛, 배터리 유닛 및 가열 유닛과 냉각 유닛 역시 다양한 순서에 따라 작동될 수 있다.
상술과 같이 하이브리드 차량의 다양한 유닛의 제어는 제어 유닛, 또는 제어 유닛의 다양한 요소(일예로 엔진 제어 요소, 발전 제어 요소, 배터리 제어 요소, 모터 제어 요소, 구동 제어 요소 등)가 담당할 수도 있다. 하지만 설명의 편의를 위하여, 본 명세서에서는 제어 유닛이 상기 순서 및 각 순서의 특성들을 제어하는 것으로 한다.
[도3]은 본 명세서의 두 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다. 특히 본 실시예는 하이브리드 차량이 배터리 유닛(150)의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 이내에서 구동하는 경우이다. 배터리 유닛(150)은 방전하며 EBAT나 PBAT를 모터 유닛(160)에 공급하고, 모터 유닛(160)은 이를 이용하여 구동 유닛(170)을 구동하며, 차량은 EBAT 또는 PBAT에 의하여 결정되는 속도로 주행할 수 있다.
차량 주행 중 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다. 이를 위하여 제어 유닛이 엔진 유닛(110)을 구동하면, 엔진 유닛(110)은 EENG나 PENG를 발전 유닛(120)에 공급하고, 발전 유닛(120)은 EGEN,B나 PGEN,B를 배터리 유닛(150)에 공급하며, 상기 유닛(150)은 이를 이용해 충전을 시작할 수 있다.
제어 유닛은 다양한 충전 개시 시점에 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다. 충전 개시 시점은 배터리 유닛의 상태에 근거하여 설정할 수 있고, 상기 충전 개시 시점의 예로는 [1] 배터리 유닛(150)의 충전률이 특정 값에 도달하거나 또는 그 이하로 떨어지는 시점, [2] 배터리 유닛(150)의 방전 깊이(즉 방전률)가 특정 값에 도달하거나 그 이상으로 증가하는 시점, [3] 배터리 유닛(150)의 전압(또는 전류)이 방전 종료(end-of-discharge) 전압(또는 전류)에 도달하거나 그 이하로 떨어지는 시점, [4] 이전 충전 후 특정 시간이 경과하는 시점, [5] 이전 충전 후 특정 거리를 주행하는 시점, [6] 제어 유닛이 미리 설정한 시점 등이 있다. 단 [1] 내지 [6]의 경우, 차량은 정지 상태(시동 스위치가 꺼진 경우), 정차 상태(시동 스위치가 켜지고, 차량이 주행 중 멈춘 경우), 또는 주행 중일 수 있다.
또는 상기 충전 개시 시점은 사용자에 의하여 결정될 수도 있다. 이러한 충전 개시시점의 예로는 [7] 정지 상태인 차량의 시동 스위치를 사용자가 켜는 시점, [8] 사용자가 정차 상태인 차량의 주행을 다시 시작하는 경우, [9] 차량의 주행 또는 정지와 관계 없이 사용자가 미리 설정한 시점, [10] 사용자가 상기 차량의 시동 스위치를 끄는 시점, [11] 사용자가 충전을 시작하라는 명령을 내리는 시점 등이 있다.
또는 상기 충전 개시 시점은 차량의 주행과 관련하여 결정될 수 있다. 이러한 충전 개시 시점의 예로는 [12] 차량이 주행을 시작하는 시점, [13] 주행 중인 차량이 미리 설정한 속도 이상의 속도로 주행을 시작하는 시점, [14] 차량이 주행 시작 후 일정 거리를 주행하는 시점 등이 있다. 따라서 본 명세서에서 "충전 개시 시점"이란 상술의 [1] 내지 [14] 중 하나를 지칭하는 것으로 한다.
제어 유닛은 다양한 충전 종료 시점에 배터리 유닛(150)의 충전을 종료할 수 있다. 상기 충전 종료 시점은 배터리 유닛의 상태에 근거하여 설정할 수 있으며, 이러한 충전 종료 시점의 예로는 [1] 배터리 유닛(150)의 충전률이 특정 값에 도달하거나 이를 초과하는 시점, [2] 배터리 유닛(150)의 방전률 또는 방전 깊이가 특정 값에 도달하거나 그 이하로 떨어지는 시점, [3] 상기 유닛(150)의 전압(또는 전류)이 충전 종료 전압(또는 전류)에 도달하거나 이를 초과하는 시점, [4] 충전 시작 후 특정 시간이 경과하는 시점, [5] 제어 유닛이 미리 설정한 시점 등이 있다.
제어 유닛은 사용자에 의하여 결정되는 다양한 충전 종료 시점에 배터리 유닛(150)의 충전을 종료할 수 있다. 상기 충전 종료 시점의 예로는 [6] 사용자가 상기 차량의 시동 스위치를 켜는 시점, [7] 사용자가 미리 설정한 시점, [8] 사용자가 상기 차량의 시동 스위치를 끄는 시점 또는 [9] 사용자가 충전을 종료하라는 명령을 내리는 시점 등이 있다. 따라서 본 명세서에서 "충전 종료 시점"이란 상술의 [1] 내지 [9] 중 하나를 지칭하는 것으로 한다.
충전 개시 시점 및 충전 종료 시점에서, 배터리 유닛(150)의 충전률이나 방전 깊이는 [1] 상기 유닛(150) 전체의 충전률이나 방전 깊이, [2] 배터리 유닛(150)에 포함된 다수의 배터리 팩들의 평균 충전률이나 방전 깊이, [3] 배터리 유닛(150)에 장착된 다수의 배터리 중 특정 배터리(일예로 고정 배터리 또는 분리 배터리)의 충전률 또는 방전 깊이, [4] 배터리 유닛(150)에 장착된 다수의 배터리 팩 중 특정 배터리 팩(일예로 고정팩 또는 분리팩)의 충전률 또는 방전 깊이 중 하나를 의미할 수 있다.
다른 조건이 동일하더라도 방전률이 커지거나 방전 깊이가 깊어지도록 배터리를 방전한 후 배터리를 충전하면, 배터리 용량 손실이 증가할 수도 있다. 따라서 배터리의 방전이나 충전은 가능한 한 방전률 또는 방전 깊이가 깊어지기 전, 부분적으로 또는 자주 충전하는 방법이 용량 손실을 최소화할 수 있다.
이를 위해 제어 유닛은 배터리의 "적정 충전률 범위" 또는 이의 반대인 "적정 방전률 범위"를 설정하고, 배터리의 충전률이 최저 충전률 이하로 감소하거나 배터리의 방전률이 최고 방전률 이상으로 증가하면, 배터리의 충전을 시작할 수 있다. 또한 제어 유닛은 배터리의 충전률이 최고 충전률을 초과하거나 또는 최고 방전률 이하로 감소하는 경우, 배터리의 충전을 중지할 수 있다,
일예로 리튬-이온 배터리의 경우 충전률이 30%~80% 정도일 때 방전하거나 충전하는 방법이 배터리 성능의 연장에 더 유리할 수 있다. (BU-415, "충전 방법 및 충전 시점," 아래 참고 문헌 [6] 참조). 또는 제어 유닛은 상기 범위보다 더 보수적으로 리튬-이온 배터리의 충전률이 40%~70%, 50%~60% 정도 등일 때 배터리를 충전하거나 방전할 수 있다.
엔진 유닛(110)의 엔진 역시 주행 중 온도가 증가할 수 있다. 하지만 상술과 같이 제어 유닛 또는 엔진 유닛(110)은 기존의 공냉식 요소나 수냉식 요소를 이용하여 엔진 온도를 조절할 수 있으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
본 명세서의 두 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예는 하이브리드 차량 주행 중 배터리 유닛의 온도가 감소하여 상기 유닛의 온도가 TD-Min 또는 TC-Min보다 낮아지는 경우의 작동 실행 순서, 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태의 예이다.
일예로 상기 차량이 높은 온도의 차고로부터 외부로 노출된 후 주행하며 낮은 외부 온도에 노출되면, 배터리 유닛(150)의 온도(즉 TBU)는 감소할 수 있다. 또는 차량 주행 중 외부 온도가 급격히 낮아져도 TBU가 감소할 수 있다. 제어 유닛은 측정한 TBU가 TD-Min나 TC-Min보다 낮아지면, 제어 유닛은 발전 유닛(120)을 구동하여 가열 유닛(130)에 EGEN,H을 공급할 수 있다. 따라서 가열 유닛은 상기 유닛(150)의 가열을 시작할 수 있다.
상기 두 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 배터리 유닛(150)에 제공하던 EGEN,B 중 일부인 EGEN,H를 가열 유닛(130)에 제공하도록 할 수 있다. 따라서 발전 유닛(120)이 배터리 유닛(150)에 제공하는 EGEN,B은 그 만큼 감소한다. 이 경우, 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지의 양은 크게 변하지 않는다. 따라서 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 조작하거나 또는 조작하지 않을 수도 있다.
상기 두 번째 실시예의 두 번째 상세예의 제어 유닛은 발전 유닛(120)을 조작하여 발전량을 증가시킬 수 있다. 일예로 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 EGEN,H만큼의 에너지를 추가로 생성하도록 한 후 이를 가열 유닛(130)에 제공하는 동시에, 발전 유닛(120)이 배터리 유닛(150)에 제공하던 EGEN,B는 유지할 수 있다. 그 결과 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지 총량은 증가할 수 있다. 또는 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 조작하여 더 많은 기계적 에너지를 발전 유닛(120)에 제공하도록 할 수 있다.
상기 첫 번째와 두 번째 상세예에서, 제어 유닛이 가열 유닛(130)을 가동하고 TBU가 TD-Min나 TC-Min으로 상승한 후 이를 유지하면, 제어 유닛은 가열 유닛(130)의 구동을 종료하거나, 또는 엔진 유닛(110) 또는 발전 유닛(120)을 제어하여 가열 유닛(130)에 제공되는 에너지를 줄이도록 할 수 있다.
하지만 가열 유닛(130)을 구동하였음에도 불구하고 TBU가 TD-Min 또는 TC-Min에 도달하지 않거나, 또는 TBU가 계속 감소하며 TD-Min나 TC-Min에 근접하면, 제어 유닛은 가열 유닛(130)을 계속 구동할 수 있다. 또는 제어 유닛은 가열 유닛(130)에 제공되는 EGEN,H를 증가시킬 수도 있다. 물론 이를 위해서는 제어 유닛이 발전 유닛(120)이 생성하는 전기 에너지를 증가시키거나, 발전 유닛(120)은 동일한 조건으로 구동하되 배터리 유닛(150)에 제공하는 에너지를 줄일 수 있다.
본 명세서의 두 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예는 하이브리드 차량의 운행 도중 배터리 유닛의 온도(즉 TBU)가 증가하여 상기 유닛의 TD-Max 또는 TC-Max에 접근하거나 또는 이보다 높아지는 경우의 작동 실행 순서, 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태의 예이다.
일예로 차량이 낮은 온도의 차고에서 외부로 나와 주행하게 되며 높은 외부 온도에 노출되거나, 주행 중 외부 온도가 급격히 높아지거나, 차량이 오랜 기간 주행을 계속하면, TBU가 증가한다. 측정한 TBU가 TD-Max나 TC-Max에 근접하거나 이를 초과지면, 제어 유닛은 발전 유닛(120)으로 하여금 냉각 유닛(140)에 EGEN,C를 공급하도록 조작하여 냉각을 시작할 수 있다.
상기 세 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 배터리 유닛(150)에 제공하던 EGEN,B 중 일부인 EGEN,C를 냉각 유닛(140)에 제공하도록 발전 유닛(120)을 제어한다. 따라서 발전 유닛(120)이 배터리 유닛(150)에 제공하는 EGEN,B는 감소하지만, 발전 유닛(120)이 생성하는 전기 에너지 양은 크게 변하지 않는다. 따라서 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 조작하거나 조작하지 않을 수도 있다.
상기 세 번째 실시예의 두 번째 상세예의 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 발전량을 증가하도록 제어한다. 일예로 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 EGEN,C의 에너지를 추가적으로 생성하고, 이를 냉각 유닛(140)에 제공하도록 하지만, 발전 유닛(120)이 배터리 유닛(150)에 제공하던 EGEN,B는 유지할 수 있다. 그 결과 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지 총량은 증가할 수 있다. 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 조작하여 더 많은 기계적 에너지를 발전 유닛(120)에 제공할 수 있도록 할 수 있다.
상술의 첫 번째나 두 번째 상세예의 제어 유닛이 냉각 유닛(140)을 가동하고, TBU가 TD-Max나 TC-Max보다 낮아진 후 이를 유지하면, 제어 유닛은 냉각 유닛(140)의 구동을 종료하거나, 또는 엔진 유닛(110)이나 발전 유닛(120)을 제어하여 냉각 유닛(140)에 제공되는 에너지를 줄일 수 있다.
하지만 냉각 유닛(140)을 구동하였음에도 불구, TBU가 TD-Max나 TC-Max보다 낮아지지 않거나 또는 TBU가 계속 증가하며 TD-Max나 TC-Max에 근접하면, 제어 유닛은 냉각 유닛(140)을 계속 구동하거나 또는 냉각 유닛(140)에 제공되는 EGEN-C를 증가시킬 수 있다. 이를 위해 제어 유닛은 엔진 유닛(110)이 발생하는 에너지를 증가시키거나, 또는 엔진 유닛(110)은 동일한 조건으로 구동하나 배터리 유닛(150)에 제공되는 에너지를 줄일 수 있다.
본 명세서의 두 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예는 사용자가 하이브리드 차량의 주행을 완료한 후, 상기 차량의 시동 스위치를 끈 경우의 상기 차량 및 다양한 유닛들의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 예시이다.
사용자가 시동 스위치를 끄면, 제어 유닛은 차량의 모든 유닛을 동시에 또는 순차적으로 정지시킬 수 있다. 차량의 정지 후 배터리 유닛(150)의 충전률이 특정 값보다 낮거나, 배터리 유닛의 온도가 미리 설정된 온도보다 높아도, 사용자가 스위치를 끄면 제어 유닛은 상기 유닛들의 작동을 정지시킬 수 있다.
본 명세서의 두 번째 예시적 측면의 다섯 번째 실시예는 상기 네 번째 실시예와 동일한같은 상태에 대한 또 다른 예시이다. 즉 사용자가 스위치를 꺼도, 배터리 유닛(150)의 충전률이 낮으면 제어 유닛은 배터리를 계속 충전할 수 있다. 이를 위하여 제어 유닛은 스위치가 꺼진 후 엔진 유닛(110) 및 발전 유닛(120)을 계속 가동함으로써, 배터리 유닛(150)의, 특정 배터리의 또는 특정 배터리 팩의 충전률이 사용자나 제어 유닛이 설정한 충전률에 도달할 때까지 충전을 계속할 수 있다. 하지만 충전 중 TBU가 적정 충전 온도 범위를 벗어나는 경우, 제어 유닛은 상술과 같이 가열 유닛(130)이나 냉각 유닛(140)을 가동하여 배터리 유닛(150) 전체의 온도나 일부의 온도를 증가 또는 감소시킬 수 있다.
위 문단의 미리 설정된 충전률은 적정 최고 충전률을 의미하며, 이는 차량 제조나는 배터리 제조사가 미리 설정하거나, 제어 장치가 자동으로 또는 미리 설정하거나, 사용자가 수동으로 설정한 값이다. 또한 사용자가 차량의 향후 주행 일정을 미리 입력하였거나 또는 제어 유닛이 사용자의 다음 운행 일정을 예측할 수 있으면, 제어 유닛은 상기 일정에 따라 미리 설정된 충전률을 설정 또는 변경할 수도 있다.
상술의 두 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량, 상기 차량의 다양한 유닛은 상술과는 상이한 구조로 변형 또는 개량되거나, 상술과는 상이한 방법으로 구동되거나 제어될 수 있다.
일예로 상기 두 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량의 첫 번째 실시예는 배터리 유닛의 방전 및 충전 제어에 대한 것이고, 두 번째 실시예는 복사열을 이용하는 가열 유닛에 대한 것이며, 세 번째 실시예는 하나 이상의 3차전지를 포함하는 배터리 유닛에 대한 것이다. 이에 대한 설명은 상술의 첫 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량에 대한 첫 번째 내지 세 번째 실시예와 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
상술의 두 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량의 네 번째 실시예는 하이브리드 차량 주행 후, 사용자가 시동 스위치를 끈 후, 일정 시간 후 다시 스위치를 켜는 경우이다. 이 때 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 온도 범위에 속하면 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전을 시작하고 차량은 주행을 시작하지만, 상기 유닛의 온도가 적정 방전 온도 범위를 벗어나면, 제어 유닛은 상기 유닛의 온도에 따라 상이한 제어 방법을 사용할 수 있으며, 이 경우는 아래의 세 번째 및 네 번째 예시적 측면에서 설명하기로 한다.
주행 중 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 온도 범위를 벗어난 저온이 되면, 제어 유닛은 상기 두 번째 실시예와 같이 차량의 다양한 유닛들을 제어할 수 있다. 반면 주행 중 배터리 온도의 온도가 적정 방전 온도 범위를 벗어난 고온이 되면, 제어 유닛은 상기 세 번째 실시예에서 설명한 바와 같이 상기 차량의 다양한 유닛들을 제어할 수 있다.
상술의 두 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량 및 상기 차량의 다양한 유닛의 기타 구조 상의 특징 또는 기타 구동 방법, 제어 방법 등은 상술의 첫 번째 예시적 측면의 상기 특징 또는 방법과 동일하거나 유사하므로, 더 이상의 설명은 생략한다. 또 상술의 두 번째 예시적 측면의 다양한 구조나 방법은, 서로 상충되지 않는 한, 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
3. 저온에서의 직렬형 하이브리드 차량의 시동 및 상기 차량의 배터리 유닛의 온도 제어 및 방법
본 명세서의 세 번째 예시적 측면은 정지 상태인 직렬형 하이브리드 차량의 배터리 유닛의 온도가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위보다 낮은 "저온"일 때 사용자가 시동 스위치를 켰을 때의 다양한 제어 방법 및 작동 실행 순서에 대한 예시이다. 본 예시적 측면은 "저온"에서의 배터리 유닛의 방전 또는 충전 여부의 결정, 이의 제어, 차량의 다양한 유닛의 작동 상태, 작동 실행 순서 또는 제어 등에 대한 것이다.
상반된 언급이 없는 한, 본 명세서의 "저온에서의 방전"이란 적정 방전 온도 범위보다 낮은, 즉 최저 방전 온도(TD-Min)보다 낮은 온도에서의 방전을 의미한다. 또한 본 명세서의 "저온에서의 충전"이란 적정 충전 온도 범위보다 낮은, 즉 최저 충전 온도(TC-Min)보다 낮은 온도에서의 충전을 의미한다.
일예로 제어 유닛이 배터리 유닛을 저온에서 방전하면, 상기 유닛의 온도는 최저 방전 온도보다 낮지만, 상기 유닛의 온도는 최저 충전 온도보다 높거나 낮을 수 있다. 마찬가지로 제어 유닛이 배터리 유닛을 저온에서 충전하면, 상기 온도는 최저 충전 온도보다 낮지만, 방전 온도보다는 높거나 낮을 수도 있다.
상술과 같이 TD-Min와 TC-Min는 배터리의 종류에 따라 상이하며, 동일한 배터리에 대해서도 사용자 또는 제어 유닛이 TD-Min 또는 TC-Min를 상이하게 설정할 수 있다. 특히 배터리 제조사, 배터리 유닛 제조사, 차량 제조사, 사용자 또는 제어 유닛은 TD-Min 또는 TC-Min를 상이하게 설정함으로써, 배터리, 배터리 팩 또는 배터리 유닛의 수명을 조절할 수 있고, 이에 따라 사용자가 배터리, 배터리 팩 또는 배터리 유닛을 교체해야 하는 시기도 조절할 수 있다.
일예로 저온 방전(또는 충전)에 의한 배터리 유닛의 비가역적 손상과 이로 인한 용량 손실을 최소화 또는 방지하기 위해서는, 사용자나 제어 유닛은 기존 적정 방전(또는 충전) 온도 범위보다 좁게 신규 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 설정할 수 있다. 따라서 신규 온도 범위의 TD-Min-1 또는 TC-Min-1은 기존의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위의 TD-Min-0나 TC-Min-0에 비하여 상대적으로 높은 온도일 수 있다.
이 때 배터리 유닛은 TD-Min-0(또는 TC-Min-0)보다 높은 TD-Min-1(또는 TC-Min-1)에서 방전(또는 충전)하며, 이에 따라 배터리 유닛은 TD-Min-0(또는 TC-Min-0)에서 방전(또는 충전)하는 경우보다 상대적으로 적은 비가역적 손상을 입게 된다. 따라서 사용자는 배터리(또는 배터리 팩)를 (상대적으로) 자주 교체할 필요가 없으며, 배터리 교체 비용도 최소화할 수 있다.
하지만 사용자가 스위치를 켤 때 배터리 유닛의 온도가 TD-Min-0 및 TD-Min-1보다 낮으면, 사용자는 배터리 유닛의 온도가 TD-Min-0(또는 TC-Min-0)보다 높은 TD-Min-1(또는 TC-Min-1)로 증가할 때까지 기다린 후에 배터리 유닛의 방전(또는 충전)을 시작할 수 있다. 즉 사용자는 차량의 스위치를 켠 후 상대적으로 오래 기다린 후에야 차량 주행을 시작할 수 있다는 단점이 있다.
하지만 저온 방전(또는 충전)에 의한 배터리 유닛의 비가역적 손상, 이에 의한 용량 손실에 크게 개의치 않는 경우, 제어 유닛은 기존에 비하여 넓은 신규 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 설정하고 배터리 유닛의 저온 방전(또는 충전)을 허용할 수 있다. 즉 신규 온도 범위의 TD-Min-2(또는 TC-Min-2)는 기존 온도 범위의 TD-Min-0(또는 TC-Min-0)에 비하여 상대적으로 낮은 온도일 수 있다.
이 때 배터리 유닛은 TD-Min-0(또는 TC-Min-0)보다 낮은 TD-Min-2(또는 TC-Min-2)에서 방전(또는 충전)하게 되고, 배터리 유닛은 TD-Min-0(또는 TC-Min-0)에서 방전(또는 충전)하는 경우에 비하여 상대적으로 심한 비가역적 손상을 입을 수 있다. 따라서 사용자는 배터리(또는 배터리 팩)을 (상대적으로) 더 자주 교체해야 하고, 배터리 교체 비용 역시 증가할 수 있다.
하지만 사용자가 스위치를 켤 때 배터리 유닛의 온도가 TD-Min-0 및 TD-Min-2보다 낮으면, 사용자는 배터리 유닛의 온도가 TD-Min-0(또는 TC-Min-0)보다 상대적으로 낮은 TD-Min-2(또는 TC-Min-2)로 증가할 때까지 기다린 후, 배터리 유닛의 방전(또는 충전)을 시작할 수 있다. 즉 사용자는 시동 스위치를 켠 후, (상대적으로) 더 짧게 기다린 후 차량의 주행을 시작할 수 있다.
상술과 같이 배터리 제조사, 배터리 유닛 제조사, 제어 유닛, 사용자 등은 편리성, 배터리 유닛이 입을 수 있는 비가역적 손상 등을 고려하여 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 설정할 수 있다. 이에 의하여 TD-Min나 TC-Min이 결정되며, 제어 유닛은 상기 범위, 배터리 유닛의 온도 등에 근거하여 배터리 유닛(150), 가열 유닛(130) 등을 다양한 방법으로 제어할 수 있다.
[도4]는 시동 스위치가 꺼져 있는 정지 상태의 하이브리드 차량의 다양한 유닛의 상태를 표시한다. 상기 차량의 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전과 충전을 중단하였고, 엔진 유닛(110), 발전 유닛(120)의 구동도 중단하였다. 따라서 차량의 모터 유닛(160)은 구동하지 않고, 구동 유닛(170)도 구동하지 않는다. 또한 제어 장치는 상기 차량의 가열 유닛(130)이나 냉각 유닛(140)을 꺼진 상태로 유지한다.
일정 시간이 경과한 후 사용자나 제어 유닛이 차량의 스위치를 켜면(즉 상기 차량의 시동을 시작하면), 배터리 유닛(150)은 모터 유닛(160)에 전기 에너지를 공급하고, 모터 유닛(160)은 이를 구동 유닛(170)에 공급하며, 그 결과 차량은 구동을 시작한다. 단 스위치가 켜진 후 배터리 유닛(150)이 방전을 시작할 때 TBU가 최저 방전 온도인 TD-Min보다 낮은 경우, 배터리 유닛(150)은 비가역적 손상을 입을 수 있고, 이에 따른 용량 손실이 초래될 수 있다.
본 명세서의 세 번째 예시적 측면의 제어 유닛은 다양한 구조 및 다양한 방법으로 저온 방전에 의한 비가역적 손상 및 배터리 용량 손실을 방지하거나 또는 최소화할 수 있다. [도5] 및 [도6]은 이를 위한 제어 유닛의 다양한 구조 및 다양한 제어 방법을 예시한다.
[도5]는 본 명세서의 세 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다. 본 실시예는 제어 유닛 또는 사용자가 시동 스위치를 켤 때(즉 차량의 시동을 시작할 때) 배터리 유닛(150)의 온도(TBU)가 TD-Min보다 낮은 경우, 제어 유닛이 배터리 유닛(150)의 방전을 제어하는 구조 및 방법에 해당한다.
제어 유닛, 사용자가 정지 상태의 차량의 스위치를 켜면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150), 특정 배터리 팩의 온도나 특정 배터리의 온도를 측정한다. TBU가 TD-Min보다 높고 TD-Max보다 낮으면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 시작할 수 있고, 차량은 주행 준비를 마치고 주행을 시작할 수 있다.
하지만 TBU가 TD-Min(따라서 TD-Max)보다 낮으면, 제어 유닛은 [도5]와 같이 배터리 유닛(150)이 방전하지 않도록 제어할 수 있다. 대신 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 구동하여 기계적 에너지를 생성하고, 발전 유닛(120)을 구동하며, 발전 유닛(120)이 생성한 전기 에너지를 가열 유닛(130)에 제공한다. 그 결과 가열 유닛(130)은 열 발생 요소를 이용하여 배터리 유닛(150)의 예비 가열을 시작한다. 이 때 제어 유닛은 상기 전기 에너지를 배터리 유닛(150)에는 제공하지 않을 수 있다.
가열 유닛(130)이 배터리 유닛(150)의 일부나 전부를 가열하는 동안 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 시작하지 않는다. 그 결과 사용자가 스위치를 켜도 배터리 유닛(150)은 방전을 시작하지 않으며, 사용자는 배터리 유닛(150)이 가열될 때까지 차량 주행을 시작하지 못한다. TBU가 TD-Min로 증가하면(즉 예비 가열이 완료되면), 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 시작하고, 차량은 주행할 수 있다.
제어 유닛은 가열 유닛(130)을 다양한 패턴으로 조작함으로써 배터리 유닛(150)을 예비 가열할 수 있다. 일예로 제어 유닛은 배터리 유닛(150)에 포함된 배터리의 총 수효, 상기 배터리의 배열이나 기계적 또는 전기적 연결 특성, 분리팩 포함 여부, 분리팩의 수효, 고정팩의 수효, 상기 팩들의 배열, 상기 팩들의 기계적 또는 전기적 연결 특성 등에 따라 상이한 패턴으로 상기 유닛(150)을 예비 가열할 수 있다.
본 첫 번째 실시예의 첫 번째 상세예는 다수의 배터리들을 포함한 배터리 유닛(150)이 방전할 때 모든 배터리가 동시에 방전하는 구조를 가진 경우이다. 이 때 가열 유닛(130)이 배터리 유닛(150)의 일부만 예비로 가열한 후 방전을 시작하면, 미처 가열되지 않은 배터리는 비가역적 손상을 입을 수도 있다. 따라서 가열 유닛(130)은 배터리 유닛(150) 전체, 모든 배터리들 또는 가능한 많은 배터리를 가열할 수 있도록 제작하고 배치한다.
제어 유닛은 TBU가 TD-Min로 증가할 때까지 배터리 유닛(150)의 방전을 막을 수 있고, 모터 유닛(160)의 구동도 막을 수 있다. 따라서 차량은 주행할 수 없다. 그 결과 사용자는 스위치를 켠 후에도, 배터리 유닛(150)의 예비 가열이 완료될 때까지는 차량의 주행을 시작할 수 없다.
예비 가열 기간이 특정 기간 이상 길어지면(또는 길어질 것으로 예상되면), 제어 유닛은 배터리에 비가역적 손상이 가해질 수 있음에도 불구하고, TBU가 TD-Min 또는 상기 특정 온도에 도달하기 전 배터리 유닛(150)의 방전을 시작(즉 "오버라이드")할 수 있다. 일예로 사용자는 스위치를 두 번 누르거나, 상기 스위치를 켠 후 오버라이드 스위치를 누르는 등의 방법을 통하여 배터리 유닛(150)의 방전을 강제로 시작하는 오버라이드를 할 수 있다.
본 첫 번째 실시예의 두 번째 상세예의 배터리 유닛(150)은 단일의 배터리 팩 형태로 제작되고 다수의 배터리들을 포함하되, 배터리 팩 내부에 장착된 배터리들이 다수의 세트들로 구분되어 장착되는 구조를 가진다. 각 배터리 세트는 직렬, 병렬 또는 이의 혼합 형태로 전기적으로 연결된 하나 이상의 배터리를 포함할 수 있고, 각 배터리 세트 역시 직렬, 병렬 또는 이의 혼합 형태로 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서 상기 배터리 유닛(150)이 방전할 경우, 모든 배터리 세트들이 동시에 방전하거나, 하나 이상의 특정 배터리 세트만 우선적으로 방전하거나, 또는 다수의 배터리 세트들이 순차적으로 방전할 수 있다. 또한 제어 유닛은 특정 배터리 세트들의 방전 여부 또는 방전 순서를 조작할 수 있다.
본 상세예에서 배터리 유닛(150)의 방전 시 모든 배터리 세트가 동시에 방전하는 구조는 위의 첫 번째 실시예와 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다. 배터리 유닛(150)의 방전 시 특정 배터리 세트가 우선 방전하는 경우, 제어 유닛은 가열 유닛(130)을 이용하여 특정 세트를 우선적으로 가열할 수 있고, 특정 세트의 온도가 TD-Min에 도달하면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 상기 특정 세트의 방전을 시작하도록 제어할 수 있다.
본 상세예의 사용자는 스위치를 켜더라도 배터리 유닛(150)의 특정 배터리 세트의 예비 가열이 끝나기 전에는 차량의 구동을 시작할 수 없다. 하지만 예비 가열 기간이 특정 기간 이상 길어지면(또는 길어질 것으로 예상되면), 제어 유닛은 특정 배터리 세트가 비가역적 손상을 입더라도, 상기 배터리 세트의 온도가 TD-Min에 도달하기 전 상기 배터리 세트가 방전을 시작(일예로 오버라이드)하도록 할 수 있다.
특히 본 상세예에서 다른 배터리 세트보다 먼저 가열되는 배터리 세트는 상기 "분리 배터리"에 해당한다. 또한 상기 분리 배터리가 아닌 배터리들은 상기 "고정 배터리"에 해당한다.
본 첫 번째 실시예의 세 번째 상세예의 배터리 유닛(150)은 다수의 배터리 팩 형태로 제작되고, 각각의 배터리 팩은 하나 이상의 배터리를 포함하는 구조로 제작될 수 있다. 상기 배터리 팩들은 직렬, 병렬 또는 이의 혼합 형태로 전기적으로 연결되고, 각 배터리 팩 내부의 배터리들은 직렬, 병렬 또는 이의 혼합 형태로 전기적으로 연결될 수 있다.
특히 배터리 유닛(150)은 기계적 또는 전기적으로 용이하게 분리할 수 있는 하나 이상의 "분리팩"을 포함할 수 있다. 따라서 사용자는 배터리 유닛(150)의 나머지 "고정팩"을 남겨둔 채, 상기 유닛(150)에서 분리팩만 기계적 및 전기적으로 용이하게 분리할 수 있다.
또한 배터리 유닛(150)은 분리팩이 상기 유닛(150)에서 분리되더라도, 고정팩의 작동에 기계적으로 또는 전기적으로 영향을 주지 않도록 제작될 수 있다. 따라서 제어 유닛은 분리팩 및 고정팩을 동시에 또는 순차적으로 방전(또는 충전)할 수 있다.
일예로 분리팩이 다수의 고정팩들 사이에 직렬로 연결되지 않은 경우, 제어 유닛은 분리팩을 배터리 유닛(150)에서 분리한 후에도 고정팩을 정상적으로 방전 또는 충전시킬 수 있다. 또는 분리팩과 다수의 고정팩이 직렬로 연결되더라도 제어 유닛이 분리팩 및 고정팩의 방전이나 충전을 독립적으로 제어할 수 있으면, 제어 유닛은 분리팩의 분리 후에도 고정팩을 방전 또는 충전시킬 수 있다.
제어 유닛은 가열 유닛(130)을 이용하여 분리팩을 우선 예비 가열할 수 있다. 분리팩의 온도가 TD-Min에 도달하면, 제어 유닛은 분리팩의 방전을 시작할 수 있다. 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 고정팩도 방전하도록 하거나, 또는 온도가 특정 온도에 도달한 고정팩만 선택적으로 방전을 시작하도록 하거나, 또는 온도가 특정 온도에 도달하지 않는 한 고정팩이 방전하지 못하도록 제어할 수도 있다.
본 상세예에서, 사용자는 스위치를 켜더라도 배터리 유닛(150)의 분리팩의 예비 가열이 끝나기 전까지는 차량 구동을 시작할 수 없다. 이의 예외로서, 예비 가열 기간이 특정 기간 이상 길어지면(또는 길어질 것으로 예상되면), 제어 유닛은 분리팩이 비가역적 손상을 입게 되더라도 분리팩의 온도가 TD-Min에 도달하기 전에도, 분리팩의 방전을 시작(일예로 오버라이드)할 수 있다.
본 실시예의 두 번째 또는 세 번째 상세예에서, 배터리 유닛(150)의 분리 배터리나 분리팩이 방전하는 에너지가 차량의 고속 주행에 충분한 양에 도달하는 경우, 차량은 정상 주행을 할 수 있다. 하지만 분리 배터리나 분리팩이 방전하는 에너지가 정상 주행에 필요한 양에 미치지 못하면, 차량은 정상 주행 대신 저속 주행을 시작할 수 있다. 이와는 달리 분리 배터리 또는 분리팩이 방전하는 에너지가 정상 주행에 필요한 양에 미치지 못하면, 제어 유닛은 상기 차량이 주행하지 못하도록 제어할 수 있다.
그 후 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 고정 배터리 또는 고정팩 중 가열 유닛(130)에 의해 예비 가열이 완료된 고정 배터리 또는 고정팩을 순차적으로 방전시킬 수 있다. 따라서 차량은 저속 주행으로부터 속도를 증가시키며 중속 주행 또는 고속 주행을 할 수 있게 된다.
일반적으로 분리팩이나 고정팩의 교체 비용은 각각의 팩에 포함된 배터리의 수효에 비례한다. 따라서 배터리 유닛 제조사는 분리팩이 고정팩에 비하여 적은 수효의 배터리를 포함하도록 분리팩을 제작할 수 있다. 따라서 고정팩은 배터리 유닛(150)의 대부분을 차지하는 반면, 분리팩은 배터리 유닛(150)의 일부분에 해당할 수 있다.
그 결과 본 실시예의 다양한 상세예 중 세 번째 상세예는 다른 상세예들이 제공하지 못하는 장점을 가지며, 이는 바로 분리팩을 배터리 유닛(150)으로부터 용이하게 분리할 수 있다는 점이다. 즉 분리팩의 온도가 적정 온도 범위보다 낮더라도 제어 유닛은 분리팩의 방전을 시작할 수 있다.
따라서 분리팩이 비가역적 손상을 입어도, 사용자는 추후 손상을 입은 분리팩을 다른 분리팩들로부터 용이하게 교체할 수 있다. 또한 분리팩에 포함된 배터리들의 수효가 상대적으로 적으므로, 사용자는 손상된 분리팩의 교체 비용을 최소화할 수 있다.
제어 유닛은 예비 가열이 끝나기 전 분리팩 방전을 시작하지만 고정팩의 방전을 막을 수 있다. 따라서 세 번째 상세예의 구조는 배터리 유닛(150)의 나머지 배터리(즉 고정팩) 용량을 효율적으로 극대화할 수 있다. 일예로 제어 유닛은 상대적으로 낮은 비용으로 교체할 수 있는 분리팩을 대체 가능한 소모품으로 활용하는 한편, 교체에 상대적으로 높은 비용이 필요한 고정팩은 상기 손상으로부터 효율적으로 보호할 수 있다는 장점도 제공한다.
또한 TBU가 적정 온도보다 낮지만 사용자가 스위치를 켜는 즉시 차량을 주행하기를 원하면, 상술의 세 번째 상세예의 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 일부 배터리들(즉 분리 배터리 또는 분리팩)의 성능만 저하시키는 반면 대다수의 나머지 배터리(즉 고정 배터리 또는 고정팩)를 보호하면서, 사용자가 차량을 운행할 수 있도록 할 수 있다.
[도6]은 본 명세서의 세 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다. 본 실시예는 제어 유닛, 사용자가 시동 스위치를 켤 때(즉 상기 차량의 시동을 시작할 때) 배터리 유닛(150)의 온도(TBU)가 TD-Min보다 낮을 경우, 제어 유닛이 배터리 유닛(150)의 방전을 제어하는 또 다른 구조 및 방법에 해당한다.
배터리 유닛(150), 배터리 세트 또는 배터리 팩이 TD-Min으로 가열되기 전 방전을 시작하면, 배터리는 영구적 손상을 입을 수 있다. 이를 방지하기 위하여 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 발생하는 에너지의 일부나 전부를 배터리 유닛(150)에 제공하는 대신 모터 유닛(160)에 제공할 수 있다. 따라서 사용자는 자신의 필요에 따라 또는 발전 유닛(120)이 제공하는 에너지 양에 따라 차량을 저속, 중속, 고속으로 주행할 수 있다.
본 두 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지 중 EGEN-H는 가열 유닛(130), 나머지인 EGEN-M은 모터 유닛(160)에 공급한다. 단 제어 유닛은 배터리 유닛(150)이 직접 방전하지 못하게, 즉 배터리 유닛(150)이 모터 유닛(160)에 에너지를 제공하지 못하게 할 수 있다.
제어 유닛은 예비 가열 중 배터리 유닛(150)이 모터 유닛(160)에 에너지를 제공하는 방전은 금지하지만, 발전 유닛(120)으로부터 에너지를 제공받는 충전은 허용할 수 있다. 제어 유닛은 예비 가열 중 배터리 유닛(150)의 충전 및 방전을 금지할 수도 있다.
본 두 번째 실시예의 두 번째 상세예는 상기 첫 번째 상세예와 유사하게, 제어 유닛이 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지 중 일부는 가열 유닛(130)에, 나머지는 직접 모터 유닛(160)에 공급함은 물론, [도6]에 도시하지 않았지만, 배터리 유닛(150)이 방전하며 모터 유닛(160)에 에너지를 제공하도록 할 수 있다.
따라서 온도가 TD-Min보다 낮은 상태에서 방전하는 배터리 유닛(150)의 최소 일부는 비가역적 손상을 입을 수 있다. 하지만 배터리 유닛(150)이 상기 분리 배터리 또는 분리팩을 포함하고, 적정 방전 온도 범위보다 낮은 저온에서는 분리 배터리나 분리팩만 방전하도록 함으로써, 제어 유닛은 고정팩의 방전을 금지함으로써 고정팩을 비가역적 손상으로부터 보호할 수 있다.
본 세 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예에 비하여, 두 번째 실시예는 사용자에게 추가 장점을 제공할 수 있다. 즉 두 번째 실시예의 제어 유닛은 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 온도보다 낮은 저온에서도 사용자가 시동 스위치를 켬과 동시에 차량을 주행할 수 있다는 장점을 제공한다.
일예로 TBU가 TD-Min보다 낮을 경우 사용자가 스위치를 켜면, 첫 번째 실시예의 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지를 모두 가열 유닛(130)에 제공함으로써 배터리 유닛(150)의 예비 가열을 시작하거나, 또는 상기 에너지를 가열 유닛(130)과 배터리 유닛(150)에 제공하여 배터리 유닛(150)의 예비 가열과 상기 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다. 하지만 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 금지하므로 차량은 주행할 수 없다.
물론 오버라이드를 통해 배터리 유닛(150)은 방전을 시작하고, 모터 유닛(160)이 구동되며, 차량 주행이 시작할 수 있다. 하지만 이는 배터리 유닛(150)의 배터리의 일부 또는 전부에 비가역적 손상을 가할 수 있다. 따라서 시동과 동시에 차량을 주행하는 사용자는 배터리 손상이라는 대가를 치를 수밖에 없다.
반면 상기 세 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 경우, TBU가 TD-Min보다 낮을 때 사용자가 스위치를 켜면, 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지를 모두 모터 유닛(160)에 제공하거나, 또는 상기 에너지를 가열 유닛(130)과 모터 유닛(160)에 제공함으로써, 배터리 유닛(150)의 예비 가열의 시작과 함께 차량 주행을 시작할 수 있다. 따라서 사용자는 배터리 유닛(150)의 예비 가열 완료 전 또는 배터리의 일부나 전부의 예비 가열의 완료 전에도, 주행을 시작할 수 있다. 단 차량의 주행 속도(일예로 저속, 중속 또는 고속 주행)는 발전 유닛(120)의 용량에 따라 결정될 수 있다.
위의 문장에서 예시한 구조에서 제어 유닛은 분리 배터리 또는 분리팩을 방전하며 추가 에너지를 모터 유닛(160)에 제공할 수 있다. 따라서 사용자는 저온에서 시동 스위치를 켜고 차량을 중속 또는 고속으로 주행할 수 있는 반면, 저온 방전에 의한 비가역적 손상은 분리 배터리 또는 분리팩에 국한시킬 수 있다.
상기 두 번째 실시예처럼, TBU가 TC-Min보다 낮을 때 사용자나 제어 유닛이 스위치를 켜면, 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 구동하고 발전 유닛(120)을 구동하여 에너지를 생성하고, 이를 모터 유닛(160)에 제공할 수 있다. 따라서 차량은 배터리 유닛(150)의 온도와 관계 없이, 또는 상기 유닛(150)이 입을 수 있는 비가역적 손상을 분리 배터리나 분리팩에 국한시키며 주행할 수 있다는 장점을 제공한다.
본 명세서의 세 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예는 차량의 배터리 유닛(150)의 온도가 TC-Min보다 낮을 때 차량의 시동을 시작한 후의 가열 유닛의 제어에 관련된 구조, 작동 순서 및 상기 순서 등에 대한 것이다.
TBU가 TD-Min로 증가하면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)이 방전하며 생성된 에너지를 모터 유닛(160)에 공급하도록 제어할 수 있다. 따라서 모터 유닛(160)은 구동 유닛(170)을 구동하고, 차량 주행이 시작될 수 있다. 일단 배터리 유닛(150)이 방전을 시작하면, 제어 유닛은 TBU를 측정하며, TBU가 TC-Min보다 높아질 때까지 가열 유닛(130)을 구동할 수 있다.
배터리 유닛(150)의 온도가 TD-Min에 도달하거나 또는 일정 기간 TD-Min보다 높은 온도를 유지하면, 제어 유닛은 가열 유닛(130)의 구동을 중지할 수 있다. 또한 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지 또는 파워를 모터 유닛(160) 대신 배터리 유닛(150)에 제공함으로써 상기 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다. 하지만 TBU가 적정 충전 온도 범위에 속하지 않으면(즉 TBU가 TC-Min보다 낮으면) 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 충전을 시작하지 않을 수 있으며, TBU가 TC-Min에 도달할 때까지 가열 유닛(130)을 구동할 수 있다.
또는 배터리 유닛(150)의 온도가 TD-Min에 도달해도, 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지나 파워의 일부 또는 전부를 모터 유닛(160)에 제공할 수 있다. 특히 사용자가 요구하는 주행용 에너지가 배터리 유닛(150)이 방전할 수 있는 에너지를 초과하는 경우, 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지를 모터 유닛(160)에 제공할 수 있다. 이에 따라 모터 유닛(160)은 더 빠른 속도로 구동하게 되며, 그 결과 사용자도 상기 차량을 더 빠른 속도로 주행하도록 할 수 있다.
본 명세서의 세 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예는 하이브리드 차량의 다양한 유닛의 작동 상태 및 순서에 대한 개략도로서, 상기 차량의 배터리 유닛(150)의 온도가 TC-Min보다 낮을 때 사용자 또는 제어 유닛이 차량의 시동을 시작하는 상태에서의 배터리 유닛(150)의 충전에 대한 것이다.
일예로 사용자가 스위치를 켜면, 제어 유닛은 TBU를 측정한다. 측정한 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)이 방전을 시작하며 EBAT를 모터 유닛(160)에 제공하도록 하고, 모터 유닛(160)은 EMOT를 구동 유닛(170)에 제공하며, 그 결과 차량은 주행을 시작한다.
또한 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하며 적정 충전 온도 범위에도 속하면, 제어 유닛은 차량 주행과 동시에 또는 주행 시작 후 엔진 유닛(110)과 발전 유닛(120)을 가동하여 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다. TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하지 않고 적정 충전 온도 범위에 속하면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 금지하여 차량의 주행을 방지하지만, 엔진 유닛(110) 및 발전 유닛(120)을 가동하여 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다.
만일 TBU가 (적정 방전 온도 범위와 관계 없이) 적정 충전 온도 범위에 속하지 않으면(즉 TBU가 TC-Min보다 낮으면), 제어 유닛은 가열 유닛(130)이나 냉각 유닛(140)을 가동하여 TBU를 적정 충전 온도 범위 이내로 증가 또는 감소시킨 후, 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다.
제어 유닛이 배터리 유닛(150)의 충전을 시작하면, 상술의 다양한 충전 종료 시점에 상기 유닛(150)의 충전을 종료할 수 있다. 단 상술과 같이 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 충전률이 50%, 60%, 70% 또는 80% 정도일 때 충전을 중단하거나, 또는 상기 유닛(150)의 방전률 또는 방전 깊이가 20%, 30%, 40%, 또는 50% 정도일 때 충전을 중단함으로써, 배터리 유닛(150)의 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
단 상술과 같이 제어 유닛의 측면에서 보면 배터리 유닛(150)의 방전과 충전은 각각 별개의 작업일 수 있다. 또 배터리 유닛(150)의 충전에는 엔진 유닛(110)과 발전 유닛(120)의 구동이 필수이다. 이에 따라 제어 유닛은 상술과 같이 TBU와 적정 충전 온도 범위를 비교함으로써 배터리 유닛(150)의 충전 여부를 결정하거나, TBU와는 상관 없이 배터리 유닛(150)의 충전률에 근거하여 충전 여부를 결정할 수 있다.
상술의 세 번째 예시적 측면의 다양한 차량, 상기 차량의 배터리 유닛, 제어 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛 등은 상술과 상이한 구조로 변형 또는 개량되거나, 상술과 상이한 방법으로 구동되거나 제어될 수 있다.
일예로 상기 세 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량의 첫 번째 실시예는 배터리 유닛의 방전 및 충전 제어에 대한 것이고, 두 번째 실시예는 복사열 이용하는 가열 유닛의 사용에 대한 것이며, 세 번째 실시예는 하나 이상의 3차전지를 포함하는 배터리 유닛에 대한 것이다. 단 이는 상기 첫 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량의 첫 번째 내지 세 번째 실시예와 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
상술의 세 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량의 네 번째 실시예는 제어 유닛이 상기 차량의 다양한 유닛의 상태를 다양한 방법으로 사용자에게 알리는 구조 및 방법에 대한 것이다.
일예로 제어 유닛은 하나 이상의 계기판을 이용하여 사용자에게 예비 가열에 소요되는 예상 기간, 예비 가열 완료 시간, 예비 가열이 완료되기 전 주행을 시작할 때 가능한 주행 속도, 배터리 충전률 등을 알릴 수 있다. 배터리 유닛이 분리 배터리나 분리팩을 포함하면, 제어 유닛은 분리 배터리나 분리팩의 예비 가열에 소요되는 예상 기간이나 예상 시간, 예비 가열이 완료되기 전 주행을 시작할 때의 가능한 주행 속도, 충전률 등도 알릴 수 있다.
또는 제어 유닛은 분리팩이나 고정팩의 충전률이나 방전 깊이, 배터리 용량, 분리팩의 배터리 용량 상실 정도 등을 사용자에게 알릴 수 있다. 또는 제어 유닛은 분리팩(또는 고정팩)의 배터리 용량 상실 정도가 특정 정도를 초과하는 경우, 사용자에게 분리팩을 교체하도록 알릴 수 있다.
상술의 세 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량 및 상기 차량의 다양한 유닛의 기타 구조 상의 특징 또는 기타 구동 방법, 제어 방법 등은 상술의 첫 번째 또는 두 번째 예시적 측면의 상기 특징 또는 방법과 동일하거나 유사하므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
또한, 서로 상충되지 않는 한, 상술의 세 번째 예시적 측면의 다양한 구조나 방법은 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
4. 고온에서의 직렬형 하이브리드 차량의 시동 및 상기 차량의 배터리 유닛의 온도 제어 및 방법
본 명세서의 네 번째 예시적 측면은 정지 상태인 직렬형 하이브리드 차량의 배터리 유닛의 온도가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위보다 높은 "고온"일 때 사용자가 상기 차량의 스위치를 켰을 경우의 다양한 제어 방법과 작동 실행 순서에 대한 예시이다. 특히 본 예시적 측면은 상기 "고온"에서의 배터리 유닛의 충전 또는 방전 여부 및 이에 따르는 상기 차량의 엔진 유닛, 발전 유닛, 배터리 유닛, 가열 유닛 등의 다양한 작동 상태, 작동 실행 순서 등에 대한 것이다.
상반된 언급이 없는 한, 본 명세서의 "고온에서의 방전"이란 적정 방전 온도 범위보다 높은, 즉 최고 방전 온도(TD-Max)보다 높은 온도에서의 방전을 의미한다. 또한, 상반된 언급이 없는 한, "고온에서의 충전"이란 적정 충전 온도 범위보다 높은, 즉 최고 충전 온도(TC-Max)보다 높은 온도에서의 충전을 의미한다.
일예로 제어 유닛이 배터리 유닛을 고온에서 방전하면, 상기 유닛의 온도는 최고 방전 온도보다 높은 온도이지만, 상기 유닛의 온도는 최고 충전 온도보다 높거나 낮을 수 있다. 또한 제어 유닛이 배터리 유닛을 고온에서 충전할 경우, 상기 유닛의 온도는 최고 충전 온도보다 낮은 온도이지만, 상기 유닛의 온도는 최고 방전 온도보다 높거나 낮을 수 있다.
상술과 같이 TD-Max와 TC-Max는 배터리 종류에 따라 상이하며, 동일한 배터리에 대해서도 사용자 또는 제어 유닛이 TD-Max 또는 TC-Max를 상이하게 설정할 수 있다. 특히 배터리 제조사, 배터리 유닛 제조사, 차량 제조사, 사용자 또는 제어 유닛은 TD-Max 또는 TC-Max를 상이하게 설정함으로써, 배터리, 배터리 팩 또는 배터리 유닛의 수명을 조절할 수 있으며, 이에 따라 사용자가 배터리, 배터리 팩 또는 배터리 유닛을 교체해야 하는 시기도 조절할 수 있다.
일예로 고온 방전(또는 충전)에 의한 배터리 유닛의 비가역적 손상, 이에 의한 배터리의 용량 손실을 최소화하려면, 사용자나 제어 유닛은 기존 적정 방전(또는 충전) 온도 범위에 비해 더 좁은 신규 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 설정할 수 있다. 따라서 신규 온도 범위의 TD-Max-1(또는 TC-Max-1)은 기존의 온도 범위의 TD-Max-0(또는 TC-Max-0)에 비하여 상대적으로 낮을 수 있다.
이 때 배터리 유닛은 TD-Max-0(또는 TC-Max-0)보다 낮은 TD-Max-1(또는 TC-Max-1)에서 방전(또는 충전)하게 되며, 따라서 상기 유닛은 TD-Max-0(또는 TC-Max-0)에서 방전(또는 충전)하는 경우보다 상대적으로 적은 비가역적 손상을 입는다. 따라서 사용자는 배터리(또는 배터리 팩)를 (상대적으로) 자주 교체할 필요가 없고, 이에 따라 배터리 교체 비용을 최소화할 수 있다.
하지만 사용자가 시동 스위치를 켤 때 배터리 유닛의 온도가 TD-Max-0 및 TD-Max-1보다 높으면, 사용자는 배터리 유닛의 온도가 TD-Max-0(또는 TC-Max-0)보다 낮은 TD-Max-1(또는 TC-Max-1)로 감소할 때까지 기다린 후, 배터리 유닛의 방전(또는 충전)을 시작할 수 있다. 즉 사용자는 차량의 스위치를 켠 후 (상대적으로) 더 오랜 기다린 후에야 차량의 주행을 시작할 수 있다는 단점이 있다.
하지만 고온 방전(또는 충전)에 의한 배터리 유닛의 비가역적 손상 및 이에 의한 배터리 용량 손실에 크게 개의치 않는다면, 제어 유닛은 기존 적정 방전(또는 충전) 온도 범위에 비해 신규 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 넓게 설정하여 배터리 유닛의 고온 방전(또는 충전)을 허용할 수 있다. 즉 신규 온도 범위의 TD-Max-2(또는 TC-Max-2)는 기존 온도 범위의 TD-Min-0(또는 TC-Min-0)에 비하여 상대적으로 높은 온도일 수 있다.
이 때 배터리 유닛은 TD-Max-0(또는 TC-Max-0)보다 높은 TD-Max-2(또는 TC-Max-2)에서 방전(또는 충전)하게 되며, 상기 유닛은 TD-Max-0(또는 TC-Max-0)에서 방전(또는 충전)하는 경우보다 상대적으로 심한 비가역적 손상을 입게 된다. 따라서 사용자는 배터리(또는 배터리 팩)을 (상대적으로) 더 자주 교체해야 하고, 이에 따라 배터리 교체 비용 역시 증가할 수 있다.
하지만 사용자가 스위치를 켤 시점에 배터리 유닛의 온도가 TD-Max-0 및 TD-Max-2보다 높으면, 사용자는 배터리 유닛의 온도가 TD-Max-0(또는 TC-Max-0)보다 상대적으로 높은 TD-Max-2(또는 TC-Max-2)로 감소할 때까지 기다린 후 배터리 유닛의 방전(또는 충전)을 시작할 수 있다. 즉 사용자는 차량의 시동 스위치를 켠 후 (상대적으로) 더 짧게 기다린 후 차량의 주행을 시작할 수 있다.
상술과 같이 배터리 제조사, 배터리 유닛 제조사, 제어 유닛, 사용자 등은 사용자 편리성, 배터리 유닛이 입을 수 있는 비가역적 손상 등을 고려하여 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 설정할 수 있다. 그 결과 TD-Max나 TC-Max이 결정되며, 제어 유닛은 상기 범위나 배터리 유닛의 온도 등에 근거하여 배터리 유닛(150), 가열 유닛(130) 등을 다양한 방법으로 제어할 수 있다.
본 예시적 측면의 [도4]는 시동 스위치가 꺼진 정지 상태의 차량의 다양한 유닛들의 상태를 표시하였다. 상술과 같이 제어 유닛은 모터 유닛(160)과 구동 유닛(170)의 구동을 중지하였고, 가열 유닛(130)과 냉각 유닛(140)을 꺼진 상태로 유지할 수 있다.
그 후 사용자나 제어 유닛이 시동 스위치를 켜고 차량의 시동을 시작하면, 배터리 유닛(150)은 방전을 시작하며 모터 유닛(160)에 전기 에너지를 제공하고, 모터 유닛(160)은 구동 유닛(170)을 구동함으로써, 차량은 주행을 시작할 수 있다. 하지만 스위치를 켜는 시점의 TBU가 적정 방전 온도 범위(즉 TD-Max)보다 높으면, 배터리 유닛(150)은 방전을 시작하며 비가역적 손상을 입으며, 배터리 용량도 손실될 수 있다.
본 명세서의 네 번째 예시적 측면의 제어 유닛은 다양한 구조나 다양한 방법으로 상기 손상이나 손실을 방지하거나 최소화할 수 있다. [도7] 및 [도8]은 이를 위한 제어 유닛의 다양한 구조 및 다양한 제어 방법을 예시한다.
[도7]은 본 명세서의 네 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다. 본 실시예는 제어 유닛 또는 사용자가 시동 스위치를 켤 때(즉 상기 차량의 시동을 시작할 때) 배터리 유닛(150)의 온도(TBU)가 TD-Max보다 높은 고온일 경우, 제어 유닛이 배터리 유닛(150)의 방전을 제어하는 구조 및 방법에 해당한다.
제어 유닛이나 사용자가 정지 상태의 차량의 스위치를 켜면, 제어 유닛은 TBU를 측정한다. 만일 TBU가 TD-Max보다 낮으며 TD-Min보다 높으면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 시작할 수 있고, 이에 따라 차량은 주행 준비를 마치고 주행을 시작하게 된다.
단 TBU가 TD-Max보다 높으면, 제어 유닛은 [도7]과 같이 배터리 유닛(150)이 방전하지 않도록 제어할 수 있다. 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 구동하여 기계적 에너지를 생성하고, 발전 유닛(120)을 구동하여 생성한 전기 에너지를 냉각 유닛(140)에 제공한다. 또한 냉각 유닛(140)은 냉각 요소를 이용하여 배터리 유닛(150)의 예비 냉각을 시작할 수 있다. 이 때 제어 유닛은 상기 전기 에너지를 배터리 유닛(150)에는 제공하지 않을 수 있다.
냉각 유닛(140)이 배터리 유닛(150)의 일부나 전부를 냉각하는 동안 제어 유닛은 배터리 유닛(150)은 방전을 시작하지 않으며, 그 결과 사용자가 스위치를 켠 후에도 배터리 유닛(150)은 방전을 시작하지 않는다. 따라서 사용자는 배터리 유닛(150)이 냉각될 때까지 차량 주행을 시작하지 못한다. 그 후 TBU가 TD-Ma로 감소하면(즉 예비 냉각이 완료되면), 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 시작하고, 차량은 주행을 시작할 수 있다.
제어 유닛은 냉각 유닛(140)을 다양한 패턴으로 조작하여 배터리 유닛(150)을 예비 냉각할 수 있다. 즉 제어 유닛은 배터리 유닛(150)에 포함된 배터리의 총 수효, 상기 배터리의 배열이나 기계적 또는 전기적 연결 특성, 분리팩 포함 여부, 분리팩의 총 수효, 고정팩의 총 수효, 상기 팩들의 배열, 상기 팩들의 기계적 또는 전기적 연결 특성 등에 따라 상이한 패턴으로 배터리 유닛(150)을 예비 냉각할 수 있다.
본 첫 번째 실시예의 첫 번째 상세예는 다수의 배터리들을 포함하는 배터리 유닛(150)이 방전할 때 모든 배터리가 동시에 방전하는 구조를 가진 경우이다. 이 때 냉각 유닛(140)이 배터리 유닛(150)의 일부만 예비 냉각하고 방전을 시작하면, 미처 냉각되지 않은 배터리는 비가역적 손상을 입을 수 있다. 따라서 냉각 유닛(140)은 배터리 유닛 전체, 모든 배터리 또는 가능한 많은 배터리를 냉각할 수 있도록 제작하고 배치한다.
제어 유닛은 TBU가 TD-Max로 감소하기 전까지 배터리 유닛(150)의 방전을 막을 수 있으며, 따라서 모터 유닛(160)의 구동도 막을 수 있다. 따라서 차량은 주행할 수 없다. 그 결과 사용자는 스위치를 켜도, 배터리 유닛(150)의 예비 냉각이 완료될 때까지는 차량의 주행을 시작할 수 없다.
단 예비 냉각 기간이 특정 기간 이상 길어지면(또는 길어질 것으로 예상되면), 제어 유닛은 배터리에 비가역적 손상이 가해질 수 있음에도 불구하고, TBU가 TD-Max 또는 상기 특정 온도로 감소하기 전 상술과 같이 배터리 유닛(150)의 방전을 시작(즉 "오버라이드")할 수 있다.
본 첫 번째 실시예의 두 번째 상세예의 배터리 유닛(150)은 세 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 두 번째 상세예와 같이 단일의 배터리 팩 형태로 제작되고 다수의 배터리들을 포함하되, 팩 내부에 장착된 배터리들이 다수의 세트들로 구분되어 장착되는 구조를 가진다. 따라서 세 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 두 번째 상세예의 예비 가열 및 제어 방법과 유사한 방법을 이용하여 제어 유닛은 본 상세예의 배터리 유닛(150)의 다수의 배터리 세트들을 예비 냉각하거나 제어할 수 있다.
본 상세예의 사용자는 시동 스위치를 켜더라도 배터리 유닛(150)의 특정 배터리 세트의 예비 냉각이 끝나기 전에는 차량의 구동을 시작할 수 없다. 하지만 예비 냉각 기간이 특정 기간 이상 길어지면(또는 길어질 것으로 예상되면), 제어 유닛은 상술과 같이 오버라이드할 수 있다.
특히 본 상세예에서 다른 배터리 세트보다 먼저 냉각되는 배터리 세트는 상기 "분리 배터리"에 해당한다. 또한 상기 분리 배터리가 아닌 배터리들은 상기 "고정 배터리"에 해당한다.
본 첫 번째 실시예의 세 번째 상세예의 배터리 유닛(150)은 상기 세 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 세 번째 상세예와 유사하게 다수의 배터리 팩 형태로 제작되어 상기 유닛(150)에 장착되는 구조를 가진다. 따라서 상기 세 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 세 번째 상세예의 예비 가열 및 제어 방법과 유사한 방법을 이용하여 제어 유닛은 본 상세예의 배터리 유닛(150)의 다수의 배터리 팩들을 예비 냉각하거나 제어할 수 있다.
본 상세예의 사용자는 시동 스위치를 켜도 배터리 유닛(150)의 특정 배터리 팩(즉 분리팩)의 예비 냉각이 끝나기 전에는 차량을 주행할 수 없다. 단 예비 냉각 기간이 특정 기간 이상 길어지면(또는 길어질 것으로 예상되면), 제어 유닛은 상술과 같이 오버라이드할 수 있다.
본 실시예의 두 번째 또는 세 번째 상세예에서, 배터리 유닛(150)의 분리 배터리 또는 분리팩이 방전하는 에너지가 차량의 고속 주행에도 충분한 양에 도달하는 경우, 차량은 정상 주행을 할 수 있다. 하지만 분리 배터리나 분리팩이 방전하는 에너지가 정상 주행에 필요한 양에 미치지 못하면, 차량은 정상 주행 대신 저속 주행을 시작할 수도 있다. 이와는 달리 분리 배터리 또는 분리팩이 방전하는 에너지가 정상 주행에 필요한 양에 미치지 못하면, 제어 유닛은 상기 차량이 주행하지 못하도록 제어할 수 있다.
그 후 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 고정 배터리들 또는 고정팩 중 냉각 유닛(140)에 의해 예비 냉각이 완료된 고정 배터리들 또는 고정팩이 순차적으로 방전하도록 제어할 수 있다. 따라서 차량은 저속 주행으로부터 속도를 증가시키며 중속 주행 또는 고속 주행을 할 수 있게 된다.
상기 세 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예과 같이, 본 네 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 다양한 상세예들 중 세 번째 상세예는 다른 상세예들이 제공하지 못하는 장점을 가지며, 이는 분리팩을 배터리 유닛(150)으로부터 용이하게 분리할 수 있다는 점이다. 또한 고정팩은 배터리 유닛(150)의 대부분을 차지하는 반면, 분리팩은 배터리 유닛(150)의 일부분에 해당한다.
따라서 분리팩이 비가역적 손상을 입어도, 사용자는 추후 손상을 입은 분리팩만 다른 분리팩으로 교체할 수 있다. 이 경우 분리팩에 포함된 배터리들의 수효가 적으므로, 사용자는 손상된 분리팩의 교체 비용을 최소화할 수도 있다. 또한 제어 유닛은 예비 냉각이 끝나기 전 분리팩의 방전을 시작하지만 고정팩의 방전을 막을 수 있다. 따라서 제어 유닛은 분리팩은 대체 가능한 소모품으로 활용하는 한편, 교체에 높은 비용이 필요할 수 있는 고정팩들은 비가역적 손상으로부터 효율적으로, 용이하게 보호할 수 있다는 장점도 제공한다.
이와 같이 본 실시예의 세 번째 상세예가 사용자에게 제공할 수 있는 이점은 상기 세 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 세 번째 상세예가 사용자에게 제공하는 이점과 유사하므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
[도8]은 본 명세서의 네 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다. 본 실시예는 제어 유닛 또는 사용자가 시동 스위치를 켤 때(즉 차량의 시동을 시작할 때) 배터리 유닛(150)의 온도(TBU)가 TD-Max보다 높은 고온일 경우, 제어 유닛이 배터리 유닛(150)의 방전을 제어하는 또 다른 구조 및 방법에 해당한다.
배터리 유닛(150), 배터리 세트 또는 배터리 팩이 TD-Max로 냉각되기 전 방전을 시작하면 영구적 손상을 입을 수 있다. 이를 방지하기 위하여 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 발생하는 에너지의 일부나 전부를 배터리 유닛(150) 대신 모터 유닛(160)에 제공할 수 있다. 따라서 사용자는 자신의 필요에 따라 또는 발전 유닛(120)이 제공하는 에너지의 양에 따라 차량을 저속, 중속 또는 고속으로 주행할 수 있다.
본 두 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지 중 EGEN-C는 냉각 유닛(140)에 공급하고, 나머지 EGEN-M은 직접 모터 유닛(160)에 공급하도록 한다. 단 제어 유닛은 배터리 유닛(150)이 직접 방전하지 못하도록 제어할 수 있다.
제어 유닛은 예비 냉각 중 배터리 유닛(150)이 모터 유닛(160)에 에너지를 제공하는 방전은 금지하지만, 발전 유닛(120)으로부터 에너지를 공급받는 충전은 허용할 수 있다. 또는 제어 유닛은 예비 냉각 도중 배터리 유닛(150)의 충전 및 방전을 금지할 수도 있다.
본 두 번째 실시예의 두 번째 상세예는 상기 첫 번째 상세예와 유사하게 제어 유닛이 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지 중 일부는 냉각 유닛(140)에, 나머지는 직접 모터 유닛(160)에 공급함은 물론, [도8]에 도시되지 않았지만, 배터리 유닛(150)이 방전하며 모터 유닛(160)에 에너지를 제공하도록 할 수 있다.
따라서 TD-Max보다 높은 온도에서 방전하는 배터리 유닛(150)의 일부는 비가역적 손상을 입을 수 있다. 단 배터리 유닛(150)이 분리 배터리 또는 분리팩을 포함하고, 적정 방전 온도 범위보다 높은 고온에서는 분리 배터리나 분리팩만 방전하도록 하여, 제어 유닛은 고정팩을 손상으로부터 보호할 수 있다.
본 네 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예에 비하여, 상기 두 번째 실시예는 사용자에게 추가 장점을 제공한다. 즉 상기 두 번째 실시예의 제어 유닛은 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 온도보다 높은 고온에서도 사용자가 스위치를 켬과 동시에 차량을 주행할 수 있다는 장점을 제공한다.
일예로 TBU가 TD-Max보다 높을 때 사용자가 시동 스위치를 켜면, 첫 번째 실시예의 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지를 냉각 유닛(140)에 제공하여 배터리 유닛(150)의 예비 냉각을 시작하거나, 또는 에너지를 냉각 유닛(140)과 배터리 유닛(150)에 제공하여 배터리 유닛(150)의 예비 냉각과 상기 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다. 하지만 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 금지하므로 차량은 주행할 수 없다.
하지만 사용자가 오버라이드를 하면 배터리 유닛(150)은 방전을 시작하고, 모터 유닛(160)이 구동되며, 따라서 차량은 주행을 시작할 수 있다. 하지만 이는 배터리 유닛(150)의 배터리의 일부나 전부에 손상을 가할 수 있다. 따라서 시동을 켬과 동시에 차량을 주행하는 사용자는 배터리 손상이라는 대가를 치른다.
반면 상기 네 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 경우, TBU가 TD-Max보다 높을 때 사용자가 시동 스위치를 켜면, 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지를 모두 모터 유닛(160)에만 제공할 수 있다. 또는 제어 유닛은 상기 에너지를 냉각 유닛(140)과 모터 유닛(160)에 제공함으로써, 배터리 유닛(150)의 예비 냉각의 시작과 함께 사용자가 차량의 주행을 시작하도록 할 수 있다. 따라서 사용자는 배터리 유닛(150)의 예비 냉각이 끝나기 전 또는 배터리의 일부나 전부의 예비 냉각이 끝나기 전에도, 차량의 주행을 시작할 수 있다. 단 이 때 차량의 주행 속도(일예로 저속, 중속 또는 고속 주행)는 발전 유닛(120)의 용량에 근거하여 결정될 수 있다.
위의 문장의 예시에서 제어 유닛은 분리 배터리나 분리팩을 방전하며 추가 에너지를 모터 유닛(160)에 제공할 수 있다. 따라서 사용자는 고온에서 스위치를 켠 직후 차량을 중속으로 또는 고속으로 주행할 수 있는 반면, 고온 방전에 의한 비가역적 손상은 분리 배터리 또는 분리팩에 국한시킬 수 있다.
상기 두 번째 실시예처럼, TBU가 TC-Max보다 높을 때 사용자나 제어 유닛이 스위치를 켜면, 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 구동하고 발전 유닛(120)을 구동하여 에너지를 생성한 후, 이를 모터 유닛(160)에 제공할 수 있다. 이에 따라 상기 차량은 배터리 유닛(150)의 온도와 관계 없이, 또는 상기 유닛(150)이 입을 수 있는 비가역적 손상을 분리 배터리나 분리팩에 국한시키며 주행할 수 있다는 장점을 제공한다.
본 명세서의 네 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예는 차량의 배터리 유닛(150)의 온도가 TC-Max보다 높을 때 차량의 시동을 시작한 후의 냉각 유닛의 제어에 관련된 구조, 작동 순서 및 상기 순서 등에 대한 것이다.
배터리 유닛(150)의 온도가 TD-Max로 내려가면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)이 방전하며 에너지를 모터 유닛(160)에 공급하도록 한다. 모터 유닛(160)은 구동 유닛(170)을 구동하고, 차량은 주행을 시작할 수 있다. 일단 배터리 유닛(150)이 방전을 시작하면, 제어 유닛은 TBU를 측정하며, TBU가 TC-Max보다 낮아질 때까지 냉각 유닛(140)을 구동할 수 있다.
배터리 유닛(150)의 온도가 TD-Max보다 낮아지거나, 또는 일정 기간 TD-Max보다 낮은 온도를 유지하면, 제어 유닛은 냉각 유닛(140)의 구동을 중지할 수 있다. 또한 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지를 모터 유닛(160) 대신 배터리 유닛(150)에 제공함으로써 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다. 하지만 TBU가 적정 충전 온도 범위를 벗어나면(즉 TBU가 TC-Max보다 높으면) 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 충전을 시작하지 않고, TBU가 TC-Max에 도달할 때까지 냉각 유닛(140)을 구동할 수 있다.
또는 TBU가 TD-Max에 도달하더라도, 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지의 일부 또는 전부를 모터 유닛(160)에 제공할 수 있다. 특히 사용자가 요구하는 주행용 에너지가 배터리 유닛(150)이 방전할 수 있는 에너지를 초과하면, 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지를 모터 유닛(160)에 제공할 수 있다. 이에 따라 모터 유닛(160)은 더 빠른 속도로 구동하게 되며, 그 결과 사용자도 상기 차량을 더 빠른 속도로 주행하도록 할 수 있다.
본 명세서의 네 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예는 차량의 다양한 유닛의 작동 상태 및 순서에 대한 개략도로서, TBU가 TC-Max보다 높을 때 사용자 또는 제어 유닛이 차량의 시동을 시작하는 상태에서의 배터리 유닛(150)의 충전에 대한 것이다.
일예로 사용자가 스위치를 켜면 제어 유닛은 TBU를 측정하고, TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)이 방전을 시작하며 EBAT를 모터 유닛(160)에 제공하고, 모터 유닛(160)은 EMOT를 구동 유닛(170)에 제공하며, 그 결과 차량은 주행을 시작한다.
또한 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하며 적정 충전 온도 범위에도 속하면, 제어 유닛은 차량 주행과 동시에 또는 주행 시작 후 엔진 유닛(110)과 발전 유닛(120)을 가동하여 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다. 또는 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하지 않지만 적정 충전 온도 범위에 속하면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 금지하고 차량 주행을 방지하나, 엔진 유닛(110)과 발전 유닛(120)을 가동하여 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다.
적정 방전 온도 범위와 관계 없이 TBU가 적정 충전 온도 범위에 속하지 않으면(즉 TBU가 TC-Max보다 높으면), 제어 유닛은 가열 유닛(130)이나 냉각 유닛(140)을 가동하여 TBU를 적정 충전 온도 범위 내로 증가 또는 감소시킨 후, 배터리 유닛(150)을 충전할 수 있다. 일단 제어 유닛이 배터리 유닛(150)의 충전을 시작하면, 상술의 다양한 충전 종료 시점에 상기 유닛(150)의 충전을 종료할 수 있다.
단 상술과 같이 제어 유닛의 측면에서 배터리 유닛(150)의 방전과 충전은 각각 별개의 작업일 수 있다. 또 배터리 유닛(150)의 충전에는 엔진 유닛(110)과 발전 유닛(120)의 구동이 필수이다. 따라서 상술과 같이 제어 유닛은 TBU와 적정 충전 온도 범위를 비교하여 배터리 유닛(150)의 충전 여부를 결정하거나, TBU와는 상관 없이 배터리 유닛(150)의 충전률에 근거하여 충전 여부를 결정할 수 있다.
상술의 네 번째 예시적 측면의 다양한 차량, 상기 차량의 배터리 유닛, 제어 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛 등은 상술과 상이한 구조로 변형 또는 개량되거나, 상술과 상이한 방법으로 구동되거나 제어될 수 있다.
일예로 상기 네 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량의 첫 번째 실시예는 배터리 유닛의 방전 제어 및 충전 제어에 대한 것이고, 또한 두 번째 실시예는 하나 이상의 3차전지를 포함하는 배터리 유닛에 대한 것이다. 상술의 두 가지 실시예에 대한 설명은 상술의 첫 번째 예시적 측면 및 세 번째 예시적 측면의 설명과 동일하거나 유사하며, 따라서 더 이상의 설명은 생략한다.
상술의 네 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량의 세 번째 실시예는 제어 유닛이 상기 차량의 다양한 유닛의 상태를 다양한 방법으로 사용자에게 알리는 구조 및 방법에 대한 것이다.
일예로 제어 유닛은 하나 이상의 계기판을 이용하여 사용자에게 예비 냉각에 소요되는 예상 기간, 예비 냉각 완료 시간, 예비 냉각이 완료되기 전 주행을 시작할 때 가능한 주행 속도, 배터리 충전률 등을 알릴 수 있다. 배터리 유닛이 분리 배터리나 분리팩을 포함하면, 제어 유닛은 분리 배터리나 분리팩의 예비 냉각에 소요되는 예상 기간이나 예상 시간, 예비 냉각이 완료되기 전 주행을 시작할 때의 가능한 주행 속도, 충전률 등을 알릴 수 있다.
또는 제어 유닛은 분리팩이나 고정팩의 충전률, 방전 깊이, 분리팩이나 고정팩의 배터리 용량, 분리팩의 배터리 용량 상실 정도 등을 사용자에게 알릴 수 있다. 또는 제어 유닛은 분리팩(또는 고정팩)의 배터리 용량 상실 정도가 특정 정도를 초과하는 경우, 사용자에게 분리팩을 교체하도록 알릴 수 있다.
상술의 네 번째 예시적 측면의 다양한 차량, 상기 차량의 다양한 유닛의 기타 구조 상의 특징 또는 기타 구동 방법, 제어 방법 등은 상술의 첫 번째 내지 세 번째 예시적 측면의 상기 특징 또는 방법과 동일하거나 유사하므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
또 서로 상충되지 않는 한, 상술의 네 번째 예시적 측면의 다양한 구조, 방법 등은 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
5. 적정 방전(또는 충전) 온도 및 배터리 유닛의 온도에 근거한 직렬형 하이브리드 차량의 주행 제어 및 방법
본 명세서의 다섯 번째 예시적 측면은 배터리 유닛의 온도(TBU)에 근거하여 상기 유닛의 방전과 충전은 물론 하이브리드 차량의 주행을 제어하는 다양한 구조와 방법에 대한 예시이다. 특히 본 예시적 측면은 TBU와 상기 유닛의 적정 방전(또는 충전) 온도에 따라 차량의 주행을 제어하는 다양한 구조 및 방법은 물론 이와 관련된 가열 유닛 및 냉각 유닛의 제어에 대한 것이다.
본 명세서의 다섯 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예는 차량의 배터리 유닛의 적정 방전 온도 범위 및 적정 충전 온도 범위가 서로 중첩하되, 최고 방전 온도(TD-Max)가 최고 충전 온도(TC-Max)보다 높고, 최저 방전 온도(TD-Min)가 최저 충전 온도(TC-Min)보다 높은 경우이다. [도9]는 이러한 배터리 유닛의 적정 방전 온도 범위 및 적정 충전 온도 범위를 나타내는 개략도이다. 제어 유닛은 [도9]에 도시된 다섯 개의 구간, 즉 (A1), (A2), (A3), (A4) 및 (A5)에 따라 하이브리드 차량의 구동을 상이하게 제어할 수 있다.
구간 (A1)은 TBU가 TC-Min(따라서 TD-Min)보다 낮은 구간이다. 따라서 상기 구간에서 배터리 유닛이 방전 또는 충전되면, 배터리가 비가역적 손상을 입을 수 있다. 따라서 제어 유닛은 구간 (A1)에서 배터리를 예비 가열하여 배터리 유닛의 온도가 구간 (A2)로 증가한 후 충전을 시작하거나, 또는 상기 온도가 구간 (A3)로 증가한 후 방전을 시작함으로써, 배터리 유닛의 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
구간 (A2)는 TBU가 TC-Min보다 높지만 TD-Min보다 낮은 구간이다. 따라서 상기 구간에서는 배터리 유닛의 손상을 최소화하며 충전이 가능하다. 하지만 배터리 유닛이 방전할 경우 저온에 의한 비가역적 손상을 입을 수 있다. 따라서 제어 유닛은 배터리 유닛을 예비 가열하여 TBU가 구간 (A2)에서 (A3)로 증가한 후 방전을 시작함으로써, 배터리 유닛의 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
구간 (A3)는 TBU가 TD-Min와 TC-Max 사이인 구간이다. 따라서 상기 구간에서는 배터리 유닛이 최소한의 손상만 입으며 방전 및 충전이 가능하다. 즉 구간 (A3)는 하이브리드 차량이 방전과 충전을 하며 주행할 수 있는 온도 범위에 해당한다.
구간 (A4)는 TBU가 TC-Max보다는 높지만 TD-Max보다 낮은 경우이다. 따라서 구간 (A4)의 배터리 유닛은 최소한의 손상만 입으며 방전은 가능하지만, 충전 시에는 고온 충전에 의한 비가역적 손상을 입게 된다. 따라서 제어 유닛은 구간 (A4)에서 배터리 유닛을 예비 냉각하여 배터리 유닛의 온도가 구간 (A3)로 감소한 후 충전을 시작함으로써, 배터리 유닛의 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
구간 (A5)는 TBU가 TD-Max(따라서 TC-Max)보다 높은 경우이다. 상기 구간에서 배터리 유닛이 방전(또는 충전)되면 고온 방전(또는 충전)에 의한 비가역적 손상을 입게 된다. 따라서 제어 유닛은 배터리를 예비 냉각하고 TBU가 구간 (A4)로 감소한 후 방전을 시작하거나, 또는 상기 온도가 구간 (A5)에서 구간 (A3)로 감소한 후 충전을 시작함으로써, 배터리 유닛의 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
상기 첫 번째 실시예의 제어 유닛은 다양한 방법으로 엔진 유닛, 발전 유닛, 배터리 유닛의 방전(또는 충전), 모터 유닛의 구동 등을 제어할 수 있다. 따라서 사용자는 스위치를 켜는 즉시 차량을 주행할 수 있거나, 또는 배터리 유닛의 예비 가열 또는 예비 냉각 기간 동안 주행하지 못하고 기다릴 수 있다. 또 상기 제어에 따라 사용자는 차량을 저속으로만 주행할 수 있거나, 저속이나 중속으로 주행할 수 있거나, 또는 저속, 중속 또는 고속으로 주행할 수 있다.
상기 구간 (A1)의 제어 유닛은 다양한 방법으로 차량의 주행을 제어할 수 있다. 일예로 구간 (A1)에서의 제어의 첫 번째 상세예의 경우, 사용자가 스위치를 켜면, 제어 유닛은 가열 유닛을 가동하여 배터리 유닛의 예비 가열을 시작한다. 제어 유닛은 TBU가 구간 (A3)로 증가할 때까지 배터리 유닛의 방전을 금지할 수 있다. 따라서 사용자는 시동 스위치를 켠 후에도 TBU가 구간 (A3)로 가열될 때까지 기다린 후 주행을 시작할 수 있다.
상기 제어 방법은 사용자가 스위치를 켠 후 일정 기간이 지나야 주행 가능하다는 단점이 있다. 하지만 상술의 제어 방법은 적정 방전(또는 충전) 온도 범위보다 낮은 온도에서의 방전(또는 충전)을 방지하여 배터리 유닛의 비가역적 손상을 최소화하며, 배터리 유닛의 수명을 최적화한다는 장점을 제공한다.
구간 (A1)에서의 제어의 두 번째 상세예의 경우, 사용자가 스위치를 켜면, 제어 유닛은 TBU와 관계 없이 배터리 유닛의 방전을 시작할 수 있다. 따라서 사용자는 시동 스위치를 켠 후 즉시 주행을 시작할 수 있다. 배터리 유닛은 구간 (A1)에서 방전하며 비가역적 손상을 입게 된다. 이 손상을 최소화하기 위하여 제어 유닛은 배터리 유닛 전체 또는 일부(일예로 분리 배터리나 분리팩)만 방전시킬 수 있다.
일예로 제어 유닛이 배터리 유닛 전체를 방전하면, 사용자는 차량을 고속으로 주행할 수 있다. 하지만 제어 유닛이 배터리 유닛의 일부만 방전하면, 사용자는 차량을 중속 또는 저속으로 주행할 수 있다.
상기 배터리 유닛은 구간 (A1)에서의 방전에 따라 비가역적 손상을 입게 된다. 하지만 배터리 유닛이 분리 배터리 또는 분리팩을 포함하는 경우, 제어 유닛은 분리 배터리나 분리팩을 방전시킴으로써, 고정 배터리 또는 고정팩을 상기 손상으로부터 보호하는 동시에 사용자가 차량을 주행하도록 할 수 있다. 이 경우, 사용자는 분리 배터리 또는 분리팩이 생성할 수 있는 에너지에 비례하여 차량을 주행할 수 있다.
본 두 번째 상세예의 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전과 동시에 가열 유닛을 가동하여 배터리 유닛의 예비 가열을 시작할 수 있다. 또는 제어 유닛은 배터리 유닛이 방전을 시작하기 직전 또는 직후 가열 유닛을 가동할 수도 있다.
일단 TBU가 구간 (A3)에 도달하면, 제어 유닛은 가열 유닛의 구동을 중단하고 예비 가열을 마칠 수도 있다. 따라서 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전 또는 충전을 시작할 수 있다.
구간 (A1)에서의 제어의 세 번째 상세예의 경우, 사용자가 스위치를 켜면, 제어 유닛은 엔진 유닛을 구동하여 발전 유닛을 구동한 후, 발전 유닛이 생성한 전기 에너지를 직접 모터 유닛에 제공할 수 있다. 따라서 사용자는 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하지 않는 구간 (A1)에서도 스위치를 켜는 즉시 차량 주행을 시작할 수 있다.
단 제어 유닛은 TBU가 구간 (A3)에 도달할 때까지 배터리 유닛의 방전은 금지할 수 있다. 따라서 본 상세예의 경우, 차량의 속도는 발전 유닛이 생성할 수 있는 에너지의 양에 의하여 결정된다.
본 세 번째 상세예의 제어 유닛은 발전 유닛을 구동하여 에너지를 생성함과 동시에 일부는 모터 유닛에 제공하여 차량의 주행을 시작하는 한편, 나머지는 가열 유닛에 제공하여 배터리 유닛의 예비 가열을 시작할 수 있다. 또는 제어 유닛은 차량이 주행하기 시작한 직후 가열 유닛을 가동할 수도 있다. 일단 TBU가 구간 (A3)에 도달하면, 제어 유닛은 가열 유닛의 구동을 중단하고 예비 가열을 마칠 수 있다.
구간 (A1)에서의 제어의 네 번째 상세예의 경우, 제어 유닛은 상술의 두 번째 및 세 번째 상세예를 모두 실행할 수 있다. 따라서 제어 유닛은 발전 유닛이 생성한 전기 에너지 및 배터리 유닛이 방전하며 제공하는 에너지를 모터 유닛에 제공하며, 사용자는 차량을 저속, 중속 또는 고속으로 주행할 수 있다. 본 상세예의 기타 사항은 상술의 두 번째 및 세 번째 상세예와 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
구간 (A5)의 제어 유닛은 다양한 방법으로 차량의 주행을 제어할 수 있다. 단 구간 (A5)의 제어 유닛의 제어는 구간 (A1)의 제어와 유사하지만, 구간 (A5)의 제어는 TBU가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위보다 높은 고온인 반면 구간 (A1)의 제어는 TBU가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위보다 낮은 저온이라는 차이점이 있고, 또한 구간 (A5)는 TD-Max보다 높은 온도부터 시작하지만, 구간 (A1)은 TC-Min보다 낮은 온도부터 시작한다는 차이점이 있다.
따라서 구간 (A5)의 제어 유닛은 가열 유닛 대신 냉각 유닛을 구동하며 배터리 유닛의 온도를 조작하고, 이에 따라 배터리 유닛의 방전 또는 충전을 제어함은 물론 상기 차량의 주행을 제어할 수 있다. 상기 차이점들을 제외한다면, 구간 (A5)의 제어 유닛의 제어는 구간 (A1)의 제어 유닛의 제어와 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
구간 (A2)와 구간 (A3)의 제어 유닛도 다양한 방법으로 차량의 주행을 제어할 수 있다. 단 구간 (A2)는 TBU가 적정 충전 온도 범위에 속하는 반면 구간 (A3)는 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하는 경우이다. 이러한 점을 제외하면, 구간 (A2) 및 구간 (A3)에서의 제어는 구간 (A1) 또는 구간 (A5)의 제어와 유사 또는 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 첫 번째 실시예의 제어 유닛은 다양한 방법으로 배터리 유닛의 충전을 제어할 수 있다. 일예로 제어 유닛은 사용자가 스위치를 켜면 배터리 유닛의 충전을 시작할 수 있다. 이와는 달리 제어 유닛은 배터리 유닛의 예비 가열이나 예비 냉각이 완료되고, TBU가 적정 충전 온도 범위에 속한 후에야 배터리 유닛의 충전을 시작할 수 있다.
또한 TBU가 적정 충전 온도 범위에 속하지 않으면 제어 유닛은 분리 배터리나 분리팩만 충전할 수 있다. 이에 따라 제어 유닛은 선택적으로 저온 충전 또는 저온 방전에 따른 비가역적 손상을 분리 배터리나 분리팩에 제한시킬 수 있다. 이와 같이 배터리 유닛의 충전과 관련된 다양한 제어 방법은 상기 방전과 관련된 다양한 제어 방법과 유사 또는 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
본 명세서의 다섯 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예는 차량의 배터리 유닛의 적정 방전 온도 범위 및 적정 충전 온도 범위가 서로 중첩하되, 최고 방전 온도(TD-Max)가 최고 충전 온도(TC-Max)보다 낮고, 최저 방전 온도(TD-Min)도 최저 충전 온도(TC-Min)보다 낮은 경우이다. [도10]는 상기 배터리 유닛의 적정 방전 온도 범위 및 적정 충전 온도 범위를 나타내는 개략도이다. 제어 유닛은 [도10]에 도시된 다섯 개의 구간, 즉 (B1), (B2), (B3), (B4), (B5) 등에 따라 하이브리드 차량의 구동을 상이하게 제어할 수 있다.
구간 (B1)은 TBU가 TD-Min(따라서 TC-Min)보다 낮은 경우이다. 즉 구간 (B1)에서 배터리 유닛의 방전이나 충전을 시도하면, 배터리가 비가역적 손상을 입게 된다. 따라서 제어 유닛은 구간 (B1)에서 배터리를 예비 가열하여 배터리 유닛의 온도가 구간 (B2)로 증가한 후 방전을 시작하거나, 배터리 유닛의 온도가 구간 (B3)로 증가한 후 충전을 시작함으로써, 배터리 유닛의 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
구간 (B2)는 TBU가 TD-Min보다 높지만 TC-Min보다 낮은 경우이다. 즉 구간 (B2)는 배터리 유닛이 최소한의 손상을 입으며 방전이 가능하지만, 충전 시에는 저온 충전에 의한 비가역적 손상을 입게 된다. 따라서 제어 유닛은 구간 (B2)에서 배터리 유닛을 예비 가열하여 배터리 유닛의 온도가 구간 (B3)로 증가한 후 충전을 시작함으로써, 배터리 유닛의 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
구간 (B3)는 TBU가 TC-Min와 TD-Max 사이인 경우이다. 상기 구간에서는 배터리 유닛이 최소한의 손상을 입으며 방전 및 충전이 모두 가능하다. 바꾸어 말하면, 구간 (B3)는 하이브리드 차량이 방전 및 충전을 하며 주행을 할 수 있는 온도 범위에 해당한다.
구간 (B4)는 TBU가 TD-Max보다 높고 TC-Max보다 낮은 경우이다. 즉 구간 (B4)는 배터리 유닛이 최소한의 손상만 입으며 충전이 가능하지만, 방전 시에는 고온 방전에 의한 비가역적 손상을 입게 된다. 따라서 제어 유닛은 구간 (B4)에서 배터리 유닛을 예비 냉각하여 배터리 유닛의 온도가 구간 (B3)로 감소한 후 방전을 시작함으로써, 배터리 유닛의 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
구간 (B5)는 TBU가 TD-Max와 TC-Max보다 높은 경우이다. 즉 구간 (B5)에서 배터리 유닛의 방전 및 충전을 시도하면, 배터리가 비가역적 손상을 입게 된다. 따라서 제어 유닛은 구간 (B5)에서 배터리를 예비 냉각하여 배터리 유닛의 온도가 구간 (B4)로 감소한 후 충전을 시작하거나, 또는 상기 온도가 구간 (B3)로 감소한 후 방전을 시작함으로써, 배터리 유닛의 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
상기 두 번째 실시예의 제어 유닛도 다양한 방법으로 엔진 유닛, 발전 유닛, 배터리 유닛의 방전, 모터 유닛의 구동 등을 제어할 수 있다. 따라서 사용자는 스위치를 켜는 즉시 차량을 주행할 수 있거나, 구간 (B1)의 배터리 유닛의 예비 가열 또는 구간 (B4)와 (B5)의 예비 냉각 기간 동안 차량을 주행하지 못할 수 있다. 또한 상기 제어에 따라 사용자는 차량을 저속으로만, 저속 및 중속으로만, 또는 저속, 중속 및 고속으로 주행할 수 있다.
또한 제어 유닛은 TBU와 관계 없이 사용자가 스위치를 켜면 엔진 유닛 및 발전 유닛을 구동하여 발생한 전기 에너지를 모터 유닛에 제공하여 차량을 주행하도록 할 수 있다. 필요한 경우, 제어 유닛은 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하지 않아도, 배터리 유닛의 전체나 일부, 분리 배터리나 분리팩을 방전하며 차량을 주행하도록 할 수 있다.
일반적으로 상기 두 번째 실시예의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위는 첫 번째 실시예의 온도 범위와 유사하지만, 두 번째 실시예의 TD-Min, TD-Max는 각각 TC-Min, TC-Max보다 낮은 반면 상기 첫 번째 실시예의 TD-Min, TD-Max는 각각 TC-Min, TC-Max보다 높다는 차이점이 있다. 상기 차이점을 제외한다면 두 번째 실시예의 제어 유닛의 제어 방법은 첫 번째 실시예의 제어 유닛의 제어 방법과 유사 또는 동일하다. 따라서 상기 두 번째 실시예의 제어 유닛의 다양한 제어 방법에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 명세서의 다섯 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예는 상기 차량의 배터리 유닛의 적정 방전 및 적정 충전 온도 범위가 서로 중첩하되, 최고 방전 온도(TD-Max)가 최고 충전 온도(TC-Max)보다 높고, 최저 충전 온도(TC-Min)가 최저 방전 온도(TD-Min)보다 높은 경우이다. [도11]은 상기 배터리 유닛의 적정 방전 온도 범위 및 적정 충전 온도 범위를 나타내는 개략도이다. 제어 유닛은 [도11]에 도시된 다섯 개의 구간, 즉 (C1), (C2), (C3), (C4) 및 (C5)에 따라 상기 차량의 구동을 상이하게 제어할 수 있다.
구간 (C1)은 TBU가 TD-Min과 TC-Min보다 낮은 경우로서, 이 구간의 특징은 구간 (B1)의 특징과 유사하다. 따라서 구간 (C1)의 제어 유닛은 구간 (B1)에서의 제어 방법과 동일 또는 유사한 방법으로 상기 차량의 다양한 유닛들을 제어하고, 차량 주행도 제어할 수 있다. 구간 (C2)에서는 TBU가 TD-Min보다 높지만 TC-Min보다는 낮다. 따라서 구간 (C2)의 특징은 구간 (B2)의 특징과 유사하고, 구간 (C2)의 제어 유닛은 구간 (B2)에서의 제어 방법과 동일 또는 유사한 방법으로 상기 차량의 다양한 유닛 및 차량의 주행도 제어할 수 있다.
구간 (C3)는 구간 (A3)와 구간 (B3)와 동일한 특징을 갖는다. 따라서 제어 유닛은 구간 (A3)나 (B3)의 제어 방법과 동일 또는 유사한 방법으로 상기 차량의 다양한 유닛 및 차량의 주행도 제어할 수 있다.
구간 (C4)에서는 TBU가 TC-Max보다 높지만 TD-Max보다는 낮다. 따라서 상기 구간의 특징은 구간 (A4)의 특징과 유사 또는 동일하다. 따라서 구간 (C4)의 제어 유닛은 구간 (A4)에서의 제어 방법과 동일 또는 유사한 방법으로 상기 차량의 다양한 유닛들을 제어하고, 차량의 주행도 제어할 수 있다.
구간 (C5)는 TBU가 TD-Max와 TC-Max보다 높은 경우로서, 이 구간의 특징은 구간 (A5)의 특징과 유사하다. 따라서 구간 (C5)의 제어 유닛은 구간 (A5)에서의 제어 방법과 동일하거나 유사한 방법으로 상기 차량의 다양한 유닛들을 제어하고, 차량의 주행도 제어할 수 있다.
본 명세서의 다섯 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예는 상기 차량의 배터리 유닛의 적정 방전 및 적정 충전 온도 범위가 서로 중첩하되, 최고 방전 온도(TD-Max)는 최고 충전 온도(TC-Max)보다 낮고, 최저 충전 온도(TC-Min)는 최저 방전 온도(TD-Min)보다 낮은 경우이다. [도12]는 이러한 배터리 유닛의 적정 방전 및 적정 충전 온도 범위를 나타내는 개략도이다. 제어 유닛은 [도12]에 도시된 다섯 개의 구간, 즉 (D1), (D2), (D3), (D4) 및 (D5)에 따라 상기 차량의 구동을 상이하게 제어할 수 있다.
구간 (D1)은 TBU가 TC-Min, TD-Min보다 낮은 경우로서, 상기 구간의 특징은 구간 (A1)의 특징과 유사하다. 따라서 구간 (D1)의 제어 유닛은 구간 (A1)에서의 제어 방법과 동일 또는 유사한 방법으로 상기 차량의 다양한 유닛들을 제어하고, 차량의 주행도 제어할 수 있다.
구간 (D2)에서는 TBU가 TC-Min보다 높지만 TD-Min보다는 낮다. 따라서 구간 (D2)의 특징은 구간 (A2)의 특징과 유사 또는 동일하다. 따라서 구간 (D2)의 제어 유닛은 구간 (A2)에서의 제어 방법과 동일 또는 유사한 방법으로 상기 차량의 다양한 유닛들을 제어하고, 차량의 주행도 제어할 수 있다.
구간 (D3)는 구간 (A3), (B3) 및 (C3)와 동일한 특징을 갖는다. 이에 따라 구간 (D3)의 제어 유닛은 구간 (A3), (B3) 또는 (C3)에서의 제어 방법과 동일하거나 유사한 방법으로 상기 차량의 다양한 유닛들을 제어하고, 차량 주행도 제어할 수 있다.
구간 (D4)에서는 TBU가 TD-Max보다 높지만 TC-Max보다는 낮다. 따라서 구간 (D4)의 특징은 구간 (B4)의 특징과 유사 또는 동일하다. 따라서 구간 (D4)의 제어 유닛은 구간 (B4)에서의 제어 방법과 동일하거나 유사한 방법으로 상기 차량의 다양한 유닛들을 제어하고, 차량의 주행도 제어할 수 있다.
구간 (D5)는 TBU가 TC-Max, TD-Max보다 높은 경우로서, 상기 구간의 특징은 구간 (B5)의 특징과 유사하다. 따라서 구간 (D5)의 제어 유닛은 구간 (B5)에서의 제어 방법과 동일 또는 유사한 방법으로 상기 차량의 다양한 유닛들을 제어하고, 차량의 주행도 제어할 수 있다.
상기 다섯 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량, 배터리 유닛, 제어 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛 등은 상술과 상이한 구조로 변형 또는 개량되거나, 상술과 상이한 방법으로 구동되거나 제어될 수 있다.
상기 다섯 번째 예시적 측면의 변형이나 개량의 첫 번째 실시예는 배터리 유닛의 방전 제어, 충전 제어 등에 대한 것이고, 두 번째 실시예는 복사 현상을 이용하는 가열 유닛의 사용에 대한 것이며, 세 번째 실시예는 하나 이상의 3차전지를 포함하는 배터리 유닛에 대한 것이다. 이에 대한 설명은 상술의 첫 번째 내지 네 번째 예시적 측면의 설명과 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 다섯 번째 예시적 측면의 변형 또는 개량의 네 번째 실시예는 제어 유닛이 배터리 유닛에 포함된 배터리의 적정 방전 온도 범위 및 적정 충전 온도 범위의 특성에 근거하여 분리 배터리 또는 분리팩을 선택적으로 이용하며, 배터리 유닛이 입을 수 있는 손상을 분리 배터리나 분리팩에 국한시키는 한편, 사용자가 용이하게 차량을 주행하도록 할 수 있는 구조 및 방법에 대한 것이다.
일예로 제어 유닛은 구간 (A3), (B3), (C3)와 (D3)에서는 배터리 유닛에 최소한의 비가역적 손상만 입히며 상기 유닛의 방전과 충전을 수행할 수 있다. 따라서 상기 차량은 주행 중 발전 유닛을 이용하여 배터리 유닛을 충전할 수 있다. 따라서 엔진 유닛의 연료가 고갈되지 않는 한, 상기 차량은 무한 거리를 이동할 수 있다.
또한 구간 (A4), (B2), (C2) 및 (C4)에서는 상기 차량의 주행 시 배터리 유닛은 방전하며 최소한의 손상만 입는다. 하지만 제어 유닛이 상기 구간에서 배터리 유닛을 충전하면 상기 유닛이 손상을 입을 수 있다. 따라서 제어 유닛은 구간 (A4)와 (C4)에서는 냉각 유닛을 구동하여 배터리 유닛의 온도를 낮추거나, 구간 (B2)와 (C2)에서는 가열 유닛을 구동하여 배터리 유닛의 온도를 높임으로써, 손상을 최소화하며 배터리 유닛을 충전할 수 있다.
구간 (A2), (B4), (D2) 및 (D4)에서는 배터리 유닛이 최소한의 손상만 입으며 충전될 수 있지만, 방전하면 손상을 입을 수 있다. 따라서 제어 유닛은 사용자가 시동 스위치를 켜도 상기 구간에서 차량의 주행을 정지시킨 후, 구간 (B4)와 (D4)에서는 냉각 유닛을 구동하여 배터리 유닛의 온도가 낮아진 후 또는 구간 (A2)와 (D2)에서는 가열 유닛을 구동하여 배터리 유닛의 온도가 높아진 후 방전을 시작할 수 있다.
구간 (A1), (B1), (C1) 및 (D1)의 배터리 유닛의 온도는 적정 방전(및 충전) 온도 범위보다 낮고, 구간 (A5), (B5), (C5) 및 (D5)의 배터리 유닛의 온도는 적정 방전(및 충전) 온도 범위보다 높다. 따라서 제어 유닛은 가열 유닛이나 냉각 유닛을 가동하여 배터리 유닛의 온도를 증가시키거나 또는 감소시킨 후, 배터리 유닛이 최소한의 손상을 입으며 충전 또는 방전하도록 할 수 있다.
또는 제어 유닛은 배터리 유닛의 온도가 적정 온도 범위에 속하기 않아도, 사용자가 스위치를 켜면 분리 배터리 또는 분리팩의 방전을 시작할 수 있다. 따라서 사용자는 배터리 유닛의 온도와 관계 없이 시동 즉시 차량을 주행할 수 있으며, 이와 동시에 배터리 유닛의 손상은 분리 배터리 또는 분리팩에만 국한될 수 있다.
상기 예시적 측면의 변형이나 개량의 다섯 번째 실시예는 제어 유닛이 다양한 구간들의 다양한 특성은 물론 분리 배터리나 분리팩의 충전률, 방전 깊이, 손상 정도 등에 근거하여 가열 유닛, 냉각 유닛, 또는 두 유닛을 모두 가동하며 방전 또는 충전 시 배터리 유닛의 손상을 최소화할 수 있다.
일예로 분리팩의 손상 정도가 적고 용량 손실도 적으면, 제어 유닛은 분리팩에 포함된 배터리 특성보다 상기 온도 특성에 따라 분리팩과 고정팩을 제어할 수 있다. 따라서 제어 유닛은 분리팩 또는 고정팩의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위에 따라 상기 팩의 방전(또는 충전)은 물론, 상기 차량의 주행을 제어할 수 있다.
하지만 분리팩의 손상 정도가 심하고 배터리 용량 손실도 큰 경우, 제어 유닛은 온도 특성 및 분리팩의 방전 깊이(즉 방전률) 등을 고려하여 분리팩과 고정팩을 제어할 수 있다. 또는 제어 유닛은 온도 특성은 최소한만 고려하며 상기 팩의 방전(또는 충전)은 물론, 상기 차량의 주행을 제어할 수 있다.
상술의 다섯 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량 및 다양한 유닛의 기타 구조 상의 특징 또는 기타 구동 방법, 제어 방법 등은 상술의 첫 번째 내지 네 번째 예시적 측면의 상기 특징이나 방법과 동일하거나 유사하므로, 상세한 설명은 생략한다.
또한 서로 상충되지 않는 한, 상기 다섯 번째 예시적 측면의 다양한 구조나 방법은 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
6. 배터리 유닛, 분리 배터리 및 분리팩의 구조 및 제어 방법
본 명세서의 여섯 번째 예시적 측면은 배터리 유닛의 내부에 장착된 다수의 배터리들의 다양한 기계적 또는 전기적 구조에 관한 것이다. 특히 배터리 유닛은 다수의 배터리를 포함하고, 상기 배터리들을 직렬, 병렬 또는 이의 혼합 방식으로 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전기 연결 요소를 포함한다. 배터리 유닛은 배터리들과 전기 연결 요소들을 외부로부터 보호하는 하나 이상의 케이스도 가질 수 있다.
본 명세서의 여섯 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예는 다수의 배터리 및 이들을 연결하는 전기 연결 요소를 일체형으로 케이스 내부에 장착한 "일체형 배터리 유닛"에 대한 것이다. [도13]은 예시적 "일체형 배터리 유닛"의 구조에 대한 개략도로서, 배터리 유닛(150)은 다수의 배터리(151)와 이들을 전기적으로 연결하는 하나 이상의 전기 연결 요소(152)를 포함하며, 다수의 배터리(151)와 전기 연결 요소(152)는 단일의 케이스(153)(설명의 편의 상 점선으로 표시) 내부에 장착된다.
일반적으로 배터리 유닛(150)은 동일 또는 상이한 종류의 배터리를 수평 또는 수직 방향으로 배치한 후, 이들을 전기 연결 요소로 연결하는 구조를 가진다. 일예로 [도13]의 배터리 유닛(150)은 수평 방향으로 11개의 동일한 배터리를, 측면 방향으로 1열로 배치하고, 수직 방향으로 상기 열들을 총 4층에 걸쳐 적층한 후, 이들을 직렬, 병렬 또는 혼합형으로 전기적으로 연결한다.
일반적으로 배터리 유닛 제조사는 일체형 배터리 유닛(150) 제작 시 다수의 배터리들(151)을 특정 배열 및 수효에 따라 특정 수효의 오(row) 또는 열(column)로 배치할 수 있다. 필요한 경우 제조사는 상기 오와 열로 배치된 배터리들을 수직 방향 또는 일정 각도로 특정 수효의 층의 형태로 배치할 수 있다.
상기 배치 후 또는 도중, 제조사는 배터리들(151)을 전기 연결 요소(152)로 연결하고, 이들(151)을 기계 연결 요소로 연결할 수도 있다. 그 후 제조사는 전기적으로 연결된 다수의 배터리를 케이스(153) 내부에 장착하되, 상기 케이스(153)은 한 겹 또는 여러 겹으로 제작할 수도 있다.
또는 배터리 유닛 제조사는 배터리 유닛(150) 내부에 다수의 전기 연결 요소(152)나 기계 연결 요소를 장착한 후, 상기 유닛(150) 내부에 다수의 배터리를 장착할 수 있다. 따라서 배터리(151)는 케이스(153) 내부에서 특정 배열, 수효, 층 등의 형태로 배치된다.
그 후 제조사는 케이스(153)를 밀봉한다. 그 결과 케이스(153) 내부의 배터리(151), 전기 연결 요소(152) 등은 외부로부터 보호될 수 있다. 배터리 유닛 제조사는 케이스(153) 외부에 하나 이상의 개폐 가능한 덮개를 설치할 수 있다. 참고로 [도13]에서 예시한 배터리 유닛(150)은 덮개를 포함하지 않는 경우이다.
배터리 유닛 제조사는 외부로부터의 기계적 충격에도 배터리(151)가 전기 연결 요소(152)와 전기적으로 견고하게 연결되도록 제작한다. 일반적으로 배터리 유닛 제조사는 사용자가 상기 유닛(150)으로부터 특정 배터리를 용이하게 분리하도록 제작하지 않으며, 오히려 배터리 유닛을 상기 일체형으로 제작한다. 본 명세서에서는 이러한 배터리 유닛을 "일체형 배터리 유닛"이라 지칭하기로 한다.
또한 배터리 유닛 내부에 장착된 배터리가 작은 충격에 전기 연결 요소로부터 분리되면, 배터리 유닛 자체가 작동하지 않을 수 있다. 따라서 배터리 유닛 제조사는 전기 연결 요소가 배터리와 전기적으로 연결되는 동시에 어느 정도의 외부 힘이 작용하더라도 상기 연결이 파손되지 않도록 전기 연결 요소를 제작한다. 따라서 일반적으로 전기 연결 요소도 어느 정도는 기계 연결 요소의 역할을 담당한다.
따라서 본 명세서에서 "기계 연결 요소"란 배터리와 배터리 유닛 사이의 전기적 연결에는 간여하지 않고, 배터리가 배터리 유닛 내부의 특정 위치에 특정 구조 또는 배치에 따라 장착된 후, 상기 위치에서 쉽게 분리되지 않도록 기계적 힘을 제공하는 요소를 지칭한다. 따라서 배터리가 장착되고 배터리 유닛이 방전이나 충전을 시작하면, 전기 연결 요소로는 전기가 흐르나, 기계 연결 요소로는 전기가 흐르지 않는 것으로 한다.
일체형 배터리 유닛은 다수의 배터리를 [도13]과는 상이한 구조로 배치할 수 있다. 일예로 상기 배터리 유닛은 각 층마다 동일한 또는 상이한 수효의 배터리를 배치하거나, 배터리들 사이에 수평 또는 수직 방향으로 하나 이상의 빈 공간을 형성하거나, 수평 또는 수직 방향으로 인접한 배터리들이 서로 접촉할 수 있도록 적층하거나, 또는 인접한 배터리들 사이에 일정 공간을 형성할 수 있다.
또는 일체형 배터리 유닛은 하나 이상의 층에 다수의 배터리를 다수의 행 및 열로 배치하며, 이 때 각 층에 포함된 배터리의 수효보다 수직 방향의 줄의 수효가 크도록(또는 적도록) 배치할 수도 있다. 물론 상기 구조는 상대적인 바, 배터리 유닛 제조사가 높이보다 폭이 넓은 배터리 유닛을 제조하더라도, 차량 제조사가 이를 90o도 회전함으로써, 폭보다 높은 배터리 유닛처럼 사용할 수 있다.
바꾸어 말하면, 배터리 유닛의 방전 특성 및 충전 특성이 결정되면, 배터리 유닛 제조사는 이에 적당한 배터리의 종류 및 수효를 결정하고, 상기 수효의 배터리들을 어떤 방식에 따라 전기적 또는 기계적으로 연결할 지 결정할 수 있다. 이에 따라 배터리 제조사는 배터리들을 수평이나 수직 방향으로 배열하고, 다수의 전기 연결 요소(필요할 경우 기계 연결 요소)를 이용하여 배터리들을 전기적(또는 기계적)으로 연결할 수 있다.
배터리 유닛의 모양은 상기 유닛이 장착될 차량 내부의 공간의 크기나 모양에 따라 상이해질 수 있다. 일예로 배터리 유닛 제조사는 240개의 배터리들을 수평 방향으로 10개씩 배열하고, 이들을 24층의 높이로 적층함으로써, 폭보다 높이가 높은 배터리 유닛을 제작할 수 있다. 또는 제조사는 수평 방향으로 48개의 배터리들을 8x6의 형태로 배열하고, 이들을 5층 높이로 적층함으로써, 높이보다 폭이 넓은 배터리 유닛을 제작할 수도 있다.
즉 배터리의 종류 및 수효가 결정되고 이들의 전기적 연결 방법이 결정되면, 배터리 유닛 제조사는 사용자의 요구 사항 또는 차량의 요구 사항에 따라 다양한 모양이나 크기의 배터리 유닛을 제작할 수 있다. 따라서 본 명세서의 배터리 유닛은 본 명세서의 다양한 하이브리드 차량의 특정 위치에 장착될 수 있는 한, 다양한 모양 또는 크기를 가질 수 있다.
또한 차량 제조사는 하이브리드 차량에 일체형 배터리 유닛을 다양한 방향으로 장착할 수 있다. 일예로 차량 제조사는 일체형 배터리 유닛의 상부가 위를, 아래를, 옆을 또는 일정 각도를 향하도록 장착할 수 있다. 이와 같이 배터리 유닛 제조사가 지칭하는 일체형 배터리 유닛의 상부는 차량 제조사가 지칭하는 배터리 유닛의 상부와 같을 수도 또는 상이할 수도 있다.
[도13]에 표시하지 않았지만, 일체형 배터리 유닛(150)은 상기 유닛(150) 전체, 상기 유닛(150)에 장착된 하나 이상의 배터리, 또는 하나 이상의 배터리 팩을 가열하거나 냉각하는 하나 이상의 열 발생 요소나 냉각 요소를 상기 유닛(150)의 다양한 위치에 다양한 배열에 따라 포함할 수 있다.
특히 열 발생(또는 냉각) 요소가 열 전달 현상을 통해 배터리를 가열(또는 냉각)하는 경우, 상기 요소는 배터리를 접촉하거나 배터리에 근접하도록 설치할 수 있다. 하지만 열 발생(또는 냉각) 요소가 대류 현상으로 배터리를 가열(또는 냉각)하는 경우에는, 상기 요소를 반드시 배터리를 접촉하거나 배터리에 근접하도록 설치할 필요는 없다. 상기 요소가 충분한 에너지를 제공하거나 흡수하는 한, 상기 요소들은 배터리 유닛의 내부나 외부 어디에나 장착할 수 있다.
[도13]에 표시하지 않았지만, 배터리 유닛(150)은 배터리들(151)을 일정 거리로 격리하여 배치함으로써 그 사이에 열 발생(또는 냉각) 요소를 설치할 수 있다. 상기 거리는 배터리의 크기, 상기 요소의 크기, 상기 요소가 전달(또는 흡수)할 수 있는 에너지의 양 등에 따라 결정될 수 있다. 또한 배터리들(151)을 일정 거리로 격리하여, 대류 현상에 의한 가열(또는 냉각) 효율을 증가시킬 수도 있다.
또한 일체형 배터리 유닛(150)은 내부나 외부의 다양한 위치에 하나 이상의 열 전달 요소를 포함할 수 있고, 상기 요소는 상술의 다양한 공간에 배치될 수 있다. 특히 열 전달 요소는 열 발생 요소가 생성한 열을 배터리에 전달하거나 과열된 배터리의 열을 냉각 요소에 전달해야 하므로, 열 전달 요소는 가능한 한 가열 또는 냉각하고자 하는 배터리를 접촉하거나 또는 배터리에 근접하여 배치할 수 있다. 열 전달 요소가 충분한 에너지를 전달하거나 흡수하는 한, 상기 요소는 배터리 유닛의 내부나 외부 어디에나 장착할 수 있다.
사용자는 상기 일체형 배터리 유닛을 다양한 방법으로 구동 또는 사용할 수 있다. 일예로 사용자는 본 명세서의 차량을 다양한 방법으로 주행하며 배터리 유닛(150)을 방전 또는 충전할 수 있다.
차량이 주행을 계속함에 따라 배터리 유닛(150)에 가해지는 비가역적 손상 역시 서서히 누적된다. 특히 사용자가 차량을 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 밖의 고온이나 저온에서 주행하면, 상기 유닛(150)은 격심한 비가역적 손상을 입으며, 상기 손상은 급격히 누적될 수 있다.
결국 배터리 유닛(150)의 손상 정도는 임계치를 초과하게 되고, 이에 따라 배터리 유닛(150)을 장기간 충전하더라도 배터리의 충전률은 일정 %를 초과할 수 없게 될 수 있다. 제어 유닛은 시각적, 청각적 또는 촉각적 신호를 발생한 후, 이를 사용자에게 제공함으로써 사용자에게 상기 손상을 알리며, 배터리 유닛(150)을 교체하도록 알릴 수 있다.
제어 유닛이 배터리 유닛(150)의 교체를 통보하면, 사용자는 차량의 정지 상태에서 배터리 유닛(150)에 접근한 후, 배터리 유닛(150) 전체를 차량으로부터 분리, 격리한다. 그 후 사용자는 배터리 유닛(150)이 장착되었던 자리에 신규 배터리 유닛을 장착하고, 배터리 유닛 교체 작업을 완료한다.
상술과 같이 일체형 배터리 유닛은 배터리와 관련된 모든 요를 그 내부에 포함하는 경우가 대부분이다. 따라서 일체형 배터리 유닛 제조사는 상기 유닛을 상대적으로 용이하게 제작할 수 있으며, 사용자 역시 상기 배터리 유닛을 용이하게 사용하고 교체할 수 있다.
단 일체형 배터리 유닛의 문제는 바로 교체 비용이다. 바꾸어 말하면 일체형 배터리 유닛은 제작, 사용, 교체 등이 편리하다는 장점은 제공하지만, 상기 유닛의 모든 배터리들이 적정 온도 범위를 벗어난 저온 또는 고온에서의 방전(또는 충전)에 따른 비가역적 손상을 입는다는 단점이 있다. 또한 배터리 유닛의 교체는 차량의 재충전 동력원 전체의 교체에 해당하기 때문에, 상당한 비용이 들 수 있다. 일예로 리튬-이온 배터리를 사용하는 하이브리드 오토바이의 배터리 유닛의 비용은 오토바이 전체 비용의 1/3 내지 1/2에 해당할 수 있다.
물론 사용자는 손상된 일체형 배터리 유닛(150)에서 손상된 배터리를 선택적으로 제거한 후, 이를 신규 배터리로 교체하려 할 수 있다. 하지만 일체형 배터리 유닛(150)에서 특정 배터리만 분리하기는 용이한 작업이 아니다.
일예로 사용자가 특정 배터리(151)를 일체형 배터리 유닛(150)에서 분리하려면, 사용자는 케이스(153)의 덮개를 개방해야 한다. 하지만 케이스(153)에 덮개가 설치되어 있지 않은 경우, 케이스(153)를 파손하지 않는 한, 사용자가 상기 유닛(150)으로부터 특정 배터리를 분리함은 거의 불가능하다.
설령 케이스(153)에 덮개가 있더라도, 사용자가 덮개를 개방하고 특정 배터리를 상기 유닛(150)으로부터 분리하려면, 배터리(151)를 전기 연결 요소로부터 분리해야 한다. 하지만 배터리 유닛 제조사가 이미 배터리(151)를 전기 연결 요소(152)에 견고하게 연결하였으므로, 이 역시 용이한 작업이 아닌 경우가 대부분이다.
또한 사용자가 배터리 유닛(150)에서 특정 배터리를 분리한 후 이를 신규 배터리로 교환하더라도, 신규 배터리가 배터리 유닛과 적절한 전기적 연결을 유지한다는 보장도 없다. 특히 상기 분리된 배터리가 다른 배터리들과 직렬로 연결된 경우, 상기 배터리를 분리하고 다시 장착하며 전기적 연결이 손상되면, 배터리 유닛(150) 전체가 작동하지 않을 수 있다.
이 같이 일체형 배터리 유닛(150)을 사용하는 사용자는 일반적으로 'All or Nothing"의 선택을 해야 하는 경우가 대부분이다. 즉 배터리 유닛(150)이 어느 정도 성능을 잃게 되면, 그냥 참고 상기 유닛(150)을 계속 사용하거나, 또는 상기 유닛(150)을 신규 유닛으로 대체해야만 한다.
따라서 본 명세서의 하이브리드 차량은 시동 스위치를 켜는 즉시 방전 가능한 배터리 유닛을 이용하여 사용자에게 시동과 즉시에 차량 주행이 가능하다는 편의를 제공함은 물론, 배터리 유닛의 교체 비용을 최소화함으로써 사용자의 경제적 부담을 줄일 수 있는 편의를 제공할 필요도 있다. 하술의 실시예들은 시동 스위치를 켜는 즉시 차량 주행이 가능하다는 편의 및 손상된 배터리 교체 비용도 최소화할 수 있는 다양한 실시예들이다.
본 명세서의 여섯 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 배터리 유닛은 다수의 배터리들 및 전기 연결 요소들을 케이스 내부에 장착하되, 상기 배터리들 중 일부는 나머지에 비하여 배터리 유닛으로부터 상대적으로 용이하게 분리될 수 있도록 배치된 경우이다. [도14]는 이러한 "일부 분리 배터리 유닛"의 구조에 대한 개략도로서, 설명의 편의를 위하여 배터리 유닛의 케이스의 상부만을 해칭으로 표시하였다.
[도13]의 배터리 유닛과 마찬가지로, [도14]의 배터리 유닛(150)도 다수의 배터리(151R)(151S), 다수의 전기 연결 요소(152R)(152S)를 포함하며, 상기 배터리들과 전기 연결 요소들은 점선으로 표시한 단일의 케이스(153) 내부에 장착된다.
단 본 두 번째 실시예의 "일부 분리 배터리 유닛(150)"은 상술의 첫 번째 실시예와 달리 하나 이상의 분리가 용이한 배터리(151R)(이후 "분리 배터리"로 지칭)와 다수의 나머지 배터리들(151S)(이후 "고정 배터리"들로 지칭)을 포함한다. 상기 일부 분리 배터리 유닛(150)은 일반적으로 분리 배터리(151R)보다 많은 수효의 고정 배터리(151S)를 포함할 수 있다. 일예로 분리 배터리(151R)와 고정 배터리(151S)의 비율은 1:30, 1:25, 1:20, 1:15, 1:10, 1:8, 1:6, 1:5, 1:3, 1:2 등일 수 있다. 물론 상기 유닛(150)은 고정 배터리(151S)보다 많거나 또는 같은 수효의 분리 배터리(151R)를 포함할 수도 있다.
[도14]에서 예시한 "일부 분리 배터리 유닛(150)"은 총 44개의 배터리를 포함하되, 해칭으로 표시한 7개는 분리 배터리(151R)이고, 나머지 37개는 고정 배터리(151S)이다. 또한 상기 배터리 유닛(150)은 개폐가 가능한 하나 이상의 덮개(153T)가 부착된 케이스(153)를 포함하며, 분리 배터리(151R)는 상기 덮개(153T)의 하부에 배치된다.
특히 상기 유닛(150)의 분리 배터리(151R)는 분리형 전기 연결 요소(152R)에 의해 전기적으로 연결되는 반면, 고정 배터리(151S)은 고정 전기 연결 요소(152S)에 의해 전기적으로 연결된다. 또 분리형 전기 연결 요소(152R)는 고정 전기 연결 요소(152S)와 전기적으로 연결될 수도 또는 격리될 수도 있다.
분리형 전기 연결 요소(152R)는 고정 전기 연결 요소(152S)에 비하여 상대적으로 적은 힘만 가하더라도 또는 적은 수효의 조작만으로도 용이하게 움직이거나 변형될 수 있거나, 또는 상기 케이스(153)로부터 용이하게 분리될 수 있도록 제작한다. 반면 고정 전기 연결 요소(152S)는 상대적으로 센 힘을 가하거나 또는 더 많은 수효의 조작을 통해서만 움직이거나 변형될 수 있거나, 또는 케이스(153)에 고정되도록 제작할 수 있다.
따라서 사용자는 고정 전기 연결 요소(152S)에 의해 연결된 고정 배터리(151S)에 비하여, 분리형 전기 연결 요소(152R)로 연결된 분리 배터리(151R)를 분리형 전기 연결 요소(152R)로부터 상대적으로 쉽게 분리할 수 있다. 또한 사용자는 분리 배터리(151R)를 분리한 후 배터리 유닛(150)의 외부로 용이하게 제거할 수 있다.
단 본 명세서에서 "상대적으로 용이한 분리"란 상대적으로 적은 횟수의 조작에 의한 분리, 상대적으로 적은 수효의 전기적 결합이나 기계적 결합을 해제함에 의한 분리, 분리를 위해 상기 케이스(153)를 상대적으로 적게 파손하고도 가능한 분리, 또는 상대적으로 적은 힘을 가하고도 가능한 분리 중 하나 이상을 의미하는 것으로 한다.
배터리 유닛 제조사는 분리형 전기 연결 요소(152R)가 배터리 유닛(150) 내부에 고정되어 부착되도록 설치할 수 있다. 따라서 사용자가 배터리 유닛(150)으로부터 상기 분리 배터리(151R)를 분리한 후에도, 분리형 전기 연결 요소(152R)는 배터리 유닛(150)에 남아있게 된다.
또는 제조사는 분리 배터리(151R)가 배터리 유닛(150)이서 분리될 때 상기 배터리(151R)에 연결되어 있는 분리형 전기 연결 요소(152R)의 전부나 일부도 함께 분리되도록 분리형 전기 연결 요소(152R)를 제작할 수도 있다. 이 경우 사용자는 분리 배터리(151R)와 이에 연결된 상기 연결 요소(152R)를 함께 배터리 유닛(150) 외부로 분리한다. 그 후 사용자는 분리형 연결 요소(152R)를 분리 배터리(151R)에서 분리한 후, 상기 배터리를 처분하고, 상기 연결 요소(152R)에 신규 배터리를 연결한 후, 이들을 배터리 유닛(150)에 장착할 수 있다. 또는 사용자는 신규 전기 연결 요소에 신규 배터리를 연결한 후 이들을 배터리 유닛(150)에 장착할 수 있다.
상기 케이스(153)는 하나 이상의 면에 개폐가 가능한 하나 이상의 덮개(153T)를 포함할 수 있다. 일예로 [도14]의 배터리 유닛(150)은 상부에 한 쌍의 덮개(153T)를 포함하고, 덮개(153T)는 개방되었을 경우 사용자가 배터리 유닛(150) 내부에 용이하게 접근할 수 있도록 제작한다. 또 분리 배터리(151R)는 상기 덮개(153T) 근처에 장착될 수 있다. 따라서 덮개가 개방되면 사용자가 분리 배터리(151R)를 상대적으로 용이하게 점검하도록 또는 케이스(153) 외부로 꺼낼 수 있도록 배치할 수 있다.
덮개(153T)는 케이스(153) 상부의 면, 측면 또는 하부의 면에 설치될 수 있고, 상부의 면에서 측면으로 연결되는 형태, 측면에서 하부의 면으로 연결되는 형태, 또는 한 측면에서 다른 측면으로 연결되는 형태로 제작될 수 있다. 상기 덮개(153T)는 다양한 크기나 모양으로 제작할 수 있으며, 사용자가 분리 배터리(151R)를 케이스(153) 외부로 용이하게 격리할 수 있는 한, 그 크기, 모양, 개폐 방향 또는 장착 위치 등은 중요하지 않을 수 있다.
사용자는 [도14]에서 예시한 일부 분리 배터리 유닛을 다양한 방법으로 구동할 수 있다. 이에 따라 제어 유닛 역시 [도14]의 일부 분리 배터리 유닛을 다양한 방법으로 제어할 수 있다.
일예로 사용자는 자신이 스위치를 켜면 배터리 유닛은 방전(충전)을 시작하고 차량은 주행을 시작하기를 원한다. 하지만 배터리 유닛의 온도가 적정 방전(또는 충전) 온도보다 저온 또는 고온인 경우, 방전(또는 충전)을 시작하는 배터리 유닛은 비가역적 손상을 입게 된다.
저온 또는 고온에서 스위치가 켜지면, 일부 분리 배터리 유닛을 포함하는 차량의 제어 유닛은 분리 배터리만 방전을 시작하고, 차량은 주행을 시작할 수 있다. 이에 따라 저온이나 고온에서의 방전에 의한 비가역적 손상은 분리 배터리에 국한되며, 고정 배터리는 저온이나 고온에서 방전하지 않으므로 손상을 피할 수 있다. 제어 유닛은 분리 배터리의 방전과 동시에, 그 이전 또는 이후, 엔진 유닛과 발전 유닛을 가동하여, 발전 유닛이 생성한 전기 에너지를 모터 유닛에 제공할 수도 있다.
분리 배터리 방전 시작과 동시, 직전 또는 직후, 제어 유닛은 가열(또는 냉각) 유닛을 가동하고 배터리 유닛의 온도를 증가(또는 감소)시킨다. 가열(또는 냉각)이 진행되고 TBU가 적정 방전 온도 범위 이내로 조절되면, 제어 유닛은 고정 배터리의 방전을 시작할 수 있다. 또한 제어 유닛은 이와 동시, 직전 또는 직후, 분리 배터리의 방전을 중단할 수 있다. TBU가 적정 범위에 도달할 때까지 제어 유닛이 고정 배터리의 방전(또는 충전)을 중지함에 따라, 고정 배터리는 상기 손상을 최소화할 수 있다.
고정 배터리가 방전을 시작하면, 제어 유닛은 분리 배터리가 방전하는 전류, 전압, 파워 등을 줄이거나, 분리 배터리의 방전을 계속할 수 있다. 이를 통하여 제어 유닛은 분리 배터리가 필요 이상의 비가역적 손상을 입지 않도록 하는 한편, 고정 배터리의 비가역적 손상도 최소화할 수 있다.
차량이 주행을 계속하면 분리 배터리에 가해지는 비가역적 손상은 누적되고, 임계치를 초과할 수 있다. 그 결과 분리 배터리를 장기간 충전해도 분리 배터리의 충전률은 일정 %를 초과할 수 없게 될 수 있다.
제어 유닛이 배터리 유닛의 용량 손실을 감지하면, 제어 유닛은 시각적, 청각적 또는 촉각적 신호를 생성하고, 이를 사용자에게 제공함으로써 사용자에게 상기 용량 손상을 알릴 수 있다. 상기 용량 손실이 특정 %을 초과하면, 제어 유닛은 배터리 유닛 또는 분리 배터리를 교체하도록 사용자에게 알릴 수 있다.
제어 유닛으로부터 손상된 분리 배터리의 교체 통보를 받으면, 사용자는 정지 상태에서 배터리 유닛에 접근한 후, 상기 덮개를 개방한다. 사용자는 개방된 덮개 사이로 손 또는 도구를 이용하여 분리형 전기 연결 요소를 조작하며 분리 배터리의 전부나 일부를 배터리 유닛으로부터 제거할 수 있다.
상술과 같이 분리형 전기 연결 요소는 최소한의 변형이 가능하거나 이동이 용이하도록 제작할 수 있다. 또는 고정 전기 연결 요소에 연결된 고정 배터리의 탈착에 비하여 분리형 전기 연결 요소는 상기 요소에 전기적으로 연결된 배터리와의 탈착이 용이하도록 제작할 수도 있다. 이에 따라 사용자는 분리 배터리를 용이하게 배터리 유닛으로부터 제거할 수 있다.
그 후 사용자는 분리 배터리가 장착되었던 자리에 신규 배터리를 장착하고, 상기 덮개를 폐쇄한다. 신규 배터리는 신규 분리 배터리의 역할을 수행하고, 사용자는 분리 배터리의 교체 작업을 완료할 수 있다.
상술과 같이 일부 분리 배터리 유닛의 내부에 장착된 분리 배터리의 교체 작업은 상대적으로 용이할 수 있다. 특히 덮개의 설치 위치 및 분리 배터리의 장착 위치를 일치시키면, 사용자는 덮개를 개방한 후 용이하게 분리 배터리를 배터리 유닛으로부터 분리할 수 있다. 또한 분리 배터리의 수효가 배터리 유닛의 고정 배터리의 수효보다 적으면, 사용자는 손상된 분리 배터리만 선택적으로 저렴한 가격에 용이하게 교체할 수 있다.
분리 배터리에 비하여 비가역적 손상을 덜 입은 고정 배터리들은 자주 교체할 필요가 없다. 따라서 사용자는 고정 배터리 교체 비용을 아낄 수 있다. 또한 배터리 유닛에 포함된 배터리들의 대부분은 고정 배터리들이다. 이에 따라 고정 배터리를 교체해야만 하는 시점은 현실적으로 배터리 유닛 전체를 교체해야만 하는 시점이라고 간주할 수 있다. 이와 같이 일부 분리 배터리 유닛을 사용하는 사용자는 일체형 배터리 유닛을 사용하는 사용자에 비하여 배터리 교체 비용을 상당히 절감할 수 있다.
두 번째 실시예의 일부 분리 배터리 유닛은 상술의 첫 번째 실시예의 일체형 배터리 유닛과 유사하다. 단 사용자가 일체형 배터리 유닛으로부터 특정 배터리를 분리하거나 제거함은 용이한 작업이 아니지만, 일부 분리 배터리 유닛은 사용자에게 특정 배터리를 용이하게 분리할 수 있다는 편리함을 제공한다.
이 외의 일부 분리 배터리 유닛의 구조적 특성 및 제어 방법 등은 상술의 첫 번째 실시예의 일체형 배터리 유닛의 기타 구조적 특성과 제어 방법 등과 동일 또는 유사하다. 이에 따라 본 실시예의 일부 분리 배터리 유닛의 구조적 특성과 제어 방법에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 두 번째 실시예의 "일부 분리 배터리 유닛"은 단일의 세트의 분리 배터리들과 단일의 세트의 고정 배터리들을 포함한다. 이와는 달리 본 명세서의 여섯 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예의 "일부 분리 배터리 유닛"은 상이한 위치에 배치된 세 개 이상의 배터리 세트를 포함하는 구조를 가지는 경우이다.
따라서 본 실시예의 "일부 분리 배터리 유닛"은 상기 두 번째 실시예의 배터리 유닛과는 상이한 구조로 제작되고, 또한 상이한 방법으로 사용될 수 있다. 일예로 제어 유닛은 세 개 이상의 배터리 세트들 중 한 세트는 분리 배터리 세트로 활용하는 반면, 나머지 2세트들을 고정 배터리 세트들로 사용할 수 있다. 또는 제어 유닛은 상기 세트들 중 두 세트를 분리 배터리 세트들로 사용하는 반면, 나머지 한 세트를 고정 배터리 세트로 사용할 수 있다.
두 개 이상의 세트가 분리 배터리 세트로 사용되면, 제어 유닛은 다수의 분리 배터리 세트들을 동시에 방전(또는 충전)할 수 있다. 제어 유닛은 이 같이 다수의 분리 배터리 세트들을 (거의) 동일한 조건에서 동일한 기간 동안 방전(또는 충전)시켜 상기 세트들이 (거의) 동일한 정도의 손상을 입도록 할 수 있다. 이와는 달리 제어 유닛은 다수의 분리 배터리 세트들을 각각 상이한 조건에서 동시에 또는 순차적으로 방전 또는 충전시킴으로써, 각 세트가 상이한 정도의 손상을 동시 또는 순차적으로 입도록 할 수 있다.
배터리 유닛의 배터리들이 세 개 이상의 배터리 세트들로 구분하여 장착될 경우, 각 배터리 세트는 제1 분리 배터리 세트, 제2 분리 배터리 세트, 제1 고정 배터리 세트, 제2 고정 배터리 세트 등과 같이 다양한 구조로, 다양한 위치에 장착될 수 있다. 제어 유닛도 다수의 배터리 세트들을 다양한 방법으로 제어할 수 있다.
본 명세서의 여섯 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예의 첫 번째 상세예는 다수의 상이한 세트의 분리 배터리들을 포함하는 예시적 "일부 분리 배터리 유닛"에 대한 것이다. 일예로 [도15]는 상부에 제1 분리 배터리 세트를, 우측에 제2 분리 배터리 세트를 포함하는 "일부 분리 배터리 유닛(150)"의 개략도이다.
[도15]의 제1 분리 배터리 세트는 [도14]의 분리 배터리와 유사하게 7개의 분리 배터리(151R1)가 측면 방향으로 배치된 구조를 가진다. 반면 [도15]의 제2 분리 배터리 세트는 3개의 분리 배터리(151R2)가 수직 방향으로 또한 그 좌측에 2개의 분리 배터리(151R2)가 수직으로 배치되어, 총 5개의 분리 배터리(151R2)를 포함한다.
또한 일부 분리 배터리 유닛(150)의 케이스(153)는 제1 세트 분리 배터리(151R1)의 분리를 위한 제1 덮개(153T)를 제1 분리 배터리 세트의 상부에 포함하고, 제2 세트 분리 배터리(151R2)의 분리를 위한 제2 덮개(153T2)는 제2 분리 배터리 세트의 우측에 배치한다.
배터리 유닛(150)은 제1 분리 배터리 세트와 제2 세트의 분리 배터리 세트를 전기적으로 연결하거나 또는 격리할 수 있다. 또는 제어 유닛이 제1 세트와 제2세트의 전기적 연결을 제어할 수 있는 경우, 제어 유닛은 상기 세트의 배터리들을 직렬, 병렬 또는 혼합형으로 연결시킬 수 있다.
본 여섯 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예의 두 번째 상세예는 "일부 분리 배터리 유닛"에 포함된 다수의 분리 배터리 세트들의 다양한 구동 방법에 대한 것이다. 일예로 사용자는 [도15]의 일부 분리 배터리 유닛을 다양한 방법이나 순서로 구동하고, 제어 유닛도 상기 배터리 유닛을 다양한 방법으로 제어할 수 있다. 일예로 사용자가 스위치를 켜면, 제어 유닛은 특정 속도로 차량을 주행하기 위하여 모터 유닛이 요구하는 에너지(이후 "주행용 에너지"으로 지칭)를 각 분리 배터리 세트가 생성할 수 있는 에너지와 비교할 수 있다.
제1 분리 배터리 세트의 방전 가능 에너지가 주행용 에너지보다 크면, 제어 유닛은 제1 분리 배터리 세트의 방전을 시작하고, 차량은 주행을 시작한다. 이 때 주행 속도는 제1 세트가 방전하는 에너지에 따라 결정될 수 있다.
단 주행용 에너지가 제1 분리 배터리 세트의 방전 가능 에너지보다 크지만, 제1 및 제2 분리 배터리 세트가 생성할 수 있는 에너지의 합보다 적으면, 제어 유닛은 제1 및 제2 분리 배터리 세트를 동시에 방전시키고, 차량은 주행을 시작한다. 이 때 차량의 주행 속도는 제1 세트 및 제2 세트가 방전하는 에너지의 합에 의하여 결정된다.
반면 주행용 에너지가 제1 및 제2 분리 배터리 세트가 방전할 수 있는 에너지의 합보다 크면, 제어 유닛은 제1 분리 배터리 세트와 제2 분리 배터리 세트의 방전을 동시에 방전을 시작하고, 차량은 구동을 시작한다. 이 때에도 차량 주행 속도는 제1 세트 및 제2 세트가 방전하는 에너지의 합에 의하여 결정된다. 하지만 제1 및 제2 세트가 방전할 수 있는 에너지의 합이 주행용 에너지보다 작으므로, 차량은 저속 또는 중속으로만 주행하게 된다.
만일 제1 및 제2 분리 배터리 세트의 온도가 적정 방전 온도 범위를 벗어나는 경우, 제1 및 제2 세트의 배터리는 고온 또는 저온 방전에 의한 비가역적 손상을 입을 수 있다. 단 상기 제1 및 제2 분리 배터리 세트를 순차적으로 방전하면, 제1 세트가 제2 세트보다 더 심하게 비가역적 손상을 입을 수 있다. 따라서 사용자는 제1 분리 배터리 세트의 손상 정도가 심해지면 제1 세트를 우선 교체하고, 그 후 제2 분리 배터리 세트의 손상 정도가 심해질 경우, 제2 세트를 교체할 수 있다.
즉 제어 유닛이 제1 분리 배터리 세트와 제2 분리 배터리 세트를 순차적으로 구동하도록 제어할 수 있으므로, 상기 배터리 세트들도 순차적으로 교체할 수 있다. 따라서 사용자는 다수의 분리 배터리 세트들이 순차적으로 손상 정도가 심해짐에 따라, 상기 세트들을 순차적으로 교체하게 되며, 그 결과 배터리 세트들을 각각 교체할 때 소요되는 비용도 최소화할 수 있다.
이 외에도 제어 유닛은 고온 또는 저온 방전(또는 충전) 시 제1 분리 배터리 세트와 제2 분리 배터리 세트와 고정 배터리 세트도 동시에 또는 순차적으로 방전(또는 충전)할 수 있다. 따라서 제어 유닛은 세 개 또는 그 이상의 배터리 세트의 방전(또는 충전)을 제어함으로써, 분리 배터리 세트나 고정 배터리 세트에 상이한 정도의 비가역적 손상을 제어하고, 이에 따라 사용자로 하여금 배터리 교체 비용을 최소화하도록 할 수 있다.
본 여섯 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예의 세 번째 상세예는 제어 유닛이 제1 분리 배터리 세트 및 제2 분리 배터리 세트를 발전 유닛과 함께 제어하는 경우이다. 상술과 같이 사용자가 시동 스위치를 켰을 때 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 범위에 속하지 않을 때, 제어 유닛은 배터리 유닛, 제1 분리 배터리 세트 또는 제2 분리 배터리 세트를 방전하는 대신 엔진 유닛과 발전 유닛을 가동하여 전기 에너지를 모터 유닛에 공급할 수 있다.
만일 발전 유닛이 모터 유닛에 제공하는 에너지가 주행용 에너지보다 클 경우, 사용자는 발전 유닛만을 이용하여 주행을 시작할 수 있다. 하지만 발전 유닛이 생성하는 에너지가 주행용 에너지보다 적을 경우, 제어 유닛은 제1 또는 제2 분리 배터리를 방전하여 모터 유닛에 추가 에너지를 제공하고, 사용자는 주행을 시작할 수 있다. 또한 필요한 경우, 제어 유닛은 고정 배터리 세트도 방전시킬 수 있다.
본 여섯 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예의 네 번째 상세예는 상기 "일부 분리 배터리 유닛"이 상기 구조와 상이한 구조를 갖는 경우이다. 일예로 일부 분리 배터리 유닛은 다수의 분리 배터리 세트들을 포함하되, 각 배터리 세트는 동일하거나 또는 상이한 수효의 동일한 종류의 배터리를 포함하거나, 또는 동일한 수효의 동일하거나 또는 상이한 종류의 배터리를 포함할 수 있다.
상기 일부 분리 배터리 유닛은 다수의 배터리 세트들을 수직 또는 수평 방향으로 층층이 포함할 수 있다. 사용자가 하나 이상의 덮개를 개방하면, 다수의 배터리 세트들을 점검하거나, 이들을 신규 배터리 세트로 교체할 수 있다. 이 같이 세 번째 실시예의 일부 분리 배터리 유닛은 상기 두 번째 실시예의 일부 분리 배터리 유닛과 유사하다. 단 사용자는 분리 배터리 세트들 중 하나 이상 또는 모든 세트들을 배터리 유닛으로부터 용이하게 분리할 수 있다.
이 외의 상기 세 번째 실시예의 일부 분리 배터리 유닛의 구조적 특성 및 제어 방법 등은 상기 두 번째 실시예의 일부 분리 배터리 유닛의 기타 구조적 특성과 제어 방법 등과 동일하거나 유사하므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
본 명세서의 여섯 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예의 배터리 유닛은 케이스를 포함하고, 케이스 내부에 다수의 배터리들 및 이들을 연결하는 전기 연결 요소들을 포함하되, 다수의 배터리들은 다수의 배터리들의 뭉치들, 즉 다수의 배터리 팩들의 형태로 제작될 수 있다. 본 명세서에서는 이러한 구조의 배터리 유닛을 "팩 형태 배터리 유닛"으로 지칭하기로 한다.
특히 본 실시예의 배터리 유닛은 다수의 배터리 팩들이 단일의 케이스 내부에 장착되며, 특정 배터리 팩이 나머지 배터리 팩(들)에 비하여 상대적으로 팩 형태 배터리 유닛으로부터 용이하게 분리될 수 있도록 제작된 경우이다. [도16]은 예시적 "팩 형태 배터리 유닛"의 구조를 예시하는 개략도로서, 설명의 편의를 위하여 상기 배터리 유닛의 케이스의 상부만을 해칭으로 표시하였다.
[도16]의 배터리 유닛(150) 역시 다수의 배터리(151R)(151S), 다수의 전기 연결 요소(152R)(152S) 등을 포함하며, 상기 배터리들과 전기 연결 요소들은 단일의 케이스(153)(점선으로 표시) 내부에 장착된다. 본 실시예의 "팩 형태 배터리 유닛(150)"은 사용자가 상기 배터리 유닛(150)에서 용이하게 분리할 수 있는 배터리 팩(즉 "분리팩") 및 그렇지 않은 나머지 배터리 팩(즉 "고정팩")을 포함한다.
설명의 편의를 위하여 분리팩에 포함된 배터리는 분리 배터리(151R)로 지칭하는 반면, 고정팩에 포함된 배터리들은 고정 배터리(151S)라 지칭한다. 또 분리팩에 포함된 분리 배터리(151R)는 분리형 전기 연결 요소(152R)에 의하여, 고정팩에 포함된 고정 배터리(151S)는 고정 전기 연결 요소(152S)에 의하여 각각 전기적으로 연결된다.
단 분리형 전기 연결 요소(152R)는 고정 전기 연결 요소(152S)와 전기적으로 직접 연결되거나 격리될 수 있다. 또는 제어 유닛은 분리형 전기 연결 요소(152R)와 고정 전기 연결 요소(152S)간의 전기적 결합을 제어할 수 있고, 그 결과 상기 전기 연결 요소들(152R)(152S)은 직렬, 병렬 또는 이들의 혼합 형태로 연결될 수도 있다.
[도16]의 팩 형태 배터리 유닛(150)은 8개의 분리 배터리(151R)(해칭으로 표시)가 장착된 "분리팩"과 36개의 고정 배터리(151S)가 장착된 "고정팩"을 포함한다. 일반적으로 분리팩은 고정팩보다 적은 수효의 배터리를 포함할 수 있고, 이들의 비율은 상술에서 예시하였으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
배터리 유닛 제조사는 분리팩 내부에 분리형 전기 연결 요소(152R)를 고정시켜 부착할 수 있다. 따라서 사용자가 배터리 유닛(150)으로부터 분리팩을 분리한 후에도, 분리형 전기 연결 요소(152R)는 분리팩에 계속 부착되어 있다. 제조사는 고정팩 내부에 고정 전기 연결 요소(152S)를 고정시켜 부착할 수 있다. 이에 따라 사용자가 배터리 유닛(150)으로부터 고정팩을 분리한 후에도, 고정 전기 연결 요소(152S)는 고정팩에 계속 부착될 수 있다.
상기 케이스(153)는 하나 이상의 면에 개폐 가능한 하나 이상의 덮개(153T)를 포함할 수 있다. 일예로 [도16]의 배터리 유닛(150)은 상부 좌측에 단일의 덮개(153T)를 포함한다. 특히 덮개(153T)가 개방되면 사용자가 분리팩에 용이하게 접근하고 조작할 수 있는 한, 덮개(153T)의 크기, 모양 및 구조는 중요하지 않을 수 있다. 덮개(153T)는 일부 분리 배터리 유닛의 덮개와 유사하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
제어 유닛 또는 사용자는 [도16]에서 예시한 팩 형태 배터리 유닛을 다양한 방법으로 구동할 수 있다. 단 팩 형태 배터리 유닛과 상기 유닛의 분리팩 및 고정팩의 제어는 상술의 세 번째 실시예의 일부 분리 배터리 유닛과 상기 유닛의 분리 배터리(또는 분리 배터리 세트) 및 고정 배터리(또는 고정 배터리 세트)의 제어와 유사하거나 또는 동일하므로, 이에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.
본 실시예의 팩 형태 배터리 유닛은 상술의 두 번째 또는 세 번째 실시예의 일부 분리 배터리 유닛과 유사하다. 단 사용자가 분리 배터리를 일부 분리 배터리 유닛으로부터 분리하려면, 케이스의 덮개를 개방한 후, 분리 배터리를 분리해야 하며, 이 때 사용자는 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소 또는 기계 연결 요소로부터 분리시켜야 할 수 있다.
하지만 팩 형태 배터리 유닛을 사용하는 사용자는 분리 배터리를 분리형 전기 연결 요소로부터 반드시 분리할 필요가 없다. 왜냐하면 분리팩에 포함된 분리 배터리들은 이미 전기적 또는 기계적으로 서로 연결되어 있으며, 분리팩은 이들을 팩 형태로 전기적 및 기계적으로 연결한 연결체이기 때문이다. 또한 분리팩의 분리 배터리는 고정 팩의 고정 배터리와 직접 연결될 필요가 없다. 따라서 사용자는 분리팩 전체를 배터리 유닛으로부터 더욱 용이하게 분리할 수 있다.
이 외의 팩 형태 배터리 유닛의 구조적 특성 및 제어 방법 등은 상기 두 번째나 세 번째 실시예의 일부 분리 배터리 유닛의 기타 구조적 특성과 제어 방법 등과 동일 또는 유사하다. 따라서 본 실시예의 팩 형태 배터리 유닛의 구조적 특성과 제어 방법에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.
본 명세서의 여섯 번째 예시적 측면의 다섯 번째 실시예의 배터리 유닛은 다수의 배터리들과 이들을 연결하는 전기 연결 요소들을 상기 유닛의 케이스 내부에 포함하되, 상기 다수의 배터리들이 다수의 배터리 팩들의 형태로 제작된 또 다른 예시적 "팩 형태 배터리 유닛"이다. 특히 본 실시예의 팩 형태 배터리 유닛은 하나 이상의 분리팩 및 하나 이상의 고정팩을 포함하되, 분리팩과 고정팩 각각을 별개의 케이스 내부에 장착할 수 있다.
[도17]은 별개의 케이스들 내부에 각각 장착된 분리팩과 고정팩을 포함하는 "팩 형태 배터리 유닛"의 구조를 예시하는 개략도로서, 설명의 편의를 위하여 분리팩의 분리 배터리와 분리 케이스의 상부만을 해칭으로 표시하였다.
[도17]의 배터리 유닛(150)의 분리팩(150R)과 고정팩(150S)은 각각 [도16]의 배터리 유닛의 분리팩과 고정팩 등과 동일 또는 유사하다. 일예로 분리팩(150R) 내부의 분리 배터리들(151R)은 다수의 분리형 전기 연결 요소들(152R)에 의하여 전기적으로 연결되는 반면, 고정팩(150S)의 고정 배터리들(151S)은 다수의 고정 전기 연결 요소(152S)들에 의하여 연결된다. 본 실시예의 팩 형태 배터리 유닛(150)의 기타 구조적 특성은 상기 네 번째 실시예의 팩 형태 배터리 유닛의 기타 특성들과 동일 또는 유사하다.
단 단일의 케이스를 포함하는 [도16]의 배터리 유닛과 달리, [도17]의 배터리 유닛(150)은 두 개 이상의 별개의 케이스, 즉 분리 케이스(153R)와 고정 케이스(153S)를 포함한다. 또 상기 케이스(153R)(153S)는 각각 하나 이상의 덮개를 포함하거나, 포함하지 않을 수 있다. [도17]의 분리 케이스(153RS)는 하나의 덮개를 포함하나, 고정 케이스는 덮개를 포함하지 않는다.
또 분리 케이스(153R) 내부에는 분리팩(150R)이 장착되고, 고정 케이스(153S) 내부에는 고정팩(150S)이 장착된다. 특히 상기 케이스들(153R(153S)이 서로 일정 거리를 두고 차량의 상이한 부분에 장착되는 경우, 분리팩(150R) 및 고정팩(150S)도 서로 거리를 두고 상기 차량의 상이한 부분에 배치될 수 있다.
사용자나 제어 유닛은 [도17]의 예시적 팩 형태 배터리 유닛을 다양한 방법으로 구동할 수 있고, 제어할 수 있다. 단 [도17]의 팩 형태 배터리 유닛이 [도16]의 팩 형태 배터리 유닛과 유사하기 때문에, [도17]의 구동 방법 및 제어 방법은 [도16]의 배터리 유닛의 구동 방법 및 제어 방법과 동일하거나 유사하다.
단 [도17]의 분리팩은 고정팩과 격리되어 설치되며, 고정팩의 케이스와 상이한 케이스 내부에 장착된다. 따라서 사용자가 분리팩을 교체할 때, 고정팩을 조작하거나 또는 고정팩의 케이스를 열 필요 없이, 직접 분리팩을 차량으로부터 분리한 후, 이를 신규 분리팩으로 용이하게 교체할 수 있다.
[도17]에 도시하지 않았지만, 팩 형태의 배터리 유닛은 다수의 분리팩을 포함할 수 있다. 일예로 배터리 유닛은 두 개나 그 이상의 분리팩들을 포함할 수 있다. 이 경우 제어 유닛은 상기 세 번째 실시예의 첫 번째 실시예와 같이 다수의 분리팩들을 동시에 또는 순차적으로 방전(또는 충전)하며 주행을 제어할 수 있다. 따라서 각 분리팩은 상이한 정도의 비가역적 손상을 입을 수 있다. 제어 유닛은 각 분리팩의 손상 정도를 사용자에게 알릴 수 있다. 사용자는 손상이 특정 정도를 초과한 분리팩을 선택적으로 분리한 후, 이를 신규 분리팩으로 교체할 수도 있다.
팩 형태 배터리 유닛은 동일하거나 또는 상이한 수효의 배터리를 포함하는 다수의 팩 형태로 제작될 수 있다. 제어 유닛은 다수의 배터리 팩들 중 하나 이상을 분리팩으로 지정하는 반면, 나머지는 고정팩으로 지정한 후, 상술과 같이 분리팩과 고정팩의 방전 또는 충전을 제어할 수 있다.
배터리 유닛 제조사는 본 예시적 측면의 분리팩 및 상기 분리 배터리를 혼합한 구조로 배터리 유닛을 제작할 수 있다. 일예로 제조사는 분리팩에 하나 이상의 덮개를 설치한 후, 분리팩에 포함된 배터리들의 일부 또는 전부를 사용자가 상기 팩으로부터 분리하고 교체할 수 있도록 분리팩을 제작할 수도 있다.
이 외의 본 여섯 번째 실시예의 팩 형태 배터리 유닛의 구조적 특성 및 제어 방법 등은 상기 다섯 번째 실시예의 팩 형태 배터리 유닛의 기타 구조적 특성과 제어 방법 등과 동일 또는 유사하다. 따라서 본 실시예의 팩 형태 배터리 유닛의 구조적 특성과 제어 방법에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 여섯 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량, 배터리 유닛, 제어 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛 등은 상술과 상이한 구조로 변형 또는 개량되거나, 상술과 상이한 방법으로 구동되거나 제어될 수 있다.
일예로 상기 여섯 번째 예시적 측면의 변형이나 개량의 첫 번째 실시예는 배터리 유닛의 방전 제어, 충전 제어 등에 대한 것이고, 두 번째 실시예는 복사 현상을 이용하는 가열 유닛의 사용에 대한 것이며, 세 번째 실시예는 하나 이상의 3차전지를 포함하는 배터리 유닛에 대한 것이다. 이에 대한 설명은 상술의 첫 번째 내지 다섯 번째 예시적 측면의 설명과 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 여섯 번째 예시적 측면의 변형이나 개량의 네 번째 실시예는 상술의 일체형 배터리 유닛, 일부 분리 배터리 유닛 또는 팩 형태 배터리 유닛의 부가 요소들에 대한 것이다.
일예로 배터리 유닛은 방전 및 충전은 물론 다른 유닛과의 전기적 연결을 위한 다수의 접점(contact) 및 전선, 배터리 유닛이나 다양한 팩의 운반이나 조작을 위한 손잡이, 상기 배터리들 또는 다양한 팩을 기계적으로 지지 또는 연결하는 하나 이상의 기계 연결 요소를 포함할 수 있다.
또한 배터리 유닛은 상기 유닛이나 다양한 팩의 온도나 특정 배터리(들)의 온도를 측정하기 위한 하나 이상의 온도 센서, 상기 유닛의 전체나 특정 배터리(들)의 전류(또는 전압)을 측정하기 위한 하나 이상의 전류(또는 전압) 센서를 포함할 수 있다. 배터리 유닛은 외부나 내부에 배터리 제어 요소를 포함하거나 또는 제어 유닛의 전체 또는 일부를 포함할 수 있다. 배터리 유닛은 충전률, 방전 깊이 등을 측정할 수 있는 기존의 센서를 포함할 수도 있다.
상기 여섯 번째 예시적 측면의 변형이나 개량의 다섯 번째 실시예는 상술의 일체형 배터리 유닛, 일부 분리 배터리 유닛 및 팩 형태 배터리 유닛과 관련된 정보의 처리, 저장 및 송수신에 대한 것이다.
제어 유닛은 기존의 메모리 칩 등과 같은 하나 이상의 데이터 저장 요소를 포함할 수 있다. 특히 저장 요소는 배터리 유닛이나 상기 유닛의 특정 팩이나 배터리의 온도, 전류, 전압, 충전률, 충전 기간, 방전 깊이, 방전 기간 등을 측정한 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 저장 요소는 배터리 유닛, 상기 유닛의 특정 팩 또는 배터리의 장착 시점, 사용 기간, 방전 시간, 충전 시간은 물론 충전률이나 방전률에 대한 기록을 저장할 수도 있다.
저장 요소는 제어 유닛의 다양한 제어 관련 기록을 저장할 수 있다. 따라서 저장 요소는 제어 유닛이 참고할 수 있는 최고 방전(또는 충전) 온도, 최저 방전(또는 충전) 온도 또는 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 등을 저장할 수 있다. 저장 요소는 추후 사용자가 상기 온도나 온도 범위를 수정하면, 신규 온도 또는 온도 범위는 물론 기존의 상기 온도 또는 온도 범위를 저장할 수 있다.
이 외에도 저장 요소는 차량의 주행 거리, 주행 시간, 차량이 주행한 도로 및 각각의 주행 시간, 주행 속도 등과 같은 차량의 상세 주행 기록을 저장할 수도 있다. 저장 요소는 사용자의 휴대용 통신 기기에 저장된 사용자의 일정 또는 상기 일정의 위치 등을 저장할 수도 있다.
제어 유닛은 다양한 데이터를 정리 또는 처리할 수 있는, 연산이 가능한 반도체 칩 등의 연산 요소를 포함할 수 있다. 특히 제어 유닛은 저장 요소에 저장된 다양한 데이터 또는 현재 제어 유닛이 다양한 센서를 통해 수집하는 데이터를 상기 연산 요소로 처리하고, 이를 배터리 유닛 등 상기 차량의 다양한 유닛의 제어에 활용하거나, 상기 유닛의 제어 결과를 직접 또는 상기 연산 요소로 처리한 후, 상기 저장 요소에 저장할 수 있다.
연산 요소는 차량 무게, 사용자가 원하는 속도, 주행하는 도로의 경사도 등을 감안하여 주행용 에너지를 계산할 수 있다. 연산 요소는 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 벗어난 고온 또는 저온에서 방전(또는 충전)할 때 배터리 유닛이 입을 수 있는 비가역적 손상 또는 이에 따른 용량 손실을 계산하거나 추정할 수 있다. 또한 연산 요소는 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 넓히거나 줄임에 따라 변하는 배터리 유닛의 손상 정도를 계산할 수도 있다.
제어 유닛은 상기 데이터는 물론 기타 데이터를 처리하고 이를 이용하여 제어 유닛이 사용할 수 있는 데이터를 생성할 수 있는 기존의 인공지능 요소를 포함할 수 있다. 인공지능 요소는 배터리 유닛의 상태, 차량 사용 기록 등에 근거하여 직접 배터리 유닛을 제어할 수 있다.
일예로 사용자의 일정에 의하면 현재 정지 상태인 차량이 일정 시각에 주행을 시작한 후 오랜 기간을 주행해야 하면, 인공지능 요소는 제어 유닛으로 하여금 배터리 유닛을 미리 충전하도록 할 수 있다. 사용자의 도착지를 미리 인지하면, 인공지능 요소는 사용자가 차량을 주행하는 동안 도착해야 할 시간, 도착지까지의 거리, 이동 경로의 경사나 기타 도로 여건 등에 따라 배터리 유닛의 방전이나 충전, 분리 배터리나 고정 배터리의 방전이나 충전, 분리팩 또는 고정팩의 방전이나 충전 등을 결정할 수 있다.
인공지능 요소는 독립적으로 또는 제어 유닛과 함께 기타 다양한 기능을 수행할 수 있다. 일예로 상기 요소는 정지 상태에서 배터리 유닛의 온도, 충전 상태나 배터리 손상 정도를 측정하고, 필요에 따라 가열 요소 또는 냉각 요소를 구동하며 상기 배터리 유닛의 온도를 적정 충전 온도 범위로 가열 또는 냉각한 후 배터리 유닛의 일부 또는 전부의 충전을 시작할 수 있다.
제어 유닛은 기존의 송수신 요소를 포함하고, 이를 이용하여 상기 차량의 사용자 다른 유닛, 또는 다른 기기들과 유무선 통신을 할 수 있다. 일예로 제 유닛은 배터리 유닛이나 차량의 다른 유닛을 사물 인터넷 망에 연결할 수 있다. 따라서 사용자는 물론 상기 차량의 관리자 또는 인공 지능이 상기 차량의 다양한 유닛들의 상태를 확인함은 물론 원거리에서 상기 유닛들을 조작할 수 있다.
단 데이터 저장 요소, 연산 요소, 인공 지능 요소, 송수신 요소 등은 제어 유닛 이외의 유닛에 장착될 수 있다. 일예로 상기 요소들은 배터리 유닛에 장착되거나, 발전 유닛에 장착될 수도 있다. 따라서 상기 요소들이 상술의 기능을 수행하는 한, 상기 요소들은 상기 차량의 다양한 위치에 장착될 수 있다.
상기 여섯 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량, 다양한 유닛의 기타 구조 상의 특징이나 기타 구동 방법, 제어 방법 등은 상기 첫 번째 내지 다섯 번째 예시적 측면의 상기 특징이나 방법과 동일 또는 유사하므로, 더 자세한 설명은 생략한다.
서로 상충되지 않는 한, 상술의 여섯 번째 예시적 측면의 다양한 구조나 방법은 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
7. 분리 배터리(또는 분리팩) - 고정 배터리(또는 고정팩)의 전기적 연결 구조 및 구동 방법
본 명세서의 다양한 하이브리드 차량은 배터리 유닛의 방전을 통하여 주행에 필요한 에너지 및 파워를 공급받는다. 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전이나 충전을 조절함으로써 차량의 주행에 필요한 에너지나 파워를 공급하며, 장래의 방전에 대비하여 배터리 유닛을 충전할 수 있다.
배터리 유닛이 분리팩과 고정팩을 포함하거나, 분리 배터리나 고정 배터리를 포함할 경우, 제어 유닛은 다양한 방법으로 분리팩과 고정팩을, 또는 분리 배터리와 고정 배터리를 제어하며, 다양한 방법으로 에너지를 공급할 수 있다. 본 명세서의 일곱 번째 예시적 측면은 다양한 하이브리드 차량의 주행에 필요한 에너지(또는 파워) 공급, 이의 제어 등에 관한 상세한 구조 및 방법에 대한 것이다.
본 예시적 측면의 첫 번째 실시예는 단일의 분리팩과 단일의 고정팩이 단일의 케이스 내부에 장착된 팩 형태 배터리 유닛을 이용한 파워 생성, 파워 제공, 이의 제어에 대한 것이다. 특히 상기 분리팩, 고정팩, 발전 유닛, 모터 유닛 등에 대한 제어 유닛의 다양한 제어를 예시함으로써, 본 명세서의 다양한 차량의 사용자가 특정 속도로 상기 차량을 구동하려는 경우 상기 유닛의 다양한 제어에 대하여 설명한다.
본 예시적 측면의 두 번째 내지 다섯 번째 실시예는 상기 차량의 최대 속도를 100%라 가정하였을 때, 하나 이상의 분리팩과 하나 이상의 고정팩을 포함하는 팩 형태 배터리 유닛의 방전 조작과 상기 차량의 속도, 팩 형태(또는 일부 분리) 배터리 유닛과 발전 유닛의 동시 사용, 상기 유닛들의 조작, 차량의 속도 등에 대한 것이다. 특히 상기 두 번째 내지 다섯 번째 실시예는 배터리 유닛이 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 밖의 저온 또는 고온에서의 상기 유닛의 방전에 대한 다양한 예들이다. 또 상기 실시예들은 배터리 유닛의 방전 제어 및 이에 따른 차량의 속도 제어에 대한 다양한 예들을 설명한다.
상술과 같이 본 예시적 측면의 제어 유닛은 중앙 제어 요소, 배터리 제어 요소, 발전 제어 요소, 모터 제어 요소 중 하나 이상을 지칭한다. 일예로 상기 제어 유닛은 중앙 제어 요소로서 차량의 특정 위치에 배치되거나, 또는 다양한 제어 요소들의 형태로 상기 차량의 다수의 위치에 분산되어 배치될 수 있다.
본 명세서의 일곱 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예는 단일의 분리팩과 단일의 고정팩이 단일 케이스 내부에 장착된 배터리 유닛(즉 "팩 형태 배터리 유닛")을 이용한 파워 생성, 제공 또는 이의 제어에 대한 것이다. [도18]은 "팩 형태 배터리 유닛"의 제어 방법에 대한 예시도로서, 상기 배터리 유닛(150)은 다수의 배터리들을 내부에 포함하는 고정팩(150S) 및 이보다 적은 수효의 배터리들을 내부에 포함하는 분리팩(105R)을 포함한다.
제어 유닛은 [도18]의 해칭과 같이 배터리 유닛(150)의 방전을 제어할 수 있다. 특히 제어 유닛은 상기 유닛(150)의 분리팩(150R)과 고정팩(150S)의 방전을 독립적으로 제어할 수도 있다. 따라서 제어 유닛은 고정팩(150S)만 방전하며 모터 유닛(160)에 에너지 EBAT를 제공하거나, 분리팩(150R)만 방전하며 모터 유닛(160)에 에너지 EBAT를 제공하도록 할 수도 있다.
제어 유닛은 분리팩(150R)과 고정팩(150S)이 함께 또는 동시에 방전함으로써 모터 유닛(160)에 에너지 EBAT를 제공하도록 할 수도 있다. 단 배터리 유닛(150)의 온도, 분리팩(150R) 또는 고정팩(150S)의 온도, 분리팩(150R)이나 고정팩(150S)의 충전률이나 방전 깊이 등에 따라서, 제어 유닛은 분리팩(150R)이나 고정팩(150S)이 각각 모터 유닛(160)에 제공하는 에너지의 양이 상이하도록 제어할 수 있다.
또는 상술과 같이 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성한 에너지를 직접 모터 유닛(160)에 제공하도록 제어할 수 있다. 이를 위해 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 가동하고, 엔진 유닛(110)이 생성한 에너지로 발전 유닛(120)을 가동할 수 있다. 상기 제어 유닛은 분리팩(150R)과 고정팩(150S)의 방전을 중지하거나, 분리팩(150R)의 방전은 허용하나 고정팩(150S)의 방전은 중지하거나, 고정팩(150S)의 방전은 허용하나 분리팩(150R)의 방전은 중지하거나, 또는 분리팩(150R)과 고정팩(150S)의 방전을 모두 허용할 수 있다.
제어 유닛은 주행용 에너지 또는 사용자나 제어 유닛이 원하는 주행 속도를 고려하여 엔진 유닛(110)의 회전 속도 등을 제어할 수 있다. 일예로 차량을 저속으로 운행할 경우, 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 전체 용량의 10% 내지 30% 정도만 가동할 수 있다. 하지만 차량을 중속 또는 고속으로 운행할 경우, 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 각각 40% 내지 70% 또는 80% 내지 100% 가동할 수 있다.
제어 유닛이 엔진 유닛(110)의 회전 속도를 제어하면, 엔진 유닛(110)이 발전 유닛(120)에 제공하는 에너지도 제어하게 된다. 즉 제어 유닛은 발전 유닛(120)의 발전량을 간접적으로 제어할 수 있다, 또는 제어 유닛은 발전 유닛(120)의 발전량을 직접 제어할 수도 있다. 특히 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 엔진 유닛(110)이 제공하는 에너지의 일부만 이용하여 전기 에너지를 생성하도록 할 수 있다.
제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성한 에너지의 일부만 모터 유닛(160)에 제공하도록 제어할 수 있다. 일예로 제어 유닛은 모터 유닛(160)이 배터리 유닛(150)에서 EBAT를 제공받고, 발전 유닛(120)으로부터 EGEN,M를 제공받도록 할 수 있다.
이 때 제어 유닛은 모터 유닛(160)이 필요로 하는 에너지의 양, 사용자 또는 제어 유닛이 원하는 차량의 주행 속도, 분리팩(150R)이나 고정팩(150S)의 온도, 분리팩(150R)이나 고정팩(150S)의 충전률이나 방전 깊이 등에 근거하여 엔진 유닛(110)의 회전속도를 제어하며, 분리팩(150R) 또는 고정팩(150S)의 방전량, 방전 속도 등을 제어할 수도 있다.
상기 첫 번째 실시예의 배터리 유닛은 [도18]과는 상이한 구조를 가질 수 있다. 일예로 배터리 유닛은 단일의 분리팩과 단일의 고정팩을 각각 분리된 케이스 내부에 포함할 수 있다. 배터리 유닛은 두 개 이상의 분리팩 및 단일의 고정팩을 단일의 케이스 또는 다수의 케이스 내부에 포함할 수 있다. 또는 배터리 유닛은 팩 형태의 배터리 유닛이 아니라 일부 분리 배터리 유닛일 수 있다.
본 명세서의 일곱 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예는 제어 유닛이 하나의 분리팩, 하나의 고정팩을 포함하는 배터리 유닛을 이용하여, 다양한 하이브리드 차량의 주행에 필요한 에너지 또는 파워 공급, 에너지 또는 파워를 제어하는 상세한 구조 및 방법에 대한 것이다.
본 실시예는 분리팩(또는 분리 배터리)과 고정팩(또는 고정 배터리)이 동일한 종류의 배터리를 포함하는 것으로 가정하였다. 본 실시예의 분리팩과 고정팩의 용량은 각 팩에 포함된 배터리의 수효로 표현하는 대신, 배터리 세트의 수효로 표시하였으며, 이 때 각각의 배터리 세트는 특정 수효의 배터리를 포함하는 것으로 가정하였다.
분리팩과 고정팩의 용량은 물론 발전 유닛의 용량도 방전 용량을 기준으로 표시하였다. 방전 용량 역시 watt 또는 watt-hour 대신 특정 무게를 가진 하이브리드 차량이 특정 경사를 가진 도로를 특정 정도로 주행하는 데 필요한 주행용 에너지를 기준으로 하였다. 따라서 본 실시예의 다양한 예시 및 설명은 동일한 또는 상이한 종류의 배터리를 포함하는 분리팩 또는 고정팩에 모두 적용될 수 있으며, 또한 발전 유닛의 종류와 관계 없이 발전 유닛과 분리팩 또는 고정팩의 제어에 모두 적용될 수 있다.
본 명세서에서 고정팩(또는 분리팩)이 "하이브리드 차량의 최대 속도(즉 VMax)의 100%에 해당하는 방전 용량"을 가진다는 표현은, 용량 손실이 없으며 충분히 충전된 고정팩(또는 분리팩)이 최대 방전 속도로 방전하며 모터 유닛에 제공할 수 있는 에너지가 상기 차량이 상기 최대 속도로 주행하기 위하여 필요한 "주행용 에너지"에 해당한다는 표현이다.
즉 본 실시예의 [도19] 내지 [도30]에서 고정팩 또는 분리팩에 포함된 배터리 세트의 총 수효는 고정팩 또는 분리팩에 포함된 배터리의 실제 수효를 의미하는 것이 아니다. 오히려 본 실시예의 도면의 고정팩 또는 분리팩에 포함된 배터리 세트의 총 수효는 특정 방전 용량을 가질 만큼의 배터리가 포함되었다는 상대적 개념을 나타낸다.
따라서 본 실시예의 [도19] 내지 [도30]에 표시된 고정팩(또는 분리팩)이나 발전 유닛의 길이의 비율은 고정팩(또는 분리팩)이나 발전 유닛의 실제 길이, 두께나 폭의 실제 비율을 표시하지 않고, 상기 비율은 이들의 방전 용량의 비율을 상대적으로 표시하는 것으로 한다. 즉 [도19] 내지 [도30]의 고정팩, 분리팩 또는 발전 유닛의 길이의 비율은 상대적으로 상기 도에 표시된 방전 용량을 가지는 것으로 한다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 첫 번째 상세예는 단일의 분리팩과 단일의 고정팩을 포함한 팩 형태 배터리 유닛의 방전 및 이에 근거한 차량의 속도 제어에 관한 것이다. 일예로 [도19]는 방전 효율이 100%인 경우, 최대 속도로 방전 시 차량이 최대 속력(VMax)의 1/4의 속력으로 주행할 수 있는 에너지를 방전하는 분리팩과, 최대 속도로 방전 시 차량이 VMax로 주행할 수 있는 에너지를 방전하는 고정팩을 포함하는 배터리 유닛의 제어에 대한 개략도이다.
본 두 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 첫 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, 배터리 유닛, 고정팩 또는 분리팩의 온도가 적정 방전 온도 범위 이내에 속하는 경우이다. 제어 유닛은 고정팩의 방전을 시작하고, 고정팩은 방전을 통해 [도19]의 고정팩(또는 배터리 유닛)의 "+" 단자와 "-" 단자 사이에 위치한 모터 유닛에 전기 에너지를 제공한다.
제어 유닛은 사용자가 제공하는 신호에 근거하여 고정팩의 방전량을 제어할 수 있다. 특히 제어 유닛은 사용자 신호에 근거하여 사용자가 원하는 주행 속도로 차량을 주행하는 데 필요한 "주행용 에너지"를 계산 또는 결정할 수 있다. 물론 사용자가 차량을 저속 주행을 원하는 경우의 주행용 에너지보다 고속 주행을 원할 때의 주행용 에너지가 더 크다.
제어 유닛은 고정팩 방전 중에는 분리팩을 방전시키지 않는다. 하지만 고정팩이 특정 "주행용 에너지"를 제공하기에 충분히 충전되어 있지 않거나, 기타 이유로 고정팩과 분리팩을 동시에 방전시켜도 무방할 경우, 제어 유닛은 고정팩과 분리팩을 동시에 방전시킬 수도 있다. 또는 제어 유닛은 고정팩의 방전을 시작하기 전 또는 그 후 분리팩의 방전을 시작할 수도 있다.
"주행용 에너지"를 계산하기 위하여 제어 유닛은 사용자, 동승자, 차량 적재 화물의 무게 등을 고려할 수 있다. 제어 유닛이 차량의 이동 경로를 인지하고 있는 경우, 제어 유닛은 상기 경로의 경사도, 상기 경로에 설치된 신호등, 도로의 넓이, 교통 혼잡 정도 등을 고려하여 주행용 에너지를 계산할 수 있다. 제어 유닛은 날씨나 외부 온도 등을 고려하여 주행용 에너지를 계산할 수도 있다. 일예로 비가 오거나 도로에 얼음이 어는 경우, 제어 유닛은 비나 얼음으로 인하여 감소된 마찰력, 비아 얼음으로 인한 제동 에너지 등을 감안하여 주행용 에너지를 계산할 수도 있다.
따라서 주행용 에너지는 경로가 동일하더라도 차량 전체의 무게가 변함에 따라 상이해질 수 있다. 또는 주행용 에너지는 차량의 무게와 주행 경로가 동일하더라도 교통 혼잡 정도는 물론 차량의 속도에 따라 상이해질 수도 있다.
또는 제어 유닛은 배터리 제조사, 배터리 유닛 제조사, 차량 제조사 등이 미리 설정한 주행용 에너지를 이용할 수 있다. 일예로 상기 제조사나 제어 유닛은 상기 차량의 사용자, 동승자, 또는 차량에 적재된 화물의 무게를 고려하지 않고, 미리 설정된 특정 무게에 근거한 "주행용 에너지"를 사용할 수 있다. 즉 이와 같이 설정된 "주행용 에너지"는 일종의 평균값에 해당할 수 있다.
제어 유닛은 "주행용 에너지"를 측정하거나 추정하기 위하여 다양한 센서를 포함할 수도 있다. 일예로 제어 유닛은 차량 전체 또는 특정 부위의 무게를 측정하기 위한 무게 센서를 포함할 수 있다. 또는 제어 유닛은 일정 속도 또는 가속도를 얻는 데 필요한 에너지나 파워 등을 측정한 후, 이로부터 상기 무게를 추정할 수 있다. 또는 제어 유닛은 기존의 초음파 센서, 이미지 센서 등을 이용하여 도로의 포장 유무, 포장의 특성, 주행 속도 제한 유무, 교통 혼잡도, 등을 측정할 수도 있다.
방전 효율이 100%일 때, [도19]의 고정팩은 최대 속도로 방전 시 VMax 해당하는 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있다. 따라서 사용자가 차량을 VMax로 주행하려 할 경우, 고정팩은 VMax에 해당하는 주행용 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있다. 사용자가 저속이나 중속으로 차량을 주행하려 할 경우에는, 제어 유닛은 고정팩이 상기 속도에 해당하는 주행용 에너지만큼 방전하도록 할 수 있다.
제어 유닛은 고정팩의 방전 속도를 가변 제어할 수 있다. 일예로 제어 유닛은 [도19]의 "+" 단자로부터 점선으로 표시한 바와 같이 고정팩이 최대 80%만 방전하도록 고정팩의 배터리들의 연결을 조작할 수 있다. 따라서 상기 고정팩을 100% 방전해도, 차량은 VMax의 80%의 속도까지만 주행할 수 있다.
본 두 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 두 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 상기 차량의 스위치를 켰을 때, 배터리 유닛(또는 고정팩이나 분리팩)의 온도가 적정 방전 온도 범위 밖인 경우이다. 따라서 배터리 유닛이 방전을 시작하면, 상기 유닛의 고정팩 또는 분리팩은 어느 정도 손상을 입게 된다.
이 때 제어 유닛은 배터리 유닛(즉 분리팩과 고정팩)의 방전을 시작하지 않고, 차량을 계속 정지 상태로 유지할 수 있다. 제어 유닛은 가열 유닛이나 냉각 유닛의 가동을 시작하고, 배터리 유닛이 가열되거나 냉각되어 상기 유닛의 온도가 적정 방전 온도 범위에 속하게 되면, 분리팩의 방전을 시작할 수 있다.
또는 제어 유닛은 고정팩 대신 분리팩의 방전을 시작할 수 있다. 즉 분리팩은 방전을 통하여 에너지를 [도19]의 분리팩(또는 배터리 유닛)의 "+" 단자와 "-" 단자 사이에 위치한 모터 유닛에 제공할 수 있다. 또는 제어 유닛은 사용자가 제공하는 신호에 따라 분리팩의 방전량을 제어할 수 있고, 그 결과 차량은 방전량에 의하여 결정되는 속도로 주행한다.
방전 효율이 100%더라도, [도19]의 분리팩은 최대 방전 시 차량이 VMax로 주행하는 데 필요한 에너지의 25%만 모터 유닛에 제공할 수 있다. 따라서 제어 유닛은 사용자 신호에 근거하되 VMax의 0%~25%의 구간 이내에서 차량이 저속으로 주행하도록 한다.
사용자는 하이브리드 차량의 핸들(throttle grip 또는 twist grip)을 돌리거나 액셀러레이터 페달을 최대한 밟는 등의 조작을 통하여, 자신이 중속, 고속이나 최대 속도로 차량을 주행하기를 원한다는 신호를 제어 유닛에 제공할 수 있다. 제어 유닛은 이에 다양한 방법으로 대응할 수 있다.
일예로 제어 유닛은 사용자 신호에도 불구하고 차량을 계속 저속으로 주행하도록 할 수 있다. 또는 제어 유닛은 분리팩과 함께 고정팩 방전을 시작할 수 있고, 특히 제어 유닛은 사용자가 제공한 신호에 따르는 속도로 차량을 구동하는 데 필요한 만큼 고정팩을 방전시킬 수 있다. 이 때 고정팩은 고온 또는 저온에서의 방전에 따르는 비가역적 손상을 입을 수 있다.
단 상술과 같이 배터리 유닛의 분리팩이나 고정팩이 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 벗어난 고온이나 저온에서 방전(또는 충전)함에 따라 비가역적 손상을 입게 되면 상기 유닛의 최대 방전 효율은 100%에 미치지 못하게 된다. 배터리 유닛이 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 이내에서 방전(또는 충전)하더라도, 계속되는 방전과 충전에 따라 상기 유닛의 최대 방전 효율을 100%에 못 미치게 된다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 두 번째 상세예는 단일의 분리팩과 단일의 고정팩을 포함한 팩 형태 배터리 유닛의 방전 및 이에 근거한 차량의 속도 제어에 관한 것으로, [도20]은 [도19]의 분리팩이 고정팩에 직렬로 연결된 경우의 개략도이다.
본 두 번째 실시예의 두 번째 상세예의 첫 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, 배터리 유닛(또는 고정팩이나 분리팩)의 온도(TBU)가 적정 방전 온도 범위 이내에 속하는 경우이다. 제어 유닛은 분리팩 및 고정팩의 방전을 시작한다. 고정팩은 방전을 통하여 에너지를 [도20]의 고정팩(또는 배터리 유닛)의 "+" 단자와 "-" 단자 사이에 위치한 모터 유닛에 제공한다.
[도20]의 분리팩 및 고정팩의 최대 방전량의 합은 VMax의 125%에 해당한다. 즉 제어 유닛은 분리팩과 고정팩을 각각 80%로 방전시키거나, 분리팩은 방전하지 않고 고정팩만 방전시키면서, 사용자가 차량을 VMax로 주행하도록 할 수 있다. 사용자가 VMax 이하의 속도로 주행하기를 원하면, 제어 유닛은 분리팩과 고정팩이 사용자가 원하는 속도에 해당하는 주행용 에너지를 방전하도록 할 수 있다.
본 두 번째 실시예의 두 번째 상세예의 두 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, 배터리 유닛, 상기 유닛의 고정팩이나 분리팩의 온도가 적정 방전 온도 범위 밖인 경우이다. 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전을 시작하지 않은 채, 배터리 유닛을 가열하거나 냉각할 수 있다. 그 후 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 온도 범위에 속하게 되면, 분리팩 및 고정팩의 방전을 시작할 수 있다.
이와는 달리 제어 유닛은 분리팩과 고정팩을 동시에 방전시킬 수 있다. 따라서 배터리 유닛은 방전을 통하여 에너지를 [도19]의 설명과 유사한 방법으로 모터 유닛에 제공할 수 있다. 제어 유닛은 사용자가 제공하는 신호에 따라 분리팩 및 고정팩 방전량을 제어하며, 차량은 방전량에 의하여 결정되는 속도로 주행한다. 단 고온이나 저온 방전에 따라, 분리팩 및 고정팩은 어느 정도 비가역적 손상을 입게 된다.
상기 첫 번째 상세예에서 설명한 바와 같이, 본 두 번째 상세예의 제어 유닛도 고정팩의 최대 방전량을 가변으로 제어할 수 있다. 또한 본 두 번째 상세예의 기타 파워 생성, 제공 또는 이의 제어는 상술의 첫 번째 상세예의 파워 생성, 제공 및 제어와 유사하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
제어 유닛은 본 두 번째 실시예의 위의 첫 번째 상세예와는 상이한 방법으로 분리팩과 고정팩을 제어할 수 있다. 특히 제어 유닛이 다양한 하드웨어 회로를 포함하고, 상기 회로를 조작하여 분리팩, 고정팩 등이 방전하는 전류, 전압, 파워 등을 조작할 경우, 제어 유닛은 분리팩과 고정팩을 포함하는 배터리 유닛은 더욱 다양한 방법으로 제어할 수 있다.
[도21]은 [도19]와 [도20] 및 본 명세서의 다양한 예시적 측면, 상기 측면의 다양한 실시예 및 상세예의 제어 유닛의 전기적 연결 구조, 제어 구조 및 제어 기능을 일반화한 개략도이다. 우선 제어 유닛은 분리팩의 방전 및 고정팩의 방전을 독립적으로 제어할 수 있다.
일예로 제어 유닛은 단일 또는 다수의 분리팩들과 단일 또는 다수의 고정팩을 동시에 방전시키거나, 둘 중 한 팩만 방전시키거나, 분리팩과 고정팩을 특정 순서에 따라 방전시킬 수도 있다. 또는 제어 유닛은 분리팩과 고정팩 각각을 동일한 또는 상이한 %만큼 방전시킬 수 있다.
제어 유닛은 내부에 포함된 다양한 회로나 전기 부품 등을 이용하여 하나 이상의 분리팩과 하나 이상의 고정팩을 직렬, 병렬 또는 이의 혼합 형태로 연결하여 제어할 수 있다. 또는 제어 유닛은 분리팩과 고정팩 및 발전 유닛도 제어할 수 있다. 일예로 제어 유닛은 분리팩 또는 고정팩의 방전과 함께 발전 유닛이 발전 용량의 일부나 전부에 해당하는 에너지나 파워를 모터 유닛에 제공하도록 할 수 있다.
또는 제어 유닛은 분리팩이나 고정팩이 방전하며 모터 유닛에 제공하는 전압, 전류, 에너지 또는 파워는 물론 발전 유닛이 방전함에 따라 배터리 유닛이나 모터 유닛에 제공하는 전압, 전류, 에너지, 파워 등을 조작할 수 있는 요소를 포함할 수 있다.
일예로 제어 유닛은 배터리 유닛, 발전 유닛이 제공하는 전압, 전류의 크기를 조작할 수 있는 다양한 기존 요소를 포함할 수 있다. 상기 요소의 예로는 전압을 조작하는 변압기(transformer), 승압기(voltage amplifier), 전류를 증폭하는 전류 증폭기(current amplifier), 파워를 증폭하는 파워 증폭기(power amplifier) 등이 있다.
제어 유닛은 상기 전압, 전류, 에너지 또는 파워의 모양(waveform)을 조작할 수 있는 요소를 포함할 수 있다. 이러한 요소의 예로는 교류를 직류로 전환하는 요소인 정류기(rectifier), 직류를 교류로 전환하는 요소인 인버터(inverter) 등이 있다.
즉 제어 유닛은 배터리 유닛, 분리팩, 고정팩은 물론 발전 유닛이 방전하며 생성하는 전류, 전압, 에너지, 파워 등을 다양한 방법으로 제어할 수 있다. 이에 따라 모터 유닛은 구동 유닛을 특정 속도로 또는 시간에 따라 변하는 특정 패턴에 따라 구동 유닛을 구동할 수 있다.
또는 제어 유닛은 분리팩이나 고정팩의 방전 용량, 용량 손실 등은 물론 발전 유닛의 발전 용량을 고려하며 일정한 양의 에너지나 파워 또는 시간에 따라 변하는 양의 에너지나 파워를 모터 유닛에 공급할 수 있다. 그 결과 제어 유닛은 차량 주행 속도, 주행 패턴, 주행 거리 등을 최적화할 수 있다.
이러한 관점에서 보았을 때, [도21]의 제어 유닛은 본 명세서의 기본 제어 유닛으로 간주할 수 있다. 따라서 상반된 설명이 없는 한, 본 일곱 번째 예시적 측면은 물론 본 명세서의 제어 유닛은 위의 네 문단에서 예시한 다양한 요소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이 외에도 본 명세서의 제어 유닛은 상술 또는 하술에서 예시한 바 있는 다양한 기능을 수행할 수 있는 요소를 하나 이상 포함할 수도 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 세 번째 상세예는 단일의 분리팩과 단일의 고정팩을 포함한 팩 형태 배터리 유닛이 비가역적 손상을 입은 경우의 방전 및 이에 근거한 차량의 속도 제어에 관한 것이다. 특히 [도22]는 [도21]의 배터리 유닛의 분리팩 및 고정팩이 일정 정도의 비가역적 손상을 입은 경우의 개략도이다.
일예로 적정 방전(또는 충전) 범위를 벗어난 저온 또는 고온에서의 방전(또는 충전)에 따라 배터리 유닛, 분리팩 또는 고정팩은 비가역적 손상을 입는다. 정도 차이는 있지만, 대부분의 배터리는 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 이내에서도 방전(또는 충전)할 때마다 어느 정도의 비가역적 손상을 입게 된다. 이러한 손상이 누적되면서, 상기 배터리 유닛, 분리팩 또는 고정팩은 서서히 배터리 용량을 상실하게 된다.
일예로 [도22]의 분리팩은 상기 손상에 의한 용량 손실이 60%에 이르고, 따라서 전체 방전(또는 충전) 용량 중 최대 40%만 방전(또는 충전)이 가능한 경우이다. 한편 고정팩은 용량 손실이 10%이고, 전체 방전(또는 충전) 용량 중 최대 90%만 방전(또는 충전)이 가능한 경우이다.
본 두 번째 실시예의 세 번째 상세예의 첫 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, 배터리 유닛, 고정팩 또는 분리팩의 온도가 적정 방전 온도 범위 이내에 속하는 경우이다. 제어 유닛은 고정팩의 방전을 시작할 수 있다. 단 고정팩은 총 용량의 10%가 이미 손실되었으므로, 사용자는 차량을 저속, 중속 및 고속으로 주행할 수 있으나, VMax의 90% 이상의 속도로는 주행할 수 없다.
사용자가 상술의 조작으로 VMax로 차량을 주행하기를 원한다는 신호를 제공하면, 제어 유닛은 고정팩 및 분리팩을 방전하여 차량의 주행 속도를 증가시킬 수 있다. 또는 제어 유닛은 발전 유닛을 가동하고, 발전 유닛이 생성하는 에너지의 일부나 전부를 모터 유닛에 제공하여 차량을 VMax으로 주행할 수 있다.
이 경우 제어 유닛은 발전 유닛이 생성하는 에너지의 일부만 모터 유닛에 제공하는 한편 상기 에너지의 나머지는 배터리 유닛에 공급함으로써 배터리 유닛을 충전할 수 있다. 배터리 유닛의 온도가 적정 충전 온도 범위에 속하는 경우에는 상기 유닛은 최소의 비가역적 손상만 입을 수 있다. 하지만 상기 온도가 적정 방전 온도 범위 이내에는 속하지만 적정 충전 온도 범위에 속하지 않는 경우, 상기 유닛은 어느 정도의 비가역적 손상을 피할 수 없다.
본 두 번째 실시예의 세 번째 상세예의 두 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, 배터리 유닛, 고정팩 또는 분리팩의 온도가 적정 방전 온도 범위 밖인 경우이다. 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전을 시작하지 않고, 계속 차량을 정지 상태로 유지할 수 있다. 또한 제어 유닛은 가열 또는 냉각 유닛의 가동을 시작하고, 배터리 유닛이 가열되거나 냉각된 후, 분리팩의 방전을 시작할 수 있다.
또는 제어 유닛은 고정팩 대신 분리팩 방전을 시작할 수 있고, 분리팩은 방전을 통하여 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있다. 하지만 분리팩의 방전 용량은 고정팩 방전 용량의 25%에 불과하며, 그 중 이미 60%가 손상된 상태이다. 따라서 분리팩의 방전만으로 사용자는 VMax의 10% 이상으로 주행할 수 없다. 사용자가 중속이나 고속으로 차량을 주행하겠다는 신호를 제공하면, 제어 유닛은 차량을 계속 저속으로 주행하도록 하거나 또는 제어 유닛은 분리팩과 함께 고정팩의 방전을 시작할 수 있다.
제어 유닛은 사용자 신호에 따르는 속도로 차량을 구동하는 데 필요한 만큼 고정팩을 방전시킬 수 있다. 이 경우 고온 또는 저온 방전에 따라, 분리팩은 물론 고정팩도 어느 정도 비가역적 손상을 입게 된다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 네 번째 상세예는 단일의 분리팩과 단일의 고정팩을 포함한 팩 형태 배터리 유닛이 비가역적 손상을 입은 경우의 방전 및 이에 근거한 차량의 속도 제어에 관한 것이다. 특히 [도23]은 배터리 유닛의 분리팩은 VMax에 필요한 주행용 에너지의 25%의 용량을 가진 반면 고정팩은 VMax의 75%의 용량을 가진 경우의 개략도이다.
본 두 번째 실시예의 네 번째 상세예의 첫 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, 배터리 유닛, 고정팩 또는 분리팩의 온도가 적정 방전 온도 범위 이내에 속한 경우이다. 따라서 상술과 같이 제어 유닛은 고정팩의 방전을 시작한다.
단 고정팩이 최대로 방전해도, 고정팩은 차량의 VMax의 75% 이상의 속도로 주행할 수는 없으며, 차량은 주행용 에너지에 따라 저속이나 중속으로 주행한다. 사용자가 중속 이상의 속도로 차량을 주행하겠다는 신호를 제공하면, 제어 유닛은 고정팩과 분리팩을 함께 방전하여 주행 속도를 증가시키거나, 발전 유닛을 가동하고 발전 유닛이 생성하는 에너지를 모터 유닛에 제공함으로써 차량의 주행 속도를 중속 이상으로 증가시킬 수 있다.
본 두 번째 실시예의 네 번째 상세예의 두 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, 배터리 유닛, 고정팩 또는 분리팩의 온도가 적정 방전 온도 범위 밖인 경우이다. 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전을 시작하지 않고, 차량을 정지 상태로 유지할 수 있다. 또한 제어 유닛은 가열 또는 냉각 유닛의 가동을 시작하고, 배터리 유닛이 가열되거나 냉각된 후에야 분리팩의 방전을 시작할 수 있다.
또는 제어 유닛은 고정팩 대신 분리팩의 방전을 시작하여 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있다. 하지만 분리팩의 방전 용량은 고정팩의 방전 용량의 25%에 불과하므로, 분리팩의 방전만으로는 차량은 저속 이상으로 주행하기 어렵다.
사용자가 중속, 고속으로 차량을 주행하겠다는 신호를 제공하면, 제어 유닛은 사용자 신호에도 불구하고 차량을 계속 저속으로 주행시킬 수 있다. 또는 제어 유닛은 분리팩과 함께 고정팩의 방전을 시작할 수 있다. 특히 제어 유닛은 사용자가 제공한 신호에 따르는 속도로 차량을 구동하는 데 필요한 만큼만 고정팩을 방전시킬 수 있다. 이 경우 상기 고온이나 저온에서 방전함에 따라, 분리팩은 물론 고정팩도 어느 정도 비가역적 손상을 입게 된다.
[도23]의 구조는 [도19] 내지 [도22]의 구조와 비교하였을 때, 장단점을 가진다. 일예로 [도19] 내지 [도22]의 고정팩은 총 8 세트의 배터리를 포함하고, 고정팩이 방전하면 차량이 최대 속도를 위한 주행용 에너지를 공급할 수 있다. 하지만 [도19] 내지 [도22]의 구조는 분리팩이 2 세트, 고정팩이 8 세트, 총 10 세트의 배터리를 포함한다.
반면 [도23]의 구조는 분리팩이 2 세트, 고정팩이 6 세트의 배터리, 총 8 세트의 배터리만을 포함한다. 따라서 상기 배터리 유닛은 [도19] 내지 [도22]의 배터리 유닛보다 적은 수효의 배터리를 필요로 한다. 따라서 배터리가 고가인 경우, 사용자는 더 적은 비용으로 [도23]의 배터리 유닛을 구입할 수 있다.
용량 손실이 없는 경우, [도19] 내지 [도22]의 배터리 유닛이 최대 속도로 방전하면, 상기 유닛은 차량이 VMax로 주행하기 위한 주행용 에너지보다 더 많은 양의 에너지를 모터 유닛에 공급할 수 있다. 따라서 상기 유닛의 분리팩과 고정팩이 어느 정도 용량을 손실하더라도, 차량은 최대 속도로 주행할 수 있다.
용량 손실이 없는 경우, [도23]의 배터리 유닛은 최대 속도로 방전하더라도, 상기 유닛은 차량이 VMax로 주행하기 위한 주행용 에너지와 같은 양의 에너지만 모터 유닛에 공급할 수 있다. 따라서 상기 유닛의 분리팩이나 고정팩이 일정량의 용량을 손실하면, 차량은 VMax로 주행할 수 없다. 이 경우 제어 유닛은 발전 유닛을 가동해야만 한다.
본 명세서의 일곱 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예는 제어 유닛이 두 개 이상의 분리팩과 하나 이상의 고정팩을 포함하는 배터리 유닛을 이용하여, 다양한 하이브리드 차량의 주행에 필요한 에너지 또는 파워 공급, 에너지 또는 파워의 제어 등에 관한 상세한 구조 및 방법에 대한 것이다.
본 명세서의 배터리 유닛이 두 개 이상의 분리팩을 포함하면, 각 분리팩은 다양한 종류나 크기를 가질 수 있다. 즉 각 분리팩은 동일한(또는 상이한) 수효의 동일한(또는 상이한) 종류의 배터리를 포함할 수 있다. 또는 각 분리팩은 배터리의 종류나 수효와 관계 없이 동일한 또는 상이한 방전량 또는 충전량을 가진 배터리를 포함할 수 있다.
제어 유닛은 다수의 분리팩들의 종류나 크기, 각 분리팩의 방전(또는 충전) 용량, 상기 분리팩들의 용량 손실 정도 등에 따라 다양한 방법으로 각 분리팩의 방전을 제어할 수 있다. 또한 제어 유닛은 다양한 변수들에 근거하여 각 분리팩의 방전(또는 충전) 순서를 바꾸며 다양한 방법으로 제어할 수 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예의 첫 번째 상세예는 두 개의 분리팩(분리팩 1과 분리팩 2), 하나의 고정팩 등을 포함하는 배터리 유닛의 방전과 차량의 속도 제어에 관한 것이다. [도24]는 [도19]와 같이 방전 효율이 100%일 때 최대 속도로 방전하면 차량이 VMax의 25% 속력으로 주행할 수 있는 분리팩 두 개, 최대 속도로 방전하면 차량이 VMax로 주행할 수 있는 고정팩을 포함하는 배터리 유닛의 구조 및 제어에 대한 개략도이다.
본 세 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 첫 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, 배터리 유닛, 고정팩 또는 분리팩의 온도가 적정 방전 온도 범위 이내에 속하는 경우이다. 제어 유닛은 고정팩의 방전을 시작한다. 제어 유닛은 사용자가 제공하는 신호에 근거하거나 또는 사용자가 원하는 주행 속도에 해당하는 주행용 에너지에 근거하여 고정팩의 방전량을 제어할 수도 있다.
방전 효율이 100%인 경우, [도24]의 고정팩은 최대 속도로 방전할 때 VMax에 해당하는 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있다. 사용자가 저속 또는 중속으로 차량을 주행하려 하면, 제어 유닛은 고정팩이 상기 속도에 해당하는 주행용 에너지만큼 방전하고, 이를 모터 유닛에 제공하도록 제어할 수 있다. 또는 상술과 같이 제어 유닛은 고정팩의 최대 방전량을 가변으로 제어할 수도 있다.
단 상술과 같이 대부분의 기존 배터리는 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 이내에서 방전(또는 충전)해도 매번 방전(또는 충전)할 때마다 일정 용량을 손실한다. 따라서 배터리 유닛의 온도가 적정 온도 범위 이내에 속하더라도, 제어 유닛은 고정팩으로 하여금 방전 용량의 일부만 방전(일예로 부분 방전)하도록 함과 동시에 분리팩 1 또는 분리팩 2의 부분 방전을 시작할 수 있다.
제어 유닛은 고정팩의 방전과 동시에 발전 유닛을 구동할 수 있다. 이 때 고정팩의 방전량은 감소하며, 고정팩을 다시 충전할 필요성도 함께 감소하기 때문에, 제어 유닛은 고정팩의 손상을 최소화할 수 있다.
본 세 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 두 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, 배터리 유닛, 고정팩 또는 분리팩의 온도가 적정 방전 온도 범위 밖인 경우이다. 제어 유닛은 배터리 유닛을 방전하지 않고, 차량을 정지 상태로 유지할 수 있다. 또한 제어 유닛은 가열 또는 냉각 유닛의 가동을 시작하고, 배터리 유닛이 가열되거나 냉각된 후에야 분리팩의 방전을 시작할 수 있다.
또는 제어 유닛은 고정팩 대신 분리팩 1이나 분리팩 2의 방전을 시작하거나, 분리팩 1 및 분리팩 2의 방전을 동시에 또는 순차적으로 시작할 수도 있다. 제어 유닛은 사용자가 제공하는 신호에 근거하여 분리팩 1이나 2의 방전량을 제어하며, 차량은 방전량에 의하여 결정되는 속도로 주행한다.
단 방전 효율이 100%더라도, [도24]의 분리팩 1 또는 2는 최대 속도로 방전 시 VMax에 필요한 에너지의 25%에 해당하는 에너지만 모터 유닛에 제공한다. 따라서 제어 유닛이 분리팩 1과 2 중 하나만 방전할 경우, 제어 유닛은 사용자 신호에 따라 VMax의 0%~25% 이내에서 차량을 저속으로 주행하도록 한다.
제어 유닛이 분리팩 1과 2를 동시에 방전시키면, 차량은 사용자 신호에 따라 VMax의 0%~50%의 구간 이내에서 저속 또는 중속으로 주행하게 된다. 단 분리팩 1이나 2는 고온이나 저온 방전에 따라 어느 정도의 비가역적 손상을 입게 된다. 분리팩 1과 2의 비가역적 손상은 각 분리팩의 방전 시간, 충전 시간 등에 대체적으로 비례할 수 있다.
사용자가 중속, 고속 또는 VMax로 주행을 원한다는 신호를 제공하면, 제어 유닛은 이에 다양한 방법으로 대응할 수 있다. 일예로 제어 유닛은 상기 신호에도 불구하고 차량을 계속 저속으로 주행시킬 수 있다.
또는 제어 유닛은 분리팩 1이나 2의 방전과 함께 고정팩의 방전을 시작할 수 있다. 제어 유닛은 사용자 신호에 따른 속도로 차량을 주행하는 데 필요한 만큼 고정팩을 방전시킬 수도 있다. 하지만 고온 또는 저온 방전에 따라, 고정팩도 어느 정도 비가역적 손상을 입게 된다.
단 [도24]의 배터리 유닛이 두 개의 분리팩을 포함하므로, 제어 유닛은 상술의 [도19] 내지 [도23]과는 상이한 방법으로 분리팩 1과 2를 제어할 수 있다. 즉 제어 유닛은 고정팩과 함께 또는 고정팩과 별도로 분리팩 1과 2를 순차적 또는 선택적으로 제어할 수 있다.
일예로 TBU가 적정 방전(또는 충전)온도 범위보다 낮은 저온이면, 제어 유닛은 분리팩 1을 방전 또는 충전하지만, TBU가 상기 온도 범위보다 높은 고온이면, 분리팩 2를 방전 또는 충전할 수 있다. 따라서 이러한 구성은 일교차가 크거나 사계절이 확연한 지방에서 유용하게 사용할 수 있고, 사용자는 분리팩 1이나 2 중 용량 손실이 일정 정도를 초과한 분리팩만 적절한 시점에 교환할 수 있다.
다른 예로서 정지 상태의 차량의 스위치가 켜졌을 때 배터리 유닛의 온도가 방전(또는 충전)하기에는 저온 또는 고온일 경우, 제어 유닛은 분리팩 1 또는 2의 방전을 시작할 수 있다. 사용자가 주행을 마친 후 스위치가 다시 켜질 때 TBU가 상기 온도 범위를 벗어나면, 제어 유닛은 분리팩 2 또는 1의 방전을 시작할 수 있다.
이와 같이 제어 유닛은 사용자가 스위치를 켤 때마다 분리팩 1과 2를 번갈아 방전시킨다. 따라서 제어 유닛은 저온 또는 고온에서 방전함으로써 입는 비가역적 손상을 분리팩 1과 2에 번갈아 배분할 수 있다. 하지만 사용자가 스위치를 켤 때마다 차량을 주행하는 거리는 동일하지 않는 경우가 대부분이다. 따라서 분리팩 1과 2가 입는 비가역적 손상 역시 대체적으로 동일하지 않는 경우가 대부분이다.
다른 예로서 정지 상태의 차량의 스위치가 켜졌을 때 TBU가 방전(또는 충전)하기에는 저온 또는 고온인 경우, 제어 유닛은 분리팩 1 및 2 중 용량 손실이 적은 분리팩을 선택하여 방전을 시작할 수 있다. 그 후 사용자는 주행을 마치고 스위치를 끈다. 그 후 사용자가 스위치를 다시 켜면, 제어 유닛은 분리팩 1과 2 중 용량 손실이 적은 분리팩을 선택하여 방전을 시작할 수 있다.
이와 같이 제어 유닛은 사용자가 스위치를 켤 때마다 분리팩 1과 2의 손상 정도 또는 용량 손실을 확인하고, 손상 정도나 용량 손실이 적은 분리팩의 방전을 시작한다. 그 결과 제어 유닛은 저온 또는 고온에서 방전하며 입는 비가역적 손상을 분리팩 1과 2에 번갈아 배분할 수 있다. 또한 제어 유닛은 위의 예에 비하여 분리팩 1과 2가 입는 비가역적 손상을 (대체적으로) 더 균일하게 배분할 수 있다.
이와 같이 고온이나 저온 시 제어 유닛은 분리팩들을 번갈아 방전시키며, 방전에 의한 비가역적 손상을 각 분리팩에 배분할 수 있다. 따라서 사용자는 분리팩 1은 자주 교환하지만 분리팩 2는 자주 교환할 필요가 없거나, 또는 분리팩 1과 2를 가능한 오랜 기간 사용한 후 함께 교환할 수 있다.
제어 유닛은 차량 주행 중 분리팩을 번갈아 방전시킬 수도 있다. 일예로 고온에서 정지 상태의 차량의 스위치가 켜졌을 때, 제어 유닛은 분리팩 1을 방전시키며 주행을 시작할 수 있다. 하지만 분리팩 1의 충전률이 특정 % 이하로 감소하거나 또는 분리팩 1의 방전 깊이가 특정 %를 초과하면, 제어 유닛은 분리팩 1의 방전을 중단하고 분리팩 2의 방전을 시작할 수 있다. 방전 중인 분리팩의 손상이 누적되어 방전 용량이 특정 % 이상 손실되는 경우, 제어 유닛은 상기 분리팩의 방전을 중지하고, 다른 분리팩의 방전을 시작할 수 있다.
또는 제어 유닛은 차량 주행 중 온도 변화에 따라 방전하는 분리팩을 변경할 수 있다. 일예로 사용자가 스위치를 켤 시점의 TBU와 관계 없이, 제어 유닛은 주행 중 TBU가 저온으로 떨어지면 분리팩 1의 방전을 시작하는 반면, 상기 유닛의 온도가 고온으로 증가하면 분리팩 2의 방전을 시작할 수 있다. 이 때 제어 유닛은 분리팩 1 또는 2의 방전과 함께 고정팩을 방전시킬 수 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예의 두 번째 상세예는 단일의 고정팩과 전기적으로 연결된 두 개의 분리팩(즉 분리팩 1과 분리팩 2)을 포함하는 배터리 유닛의 방전과 이에 근거한 차량의 속도 제어에 관한 것이다. [도25]는 [도24]와 동일한 방전 용량을 가진 분리팩 두 개가 직렬로 연결된 경우, [도26]은 상기 분리팩들이 병렬로 연결된 배터리 유닛의 구조 및 제어에 대한 개략도이다.
본 세 번째 실시예의 두 번째 상세예의 첫 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, TBU가 적정 방전 온도 범위 이내에 속하는 경우이다. [도25]나 [도26]의 분리팩과 고정팩은 전기적으로 연결되어 있으므로 제어 유닛은 분리팩과 고정팩의 방전을 시작할 수 있다.
단 [도25]의 분리팩과 고정팩이 최대 속도로 방전할 경우의 전기 에너지의 합은 차량의 VMax의 150%에 해당하지만, [도26]의 분리팩과 고정팩이 최대 속도로 방전할 때 에너지의 합은 VMax의 125%이다. 따라서 제어 유닛은 고정팩만 방전하거나, 또는 분리팩과 고정팩을 각각 일부만 방전하며 주행 속도에 해당하는 주행용 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있다.
본 세 번째 실시예의 두 번째 상세예의 두 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, TBU가 적정 방전 온도 범위 이내에 속하지 않는 경우이다. 제어 유닛은 배터리 유닛을 방전하지 않은 채, 상기 유닛을 가열하거나 냉각할 수 있다. 그 후 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속한 후, 제어 유닛은 분리팩과 고정팩의 방전을 시작할 수 있다.
또는 제어 유닛은 고온이나 저온에서 분리팩만 방전시키거나, 또는 분리팩과 고정팩을 동시에 방전시킬 수 있다. 또한 제어 유닛은 [도20]에서 예시한 방법과 유사한 방법으로 배터리 유닛을 제어하며, 상기 차량의 주행에 필요한 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있다.
상술과 같이 제어 유닛은 배터리 유닛이나 발전 유닛이 제공하는 전압, 전류 또는 에너지를 조작할 수 있는 다양한 기존 요소를 포함할 수 있다. 또는 제어 유닛은 전압, 전류 또는 에너지의 파형을 조작할 수 있는 요소를 포함할 수 있다. 따라서 제어 유닛은 다양한 방법으로 분리팩과 고정팩은 물론 발전 유닛을 제어할 수 있다.
상기 두 번째 상세예의 에너지 생성, 제공 또는 이의 제어에 대한 기타 상세한 내용은 상술의 첫 번째 상세예의 에너지 생성, 제공 및 제어와 유사하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예의 세 번째 상세예는 두 개의 동일한 분리팩과 단일의 고정팩을 포함한 팩 형태 배터리 유닛이 비가역적 손상을 입은 경우의 방전과 이에 근거한 차량의 속도 제어에 관한 것이다. 특히 [도27]은 [도26]의 배터리 유닛의 분리팩 및 고정팩이 일정 정도 손상을 입은 경우의 개략도이다.
일예로 [도27]의 분리팩 1과 2는 비가역적 손상에 의한 용량 손실이 각각 70%, 30%이고, 따라서 전체 방전(또는 충전) 용량 중 각각 최대 30%, 70%만 방전(또는 충전)이 가능한 경우이다. 반면 고정팩은 용량 손실이 10%이어서, 전체 방전(또는 충전) 용량 중 최대 90%만 방전(또는 충전)이 가능한 경우이다.
본 세 번째 실시예의 세 번째 상세예의 첫 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, TBU가 적정 방전 온도 범위 이내에 속하는 경우이다. 제어 유닛은 고정팩의 방전을 시작할 수 있다. 단 고정팩은 총 용량 중 10%가 이미 손실되었으므로, 사용자는 주행용 에너지에 따라 차량을 저속, 중속 또는 고속으로 주행할 수 있으나, VMax의 90% 이하의 속도로 주행할 수 있다.
사용자가 상기 조작을 통해 자신이 VMax로 차량을 주행하기를 원한다는 신호를 제공하면, 제어 유닛은 고정팩은 물론 분리팩 1 또는 2를 방전하여 차량의 주행 속도를 증가시킬 수 있다. 또는 제어 유닛은 발전 유닛을 가동하여 생성된 에너지를 모터 유닛에 제공하여 주행 속도를 VMax로 증가시킬 수도 있다.
본 세 번째 실시예의 세 번째 상세예의 두 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켰을 때, TBU가 고온이나 저온인 경우이다. 제어 유닛은 배터리 유닛을 방전하지 않고, 차량을 계속 정지 상태로 유지할 수 있다. 제어 유닛은 가열 유닛 또는 냉각 유닛의 가동을 시작하고, 배터리 유닛이 가열되거나 냉각되어 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하게 되면, 분리팩의 방전을 시작할 수 있다.
또는 제어 유닛은 고정팩 대신 분리팩 1이나 2의 방전을 시작하거나, 분리팩 1과 2를 동시에 방전시킬 수 있다. 하지만 분리팩 1(또는 2)의 방전 용량은 고정팩의 방전 용량의 25%에 불과하며, 그 중 이미 70%, 30%가 각각 손상된 상태이다. 따라서 분리팩 1(또는 2)의 방전만으로는 사용자는 차량의 VMax의 7.5%, 17.5% 이상으로 주행할 수 없다.
사용자가 중속이나 고속으로 차량을 주행하려는 신호를 제공하면, 제어 유닛은 다양한 방법으로 대응할 수 있다. 일예로 제어 유닛은 상기 신호에도 불구하고 차량을 계속 저속으로 주행시킬 수 있다. 또는 제어 유닛은 분리팩 1 또는 2와 함께 고정팩의 방전을 시작할 수 있다. 또는 제어 유닛은 상기 신호에 따르는 속도로 차량을 구동하는 데 필요한 만큼만 고정팩을 방전시킬 수 있다. 이 경우 상기 고온이나 저온에서 방전함에 따라, 분리팩들은 물론 고정팩도 어느 정도 비가역적 손상을 입게 된다.
[도27]의 배터리 유닛이 두 개의 분리팩을 포함하므로, 제어 유닛은 상기 세 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 두 번째 예에서 설명한 바와 같이 다양한 방법으로 고정팩과 함께 또는 고정팩과는 별도로 분리팩 1과 2를 순차적 또는 선택적으로 제어할 수 있다.
두 개 이상의 분리팩을 포함하는 [도24] 내지 [도27]의 배터리 유닛은 단일의 분리팩만 포함하는 [도19] 내지 [도23]의 배터리 유닛과 비교하였을 때 다양한 장단점을 가진다.
우선 제어 유닛은 배터리 유닛에 포함된 다수의 분리팩을 선택적 또는 순차적으로 방전시킬 수 있다. 제어 유닛은 적정 방전 온도 범위 밖의 저온이나 고온에서 다수의 분리팩을 적절히 방전시킴으로써, 특정 분리팩이 저온 또는 고온 방전에 의한 손상을 입도록 하는 한편 다른 분리팩의 손상은 최소화할 수 있다. 따라서 방전 용량을 많이 상실한 분리팩은 자주 교체하나 방전 용량의 손실이 적은 분리팩은 그보다는 더 긴 기간을 사용하도록 함으로써, 사용자의 배터리 교체 비용을 최소화할 수 있다.
또는 제어 유닛은 다수의 분리팩이 저온 또는 고온 방전에 의한 비가역적 손상을 (대체적으로) 균일하게 입도록 방전시킬 수 있다. 일예로 제어 유닛은 저온이나 고온에서 상대적으로 방전 용량을 적게 상실한 분리팩을 우선적으로 방전하여, 다수의 분리팩이 (상대적으로) 균일하게 손상되도록 조작할 수 있다. 사용자는 다수의 분리팩을 함께 교체해야 하기 때문에 교체 시의 비용은 증가하지만, 다수의 분리팩을 교체해야 하는 데 걸리는 기간을 연장으로써, 사용자의 배터리 교체 빈도를 최소화할 수 있다.
또한 분리팩의 방전 용량이 동일하면, 제어 유닛은 단일의 분리팩을 포함하는 배터리 유닛에 비하여 다수의 분리팩을 포함하는 배터리 유닛을 더 다양한 방법으로 제어할 수 있다. 하지만 다수의 분리팩을 포함하는 배터리 유닛의 비용은 단일의 분리팩을 포함하는 배터리 유닛에 비하여 가격이 비쌀 수 있다.
배터리 유닛에 몇 개의 분리팩(또는 고정팩)을 포함시킬 지, 각 분리팩(또는 고정팩)에 몇 개의 배터리 세트를 포함시킬 지는 배터리 유닛의 가격을 얼마로 할 지에 따라, 분리팩의 교체 기간을 짧게 아니면 길게 할 지에 따라 결정할 수 있다. 또한 분리팩(또는 고정팩)의 수효나 분리팩(또는 고정팩)에 포함된 배터리의 수효는 분리팩(또는 고정팩) 교체 시점까지 허용할 수 있는 주행 거리에 따라 결정할 수 있다.
또는 분리팩(또는 고정팩)의 수효나 내부에 포함된 배터리의 수효는 본 명세서에서 배터리의 방전(또는 충전) 용량이나 시간에 영향을 줄 수 있다고 설명한 다양한 변수들을 고려하여 결정할 수 있다. 일예로 차량 주행 지역의 기온에 따라 상기 팩의 수효나 각의 팩에 포함되는 배터리의 수효를 결정할 수 있다.
본 명세서의 일곱 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예는 하나 이상의 분리팩과 하나 이상의 고정팩 등을 포함하는 배터리 유닛과 발전 유닛을 제어 유닛이 동시 또는 순차적으로 이용하여, 차량의 주행에 필요한 에너지를 공급하거나 제어하는 상세한 구조 및 방법에 대한 것이다.
상술과 같이 발전 유닛은 화석 연료를 연소시켜 엔진 유닛이 생성한 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 즉 발전 유닛의 최대 발전 용량은 엔진 유닛의 최대 기계적 에너지 생성 용량에 의해 결정될 수 있다. 엔진 유닛의 최대 기계적 에너지 생성 용량은 엔진이 실린더의 배기량(cc)으로 표시될 수도 있다. 단 설명의 편의를 위하여 본 실시예에서는 엔진 유닛은 포함하지 않고, 다양한 발전 용량을 가진 발전 유닛만을 설명하기로 한다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예의 첫 번째 상세예는 단일의 분리팩 및 단일의 고정팩을 포함한 팩 형태 배터리 유닛의 방전 및 상기 방전과 동시 또는 순차적으로 발전하는 발전 유닛의 제어 및 이에 근거한 차량의 속도 제어에 관한 것이다. [도28]은 방전 효율이 100%일 때, 배터리 유닛이 최대 속도로 방전할 때 VMax의 25%의 속력에 해당하는 에너지를 공급하는 분리팩, 배터리 유닛이 최대 속도로 방전할 때 VMax의 속력에 해당하는 에너지를 공급하는 고정팩을 포함하는 배터리 유닛이 발전 유닛과 함께 에너지를 모터 유닛에 공급하는 구조 및 이의 제어에 대한 개략도이다.
[도28]의 발전 유닛의 최대 발전 용량은 차량이 VMax의 12.5%(즉 1/8)의 속도로 주행하는 에너지이다. 즉 상기 발전 유닛은 고정팩은 물론 분리팩보다 적은 발전 용량을 가진 경우이다.
본 네 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 첫 번째 예는 사용자가 정지 상태인 차량의 스위치를 켜며, 이 때 TBU가 적정 방전 온도 범위 이내에 속하는 경우이다. 제어 유닛은 고정팩의 방전을 시작할 수 있다. 고정팩은 차량이 VMax로 주행하는 데 필요한 주행용 에너지를 공급할 수 있고, 제어 유닛은 사용자가 제공한 신호에 해당하는 속도로 차량의 주행을 시작할 수 있다.
TBU가 적정 충전 온도 범위에 속하면, 제어 유닛은 발전 유닛을 가동하고, 이 때 생성되는 에너지를 이용하여 고정팩 또는 분리팩의 충전을 시작할 수 있다. 또는 제어 유닛은 발전 유닛을 가동한 후, 발전 유닛이 생성하는 에너지를 직접 모터 유닛에 제공할 수 있다. 단 상술과 같이 발전 유닛의 최대 용량은 고정팩의 최대 용량의 12.5%에 불과하다. 따라서 사용자가 차량을 VMax로 주행하기를 원할 경우, 제어 유닛은 발전 유닛을 최대 용량으로 가동하더라도 고정팩을 87.5%만큼 방전시켜야 한다.
바람직한 경우, 제어 유닛은 분리팩의 발전을 시작할 수 있다. 단 분리팩의 최대 용량은 고정팩의 최대 용량의 25% 정도이다. 따라서 차량이 VMax로 주행하기 위해서는, 제어 유닛은 분리팩을 최대 용량으로 가동하는 동시에 고정팩을 75%만큼 방전시켜야 한다.
본 네 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 두 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 스위치를 켤 때, TBU가 적정 방전 온도 범위 이내에 속하지 않는 저온 또는 고온일 경우이다. 제어 유닛은 분리팩 및 고정팩을 방전하지 않은 채, 배터리 유닛을 가열하거나 냉각할 수 있다. 그 후 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 온도 범위에 속한 후, 제어 유닛은 분리팩과 고정팩의 방전을 시작할 수 있다.
제어 유닛은 고온이나 저온에서 분리팩만 방전시킬 수 있으며, 사용자는 차량의 주행을 시작할 수 있다. 단 분리팩 용량은 고정팩 용량의 1/4이므로, 사용자는 VMax의 1/4 속도로 차량을 주행할 수 있다. 단 고정팩은 고온 또는 저온에서 방전하지 않으므로, 비가역적 손상은 분리팩에만 국한될 수 있다.
또는 제어 유닛은 분리팩과 고정팩을 동시에 방전시킬 수 있고, 사용자는 차량 주행을 시작할 수 있다. 또한 분리팩과 고정팩의 용량의 합은 37.5%이므로, 사용자는 상기 차량을 저속 또는 중속으로 주행할 수 있다. 단 분리팩과 고정팩이 모두 고온 또는 저온 방전에 의한 비가역적 손상을 입을 수 있다.
상기 첫 번째 및 두 번째 예에서, 제어 유닛은 발전 유닛을 가동할 수 있고, 분리팩이나 고정팩은 발전 유닛이 가동하며 생성하는 에너지에 해당하는 만큼 방전량을 줄일 수 있다. 따라서 TBU와는 관계 없이, 방전에 따르는 분리팩과 고정팩의 손상도 줄어들 수 있다.
본 상세예의 발전 유닛의 발전 용량은 고정팩 및 분리팩의 방전 용량보다 작다. 따라서 발전 유닛을 구동하려면 적은 용량의 엔진을 포함하는 엔진 유닛이면 충분하다. 상기 엔진을 달린 차량은 엔진 유닛 구동 시 배출되는 배기 가스의 양이 줄어든다는 장점 및 소음 역시 적다는 장점이 있다.
하지만 상기 엔진 유닛과 발전 유닛의 용량은, 차량 주행 시 방전하는 배터리 유닛의 방전 용량보다 적을 수 있다. 특히 차량이 고정팩의 방전만으로 VMax의 12.5% 이상의 속도로 주행하면, 방전 속도는 발전 유닛의 발전 속도를 초과하게 된다.
따라서 상기 속도로 차량 주행 시, 발전 유닛이 발전하는 에너지 전부를 제어 유닛이 배터리 유닛에 공급하고 배터리 유닛의 충전에 사용해도, 배터리 유닛의 충전률은 계속 감소할 수밖에 없다. 따라서 차량이 일정 거리 주행하면, 배터리 유닛의 방전량은 최대 방전 용량에 도달하게 된다. 따라서 사용자는 차량을 정지시킨 후 배터리 유닛을 충전해야만 한다는 단점이 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예의 두 번째 상세예는 단일의 분리팩 및 고정팩을 포함한 팩 형태 배터리 유닛의 방전, 상기 방전과 동시에 또는 순차적으로 발전하는 발전 유닛의 제어 및 이에 근거한 차량 속도 제어에 관한 것이다. [도29]는 [도28]과 동일한 배터리 유닛을 포함하되, 발전 유닛은 VMax의 37.5%(즉 3/8)의 속도에 대한 주행용 에너지를 생성할 수 있는 최대 발전 용량을 가진 경우이다.
본 네 번째 실시예의 두 번째 상세예의 첫 번째 예는 사용자가 정지 상태의 차량의 스위치를 켤 때, TBU가 적정 방전 온도 범위 이내에 속하는 경우이다. 제어 유닛은 고정팩의 방전을 시작하고, TBU가 적정 충전 온도 범위에 속하면 발전 유닛을 가동하여 고정팩 또는 분리팩의 충전을 시작할 수 있다.
또는 제어 유닛은 발전 유닛을 가동한 후, 발전 유닛이 생성하는 에너지를 직접 모터 유닛에 제공할 수 있다. 단 발전 유닛의 최대 용량은 고정팩의 최대 용량의 37.5%이므로, 사용자가 차량을 최대 속도로 주행하려면, 제어 유닛은 발전 유닛을 최대 용량으로 가동하며 고정팩도 72.5%만큼 방전시켜야 한다.
본 네 번째 실시예의 두 번째 상세예의 두 번째 예는 정지 상태에서 사용자가 차량의 시동 스위치를 켤 때, 배터리 유닛의 온도가 상기 저온이나 고온일 경우이다. 제어 유닛은 분리팩 및 고정팩을 방전하지 않은 채, 배터리 유닛을 가열하거나 냉각하며, 배터리 유닛이 충분히 가열되거나 냉각되면 분리팩 또는 고정팩을 방전할 수 있다.
제어 유닛은 고온이나 저온에서 분리팩만 방전시키거나, 또는 분리팩과 고정팩을 동시에 방전시킬 수 있고, 사용자는 차량을 주행할 수 있다. 또 [도29]의 발전 유닛과 분리팩의 용량의 합은 고정팩 용량의 50%이므로, 사용자는 저속 또는 중속으로 주행할 수 있다. 단 분리팩과 고정팩이 모두 고온 또는 저온 방전에 의한 비가역적 손상을 입을 수 있다.
[도29]의 발전 유닛은 [도28]의 발전 유닛보다 세 배의 용량을 가진다. 따라서 [도29]의 발전 유닛은 더 빨리 배터리 유닛을 충전할 수 있고, 더 많은 에너지를 모터 유닛에 공급할 수 있다는 장점을 가진다. 하지만 용량이 커진 만큼 차량의 가격도 증가하고, 배출되는 가스의 양 및 소음도 증가할 수 있다.
특히 사용자가 VMax의 50%에 해당하는 속도로 차량을 주행하는 경우, 배터리 유닛의 방전 속도는 발전 유닛의 최대 발전 용량을 초과한다. 따라서 차량 주행 중 제어 유닛이 발전 유닛이 발전하는 에너지를 모두 배터리 유닛의 충전에 사용해도, 배터리 유닛의 충전률은 계속 감소한다. 따라서 배터리 유닛이 일정 방전 용량만큼 방전하면, 사용자는 차량을 정지하고 상기 유닛을 충전해야만 한다는 단점이 있다.
즉 엔진 유닛의 에너지 생성 용량이 작으면 작을수록 공해 물질 배출이 줄고, 소음도 감소하며, 연료 비용도 절감된다. 하지만 발전 유닛의 용량도 함께 감소하고, 배터리 유닛의 충전 용량도 감소하며, 그 결과 사용자는 자주 차량을 정지시키고 충전을 하게 된다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예의 세 번째 상세예는 [도28] 및 [도29]의 배터리 유닛과 유사한 팩 형태 배터리 유닛과 상기 유닛의 고정팩보다 용량이 큰 발전 유닛의 제어 및 이에 근거한 차량의 속도 제어 등에 관한 것이다. 일예로 [도30]의 차량은 [도28] 및 [도29]의 차량과 동일한 배터리 유닛을 포함하지만, 발전 유닛은 VMax의 112.5%(즉 9/8)의 속도로 주행할 수 있는 에너지를 생성할 수 있는 최대 발전 용량을 가진 경우이다.
본 네 번째 실시예의 세 번째 상세예의 첫 번째 예는 사용자가 스위치를 켤 때 TBU가 적정 방전 온도 범위 이내에 속하는 경우이다. 제어 유닛은 고정팩의 방전을 시작하고, 배터리 유닛의 온도가 적정 충전 온도 범위에 속하면, 제어 유닛은 발전 유닛을 가동하여 고정팩 또는 분리팩의 충전을 시작할 수 있다.
또는 제어 유닛은 발전 유닛을 가동한 후 전기 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있다. 단 발전 유닛의 최대 용량은 고정팩의 최대 용량의 112.5%에 해당한다. 따라서 사용자가 차량을 VMax로 주행하려면, 제어 유닛은 발전 유닛을 최대 용량의 8/9로 가동하면서, 고정팩을 방전시키지 않거나, 고정팩을 일정 %로 방전시키며, 부족한 부분은 발전 유닛이 제공하도록 할 수 있다.
본 네 번째 실시예의 세 번째 상세예의 두 번째 예는 사용자가 차량의 스위치를 켤 때, TBU가 저온이나 고온인 경우이다. 제어 유닛은 분리팩과 고정팩을 방전하지 않고, 배터리 유닛을 가열하거나 냉각한다. 그 후 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속한 후, 제어 유닛은 분리팩과 고정팩의 방전을 시작할 수 있다.
또는 제어 유닛은 고온 또는 저온에서 분리팩만 방전시키거나, 분리팩과 고정팩을 동시에 방전시키며, 차량의 주행을 시작할 수 있다. 또한 [도30]의 발전 유닛의 용량은 분리팩 또는 고정팩 각각의 용량보다 크므로, 제어 유닛은 발전 유닛만 가동하며 상기 차량을 저속, 중속 또는 고속으로 주행할 수 있다.
상술과 같이 [도30]의 발전 유닛은 고정팩보다 큰 용량을 가진다. 따라서 발전 유닛은 차량 주행 중에도 배터리 유닛을 충전할 수 있다. 발전 유닛이 배터리 유닛의 방전 속도보다 빨리 배터리 유닛을 충전할 수 있으면, 제어 유닛은 발전 유닛을 적절히 가동하여 배터리 유닛의 충전률을 항상 적정 수준으로 유지할 수 있다. 배터리 유닛의 충전률이 상기 수준에 도달하면, 다음 충전 개시 시점까지 엔진 유닛의 가동을 중지할 수도 있다.
하지만 발전 유닛의 용량, 이를 위한 엔진 유닛 용량이 커지는 만큼 상기 차량의 비용도 증가할 수밖에 없고, 차량의 가격 역시 증가할 수밖에 없다. 또한 용량이 큰 엔진 유닛으로부터 배출되는 가스의 양도 증가하고 및 소음 역시 증가시킬 수 있다.
이 같이 엔진 유닛과 발전 유닛의 절대적 용량은 상기 장단점을 고려하여 결정할 수 있다. 하지만 엔진 유닛과 발전 유닛의 상대적 용량은 차량의 VMax를 고려하거나, 배터리 유닛의 용량, 특성을 고려하여 설정할 수도 있다.
본 명세서의 일곱 번째 예시적 측면의 다섯 번째 실시예는 주행 시 방전되는 고정팩 또는 분리팩을 충전하기 위해 제어 유닛이 발전 유닛을 구동하고 제어하기 위한 구조 및 방법에 대한 것이다. 설명의 편의를 위하여 본 실시예는 차량이 배터리 유닛, 고정팩 또는 분리팩의 방전으로 일정 속도로 주행하는 경우, 발전 유닛을 이용하여 상기 배터리 유닛, 고정팩 또는 분리팩을 충전하는 경우에 대한 것이다.
[도31]은 다양한 용량의 발전 유닛을 이용하여 주행 중인 차량의 배터리 유닛의 충전 및 이의 제어에 대한 예시이다. [도31]의 x축은 차량의 주행 시간을 나타내고, y축은 배터리 유닛, 배터리 유닛의 고정 배터리 또는 고정팩(이후 본 실시예에서는 "배터리 유닛"으로 통칭)의 충전률을 나타낸다. 이에 따라 [도31]의 직선 (A) 내지 직선 (G)는 차량이 주행하는 중 배터리 유닛의 충전률의 변화를 나타낸다.
본 실시예에서 배터리 유닛의 배터리의 적정 충전률 범위는 [도31]에서와 같이 40%~60%라고 가정한다. 또 하이브리드 차량은 특정 속도로 주행하고 있으며, 상기 속도로 주행하는 데 필요한 주행용 에너지는 배터리 유닛의 충전률을 시간 당 5%씩 감소시키는 에너지라고 가정하였다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 다섯 번째 실시예의 첫 번째 상세예는 배터리 유닛이 방전하는 중 발전 유닛이 배터리 유닛을 충전하지 않는 경우로서, 직선 (A)가 이 경우에 해당한다. 발전 유닛에 의한 충전 없이 배터리 유닛이 시간 당 충전률 5%를 소진하는 속도로 방전되면, 2시간 후 배터리 유닛의 충전률은 최저 충전률인 40%에 도달한다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 다섯 번째 실시예의 두 번째 상세예는 배터리 유닛이 방전하는 중 발전 유닛이 배터리 유닛을 시간 당 충전률 2%의 속도로 충전하는 경우로서, 직선 (B)가 이 경우에 해당한다. 배터리 유닛은 시간 당 충전률 3%(즉 5% - 2%)를 소진하며 방전되므로, 3.3시간 후 배터리 유닛의 충전률은 최저 충전률인 40%에 도달한다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 다섯 번째 실시예의 세 번째 상세예는 배터리 유닛이 방전하는 중 발전 유닛이 배터리 유닛을 시간 당 충전률 4%의 속도로 충전하는 경우로서, 직선 (C)가 이 경우에 해당한다. 따라서 배터리 유닛은 시간 당 충전률 1%(즉 5% - 4%)를 소진하는 속도로 방전되며, 10시간 후 배터리 유닛의 충전률은 최저 충전률인 40%에 도달한다.
상기 첫 번째 내지 세 번째 상세예의 배터리 유닛은, 차량 주행 중 최저 충전률에 도달하므로, 차량은 주행을 멈추어야 한다. 그 후 제어 유닛은 발전 유닛으로 배터리 유닛을 충전하고, 그 후 배터리 유닛의 충전률이 일정 수준에 도달하면 차량의 주행을 다시 시작하도록 할 수 있다.
또는 제어 유닛이 배터리 유닛의 고정팩만 방전하는 경우, 제어 유닛은 분리팩도 방전을 시작함으로써 주행 기간을 연장할 수 있다. 하지만 상술과 같이 분리팩의 용량은 고정팩보다 작기 때문에, 분리팩의 방전을 통한 주행 기간 연장은 미미할 수 있다.
배터리 유닛이 최저 충전률에 도달하기 전 사용자는 차량의 주행을 멈출 수 있다. 이 때 사용자가 시동 스위치를 끈 후에도, 제어 유닛은 발전 유닛을 구동하며 배터리 유닛의 충전을 계속할 수 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 다섯 번째 실시예의 네 번째 상세예는 배터리 유닛이 방전하는 중 발전 유닛이 배터리 유닛을 시간 당 충전률 5%의 속도로 충전하는 경우로서, 직선 (D)가 이 경우에 해당한다. 배터리 유닛은 차량 주행 도중 주행을 위하여 방전하는 양만큼 충전되며, 이에 따라 전기 에너지의 손실이 없거나 미미한 경우, 사용자는 지속적으로 차량을 주행할 수 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 다섯 번째 실시예의 다섯 번째 상세예는 배터리 유닛이 방전하는 중 발전 유닛이 배터리 유닛을 시간 당 충전률 6%의 속도로 충전하는 경우로서, 직선 (E)가 이 경우에 해당한다. 이에 따라 배터리 유닛은 차량 주행에 필요한 방전량을 방전하는 중 시간당 1%(즉 6% - 5%)의 속도로 충전될 수 있다. 이에 따라 배터리 유닛은 차량이 주행하는 중 오히려 충전률이 증가한다. 일예로 주행 후 10시간이 경과하면 배터리 유닛은 최고 충전률까지 충전될 수 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 다섯 번째 실시예의 여섯 번째 상세예는 배터리 유닛이 방전하는 중 발전 유닛이 상기 배터리 유닛을 시간 당 충전률 7%의 속도로 충전하는 경우로서, 직선 (F)가 이 경우이다. 상기 발전 유닛은 주행에 필요한 방전량을 제공하는 외에도 고정팩을 시간당 2%(즉 7% - 5%)의 속도로 충전할 수 있다. 배터리 유닛은 차량이 주행하는 동안 오히려 충전률이 증가하며, 주행 후 5시간이 경과하면 최고 충전률까지 충전될 수 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 다섯 번째 실시예의 일곱 번째 상세예는 배터리 유닛이 방전하는 중 발전 유닛이 상기 배터리 유닛을 시간 당 충전률 15% 속도로 충전하는 경우로서, 직선 (G)가 이에 해당한다. 발전 유닛은 주행에 필요한 방전량을 제공하는 외에도 고정팩을 시간당 10%(즉 15% - 5%)의 속도로 충전할 수 있다. 배터리 유닛은 차량이 주행하는 동안 오히려 충전률이 증가하며, 주행 후 1시간이 경과하면 최고 충전률까지 충전될 수 있다.
상술의 다섯 번째 내지 일곱 번째 상세예의 배터리 유닛은, 차량 주행 중 최고 충전률까지 충전될 수도 있다. 이 때 제어 유닛은 엔진 유닛과 발전 유닛의 구동을 멈추고 충전을 중단할 수 있다. 그 후 차량이 주행하고 충전률이 특정 수준 이하로 감소하면, 제어 유닛은 엔진 유닛과 발전 유닛의 구동을 시작하고, 충전을 다시 시작할 수 있다. 이 때 충전 개시 시점은 앞서 설명하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
차량 주행 중 발전 유닛에 의해 배터리 유닛이 최고 충전률까지 충전되면, 제어 유닛은 엔진 유닛과 발전 유닛의 구동을 멈추는 대신, 발전 유닛이 발전하는 전기 에너지를 모터 유닛에 제공할 수 있다. 그 결과 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전을 줄이거나 중단할 수 있고, 배터리 유닛의 손상을 최소화함과 동시에, 배터리 유닛의 교체 시점을 연장할 수 있다.
상술과 같이 본 예시적 측면의 다섯 번째 실시예에서는 배터리의 방전 속도는 방전 시간에 정비례하여 감소한다고 가정하였고, 배터리 유닛의 충전률도 차량의 주행 시간에 비례하여 감소한다고 가정하였다. 하지만 배터리 유닛의 방전 속도가 정비례하지 않을 수 있고, 이 경우 [도31]의 (A)~(G)는 직선이 아닌 곡선일 수 있다. 하지만 이 때에도 본 실시예의 다양한 상세예를 적용하여 배터리 유닛, 고정팩 또는 분리팩의 충전을 제어할 수 있다.
배터리 유닛은 일반적으로 분리 배터리보다 더 많은 수효의 고정 배터리를 포함할 수 있다. 또 배터리 유닛의 고정팩은 일반적으로 분리팩보다 더 많은 수효의 배터리를 포함할 수 있다. 따라서 다른 조건이 동일하다면, 발전 유닛이 분리팩 충전에 소요되는 시간은 고정팩 충전에 소요되는 시간보다 짧다.
또한 제어 유닛은 배터리 유닛의 온도가 적정 방전 온도보다 낮은 저온, 또는 높은 고온에서 분리팩을 주로 방전시킨다. 따라서 분리팩 방전 기간은 일반적으로 고정팩 방전 기간보다 짧은 경우가 많다. 이에 따라 상기 배터리 유닛의 충전 구조 및 방법은 용이하게 고정팩이나 분리팩의 충전에 적용될 수 있다.
본 명세서의 일곱 번째 예시적 측면의 여섯 번째 실시예는 차량 주행 시 방전되는 배터리 유닛, 고정팩, 분리팩 등(본 실시예에서 배터리 유닛으로 통칭)을 충전하기 위하여 제어 유닛이 발전 유닛을 구동하고 제어하기 위한 구조 및 방법에 대한 것이다. 본 측면의 상기 다섯 번째 실시예는 차량이 일정 속도로 주행하는 경우이지만, 본 실시예는 차량이 일정하지 않은 속도로 주행할 때, 발전 유닛을 이용한 배터리 유닛의 충전에 대한 것이다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 여섯 번째 실시예의 첫 번째 상세예는, 주행 속도가 변해도 제어 유닛은 발전 유닛을 일정 속도로 구동하고, 배터리 유닛을 일정 속도로 충전하는 경우이다. 따라서 차량 주행에 의한 배터리 유닛의 방전 속도가 상기 유닛의 충전 속도보다 크면(또는 작으면), 차량 주행에 따라 배터리 유닛의 충전률은 감소(또는 증가)한다. 고정팩 충전률이 최저 충전률에 도달하면, 제어 유닛은 차량 주행을 멈추는 반면, 상기 충전률이 최고 충전률에 도달하면, 제어 유닛은 충전을 중단할 수 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 여섯 번째 실시예의 두 번째 상세예는, 주행 속도의 변화에 따라 제어 유닛은 이에 비례하여 발전 유닛의 구동 속도를 변화시키고, 그 결과 배터리 유닛의 충전 속도도 이에 비례하여 변하는 경우이다. 일예로 제어 유닛은 주행 속도의 변화에 정비례하여 발전 유닛의 발전량을 변화시키고, 배터리 유닛의 충전 속도도 변화시킬 수 있다. 또는 제어 유닛은 주행 속도의 변화에 따라 발전 유닛의 발전량 및 배터리 유닛의 충전 속도를 정비례는 아니지만 가중치를 두어 변화시킬 수 있다.
일예로 상술의 "비례"의 상수(즉 차량 주행 속도의 변화에 따른 시간 당 주행용 에너지의 변화량을 발전 유닛이 충전을 위하여 배터리 유닛에 시간 당 제공할 수 있는 전기 에너지의 양의 비율)가 1.0보다 크면, 차량 주행에 따라 감소하는 배터리 유닛의 충전률이 발전 유닛에 의한 충전에 따라 증가하는 충전률을 상회한다. 따라서 차량이 주행할수록 배터리 유닛의 충전률은 떨어진다.
반대로 비례 상수가 1.0보다 작으면, 발전 유닛에 의한 충전에 따라 증가하는 배터리 유닛의 충전률이 차량 주행에 따라 감소하는 배터리 유닛의 충전률을 상회한다. 따라서 차량이 주행할수록 배터리 유닛의 충전률은 증가한다. 상기 비례 상수가 1.0이면, 배터리 유닛은 현재 충전률을 유지할 수 있다.
또는 제어 유닛은 상기 비례 상수 외에도 가중치를 조작하며, 주행 중 배터리 유닛의 충전률을 제어할 수 있다. 일예로 제어 유닛이 1.0보다 큰 가중치를 사용하면, 상기 비례 상수는 가중치를 곱한 만큼 증가하며, 차량 주행 속도의 변화에 의한 배터리 유닛의 충전률은 더 급격히 감소할 수 있다. 반대로 제어 유닛이 1.0보다 작은 가중치를 사용하면, 상기 비례 상수는 가중치를 곱한 만큼 감소하고, 따라서 차량 주행 속도의 변화에 의한 배터리 유닛의 충전률은 더 급격히 증가할 수 있다.
이 때 제어 유닛은 상기 비례 상수나 가중치를 고려하여 발전 유닛의 발전 용량을 제어한다. 물론 이를 위해 제어 유닛은 엔진 유닛의 회전수 또는 엔진 유닛이 제공하는 에너지 또는 파워를 제어할 수 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 여섯 번째 실시예의 세 번째 상세예는, 차량의 주행 속도가 변하면 변화에 상응하는 주행용 에너지를 계산 또는 추정한 후, 제어 유닛은 주행용 에너지 또는 주행용 에너지의 변화에 따라 발전 유닛의 구동 속도 및 고정팩의 충전 속도를 제어하는 경우이다.
본 상세예는 상술의 두 번째 상세예와 유사하다. 특히 차량이 주행하는 도로가 평평하거나, 일정 각도를 가지거나, 일정한 커브를 가진다면, 차량의 주행 속도와 이를 위한 주행용 에너지는 (거의) 정비례할 수 있다. 따라서 본 상세예와 상술의 두 번째 상세예는 동일해진다.
하지만 차량이 주행하는 도로의 경사도가 변하거나, 커브의 수효나 유형이 변하면, 차량의 주행 속도와 주행용 에너지는 정비례하지 않을 수 있다. 이 경우 배터리 유닛은 주행 속도보다는 주행용 에너지에 비례하는 만큼 배터리 유닛의 충전률을 감소시킬 수 있다. 이러한 관점에서 보면 본 상세예는 상기 두 번째 상세예보다 더 정확히 배터리 유닛을 제어하는 구조라고 간주할 수 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 여섯 번째 실시예의 네 번째 상세예는, 차량의 주행 속도가 변하고 주행용 에너지가 변해도, 제어 유닛은 배터리 유닛의 충전률이 특정 충전률을 유지하도록 또는 적정 충전률 범위 이내에 속하도록 제어하는 경우로서, 적정 충전률 범위는 최저 충전률과 최저 충전률 사이라고 정의할 수 있다.
일예로 제어 유닛은 주행에 따른 배터리 유닛의 충전률의 감소를 측정하며, 감소된 충전률을 보충할 수 있는 만큼 배터리 유닛을 충전할 수 있도록 발전 유닛을 구동할 수 있다. 이에 따라 차량의 주행 중 제어 유닛은 배터리 유닛의 충전률을 특정 충전률로 일정하게 유지하거나, 적정 충전률 범위 이내에서 유지할 수 있다. 물론 발전 유닛의 구동을 위해서는 이에 상응하는 만큼 엔진 유닛을 구동해야 한다.
따라서 차량이 주행을 시작할 때 배터리 유닛의 충전률이 적정 충전률 범위보다 낮으면, 제어 유닛은 주행 시작 후 주행에 따른 배터리 유닛의 충전률의 감소를 상쇄함은 물론 배터리 유닛의 충전률을 적정 충전률 범위에 속하도록 충전할 수 있도록 발전 유닛을 구동할 수 있다.
반대로 차량이 주행을 시작할 때 배터리 유닛의 충전률이 적정 충전률 범위보다 높으면, 제어 유닛은 주행 시작 후 주행에 따른 배터리 유닛의 충전률이 적정 충전률 범위로 감소할 동안에는 발전 유닛을 구동하지 않을 수 있다. 그 후 배터리 유닛의 충전률이 적정 충전률 범위에 속하도록 감소하면, 제어 유닛은 발전 유닛을 구동하고 배터리 유닛의 충전률 감소를 상쇄하도록 발전 유닛을 구동할 수 있다.
본 일곱 번째 예시적 측면의 여섯 번째 실시예의 네 번째 상세예는, 제어 유닛이 상술의 상세예와는 다른 방법으로 발전 유닛을 구동하며 배터리 유닛의 충전률을 제어하는 경우이다. 일예로 제어 유닛은 주행 속도나 주행용 에너지 이외에도, 차량의 가속도, 엔진 유닛의 연료 소모량 등을 이용하여 발전 유닛의 발전 용량을 제어할 수 있다.
또한 제어 유닛은 기존의 제어 방법을 이용하여 차량 주행에 따른 배터리 유닛의 충전률 감소를 상쇄할 수 있다. 일예로 제어 유닛은 기존의 P(proportional) 제어, PI(proportional-integral) 제어, PD(proportional-derivative) 제어, 또는 PID(proportional-integral-derivative) 제어를 사용할 수 있다. 또는 제어 유닛은 퍼지 로직을 이용할 수도 있다.
상기 일곱 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량, 상기 차량의 다양한 유닛은 상술과는 상이한 구조로 변형 또는 개량되거나, 상술과는 상이한 방법으로 구동되거나 제어될 수 있다.
일예로 상기 일곱 번째 예시적 측면의 변형이나 개량의 첫 번째 실시예는 배터리 유닛의 방전 제어, 충전 제어 등에 대한 것이고, 두 번째 실시예는 복사 현상을 이용하는 가열 유닛의 사용에 대한 것이며, 세 번째 실시예는 하나 이상의 3차전지를 포함하는 배터리 유닛에 대한 것이다. 이에 대한 설명은 상술의 첫 번째 내지 여섯 번째 예시적 측면의 설명과 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 일곱 번째 예시적 측면의 변형이나 개량의 네 번째 실시예는 본 예시적 측면의 분리팩 또는 고정팩에 포함된 배터리의 종류, 수효 등의 변형에 대한 것이다. 즉 본 예시적 측면은 물론 본 명세서의 분리팩 또는 고정팩은 각각 상술과는 다른 종류나 수효의 배터리를 포함할 수 있다.
일예로 분리팩에 고정팩보다 더 적은 수효의 배터리를 포함시키면, 자주 교체하는 분리팩의 비용을 감소시킬 수 있다. 하지만 분리팩에 포함된 배터리의 수효가 적어질수록, 분리팩이 저온 또는 고온에서 방전하며 모터 유닛에 제공할 수 있는 에너지는 감소하고, 차량 역시 저속으로 주행할 수밖에 없다.
또는 저온에서 주로 방전(또는 충전)하는 분리팩에는 최저 방전(또는 충전) 온도가 상대적으로 낮은 물질의 배터리를 사용하거나, 고온에서 주로 방전(또는 충전)하는 분리팩에는 최고 방전(또는 충전) 온도가 상대적으로 높은 물질의 배터리를 사용할 수도 있다. 따라서 저온이나 고온 방전(또는 충전)에 의한 비가역적 손상을 최소화하고, 분리팩의 교체 주기를 연장하고, 교체 비용을 최소화할 수도 있다.
본 예시적 측면의 다양한 실시예에서는 설명의 편의를 위해 하나 이상의 분리팩, 하나 이상의 고정팩을 포함하는 배터리 유닛을 이용한 에너지 제공 구조나 방법 등에 대하여 설명하였다. 이에 반하여 상기 일곱 번째 예시적 측면의 변형이나 개량의 다섯 번째 실시예는 본 예시적 측면의 다양한 구조 및 제어 방법을 상이한 형태의 배터리 유닛 또는 상기 유닛을 포함하는 차량에도 적용하는 것이다.
일예로 본 예시적 측면의 다양한 구조 또는 제어 방법은 하나 이상의 분리 배터리 세트와 하나 이상의 고정 배터리 세트를 포함하는 배터리 유닛을 이용한 파워 공급 구조이나 방법에도 적용될 수 있다. 단 상술과 같이 분리 배터리 세트 또는 고정 배터리 세트는 각각 분리팩 또는 고정팩과 유사하다.
따라서 팩 형태 배터리 유닛과 일부 분리 배터리 유닛의 주요 차이점은 분리팩이나 분리 배터리를 사용자가 얼마나 상대적으로 용이하게 배터리 유닛에서 분리할 수 있느냐는 점이다. 이를 제외한다면 분리팩과 고정팩을 이용한 방전 및 이에 따르는 차량 주행 속도는 분리 배터리 세트와 고정 배터리 세트를 이용한 방전 및 차량 주행 속도와 유사 또는 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 일곱 번째 예시적 측면의 변형이나 개량의 여섯 번째 실시예는 본 예시적 측면의 다양한 구조 및 제어 방법을 직렬, 병렬 또는 혼합 형태로 연결된 세 개 이상의 분리팩들(또는 분리 배터리 세트들)을 포함하는 배터리 유닛에 적용하거나, 또는 두 개 이상의 고정팩들(또는 고정 배터리 세트들)을 포함하는 배터리 유닛에 적용하는 것이다.
일반적으로 배터리 유닛에 더 많은 분리팩을 포함시킬수록 제어 유닛은 배터리 유닛을 더 다양하게 제어할 수 있다. 또 제어 유닛은 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 밖의 저온이나 고온에서의 방전(또는 충전)에 의한 다수의 분리팩들 각각의 비가역적 손상도 미세하게 제어할 수 있다.
따라서 제어 유닛은 손상 정도에 따른 분리팩들의 교체 기간을 최적화할 수 있고, 사용자 역시 분리팩 교체 비용을 줄일 수 있다. 하지만 배터리 유닛이 다수의 분리팩들을 포함하므로, 상기 유닛 전체에 포함된 배터리의 수효도 증가할 수 있고, 이에 따라 배터리 유닛의 최초 구입 비용이 높아질 수도 있다.
제어 유닛은 [도24] 내지 [도27]에서 설명한 바와 유사한 방법으로 각각의 분리팩들의 방전을 제어할 수 있다. 일예로 배터리 유닛이 4개의 분리팩을 포함하면 제어 유닛은 이들을 각각 독립적으로 제어하거나, 2개나 그 이상의 분리팩들을 직렬, 병렬, 또는 이의 혼합 형태로 연결하여 제어할 수 있다. 따라서 본 실시예에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 일곱 번째 예시적 측면의 변형이나 개량의 일곱 번째 실시예는 하나 이상의 분리팩(또는 분리 배터리 세트)을 포함하거나 또는 하나 이상의 고정팩(또는 고정 배터리 세트)을 포함하는 배터리 유닛의 충전을 위한 다양한 구조 및 이의 제어에 대한 것이다.
상술과 같이 적정 충전 온도 범위와 적정 방전 온도 범위가 상이할 수 있다는 점을 제외하면, 배터리 충전 시의 작동 특성이나 방전 시의 작동 특성은 일반적으로 유사하다. 따라서 상기 다양한 방전 특성 및 이에 근거한 방전 시의 제어 구조 및 방법은 동일한 배터리의 충전 시의 구조, 방법과 동일 또는 유사하다. 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상술의 일곱 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량 및 상기 차량의 다양한 유닛의 기타 구조 상의 특징 또는 기타 구동 방법, 제어 방법 등은 상술의 첫 번째 내지 여섯 번째 예시적 측면의 상기 특징이나 방법과 동일하거나 유사하므로, 상세한 설명은 생략한다.
서로 상충되지 않는 한, 상술의 일곱 번째 예시적 측면의 다양한 구조나 방법은 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
8. 배터리 유닛의 방전 용량과 발전 유닛의 발전 용량 및 제어 방법
상술과 같이 본 명세서의 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전을 통하여 하이브리드 차량의 주행에 필요한 에너지를 모터 유닛에 공급한다. 바람직한 경우 제어 유닛은 발전 유닛의 발전을 통하여 주행에 필요한 에너지를 직접 모터 유닛에 공급할 수도 있다. 이와 같이 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전과 발전 유닛의 발전을 제어함은 물론 상기 발전에 의한 에너지를 이용한 배터리 유닛의 충전도 제어할 수 있다. 또한 제어 유닛은 발전 유닛의 발전에 필요한 기계적 에너지를 공급하는 엔진 유닛을 제어할 수도 있다.
이론적으로는 배터리 유닛의 방전 용량이 클수록 차량의 고속 주행이 가능해지고, 엔진 유닛의 용량이 클수록 더 많은 기계적 에너지를 발전 유닛에 공급하고, 발전 유닛도 더 많은 전기 에너지를 생성하여 직접 모터 유닛에 공급하거나, 또는 배터리 유닛을 더욱 신속하게 충전할 수 있다. 하지만 이는 고가의 배터리 유닛, 고가의 엔진 유닛이나 발전 유닛을 필요로 하며, 상기 차량의 가격도 상승하게 된다.
본 명세서의 여덟 번째 예시적 측면은 다양한 하이브리드 차량의 주행에 최적화된 엔진 유닛, 발전 유닛 및 배터리 유닛의 용량 결정 및 상기 유닛의 제어 등에 관한 상세한 구조 및 방법에 대한 것이다.
본 여덟 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예는 제어 유닛이 발전 유닛이 생성한 전기 에너지를 모터 유닛에 직접 제공하지 않는 경우이다. 따라서 차량 주행 시 제어 유닛은 발전 유닛이 생성한 에너지를 모터 유닛에는 제공하지 않고, 상기 에너지를 배터리 유닛의 충전 및 기타 용도(일예로 가열 유닛이나 냉각 유닛의 구동, 차량의 헤드라이트나 램프 구동 등)에 사용한다. 따라서 상기 차량은 배터리 유닛이 방전하는 에너지에 전적으로 의존하여 주행하게 된다.
상기 구성을 가진 하이브리드 차량은 배터리 유닛에 주행을 의존하며, 따라서 상당한 방전 용량을 가진 배터리 유닛을 필요로 할 수 있다. 일예로 배터리 유닛은 최대 속도로 방전할 때 상기 차량이 VMax로 주행하는 주행용 에너지를 공급할 수 있도록 제작함이 유리하다. 단 고가의 배터리를 사용하면, 차량 가격이 상승한다. 또한 배터리 유닛이 분리 배터리(또는 분리팩)과 고정 배터리(또는 고정팩)을 포함하면, 상기 일곱 번째 예시적 측면의 다양한 실시예에 따라 상기 유닛을 구성할 수 있다.
반면 차량의 엔진 유닛과 발전 유닛은 반드시 큰 용량을 가질 필요는 없으며, 이에 따라 엔진 유닛이 배출하는 배기 가스의 양은 물론 소음도 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 또한 적은 용량의 엔진 유닛 및 발전 유닛을 사용함에 따라 차량의 가격도 최소화할 수 있다.
하지만 엔진 용량이 너무 작으면, 발전 유닛의 발전 용량 또한 감소하며, 그 결과 배터리 유닛의 충전에 상당한 시간이 걸릴 수 있다. 따라서 고속으로 차량 주행 시 발전 유닛이 배터리 유닛의 방전 속도보다 느린 속도로 배터리 유닛을 충전할 수밖에 없고, 그 결과 사용자는 차량을 정지시킨 후 배터리 유닛을 충전해야 할 수도 있다.
특히 제어 유닛은 차량이 VMax로 주행하는 데 필요한 주행용 에너지를 충족하는 배터리 유닛의 방전 속도와 상기 유닛의 최대 충전 속도 또는 발전 유닛의 발전 용량 등을 고려하면, 차량을 정지시키기 전 주행할 수 있는 주행 거리를 추정할 수 있다. 따라서 제어 유닛은 다양한 시각 신호 청각 신호 등을 이용하여 사용자에게 상기 추정 주행 거리를 알릴 수 있다.
본 여덟 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예는 제어 유닛이 발전 유닛이 생성한 에너지를 가능한 한 더 많이 모터 유닛에 제공하는 경우이다. 따라서 차량 주행 시 제어 유닛은 발전 유닛이 생성한 에너지를 직접 모터 유닛에 제공하며, 상기 에너지의 여분이 있을 경우에만 여분의 에너지를 이용하여 배터리 유닛을 충전할 수 있다.
일예로 사용자가 시동 스위치를 켜면, 제어 유닛은 엔진 유닛과 발전 유닛을 구동한다. 그 후 제어 유닛은 엔진 유닛과 발전 유닛을 구동함으로써 사용자가 원하는 주행 속도에 해당하는 만큼의 주행용 에너지를 생성한 후, 이를 모터 유닛에 제공한다. 엔진 유닛과 발전 유닛이 주행용 에너지 이상의 초과 전기 에너지를 생성할 수 있으면, 제어 유닛은 초과 에너지를 이용하여 배터리 유닛을 충전할 수 있다.
상기 구성은 다양한 장점을 제공할 수 있다. 일예로 상기 구성의 차량은 주행 시 배터리 유닛의 방전을 최소화할 수 있다. 즉 상기 구조는 배터리 유닛은 물론 상기 유닛의 분리 배터리(또는 분리팩)나 고정 배터리(또는 고정팩)의 반복되는 방전 및 충전에 따르는 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
상기 구성의 제어 유닛은 외부 온도가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 밖의 저온 또는 고온에서 배터리 유닛을 방전(또는 충전)할 필요가 없다. 대신 제어 유닛은 가열 또는 냉각 유닛을 가동하며, TBU가 증가 또는 감소하여 상기 범위 이내에 속한 후, 배터리 유닛의 일부나 전부를 방전(또는 충전)할 수 있다. 따라서 상기 구성은 저온 또는 고온 방전(또는 충전)에 의한 배터리 유닛의 손상을 최소화할 수 있다.
하지만 차량은 주행을 위하여 어느 정도 이상의 용량을 가진 엔진 유닛과 발전 유닛을 사용해야 한다. 따라서 상기 차량의 비용이 증가하고, 엔진 유닛이 배출하는 배기 가스는 물론 소음도 증가하지만 상기 차량의 배터리 유닛은 상대적으로 작은 용량을 필요로 하므로, 배터리 유닛의 가격은 감소할 수 있다.
반면 엔진 유닛과 발전 유닛이 주행용 에너지에 해당하는 전기 에너지를 생성할 수 없으면, 사용자는 자신이 원하는 속도로 차량을 주행할 수 없다. 제어 유닛은 배터리 유닛의 일부나 전부를 방전하며 상기 부족분을 충당할 수 있다. 단 엔진 유닛이 어느 정도의 용량을 가지는 한, 상기 부족분은 크지 않을 수 있으며, 그 결과 제어 유닛은 배터리 유닛의 방전 및 충전을 최소화할 수 있다.
본 여덟 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예는 상기 실시예들의 중간으로서, 배터리 유닛과 엔진 유닛 및 발전 유닛의 비용 및 이와 관련된 간접 비용을 고려함으로써 최적화된 배터리 유닛, 발전 유닛 및 엔진 유닛의 용량을 결정하는 방법에 관한 것이다.
본 여덟 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예의 첫 번째 상세예는, 배터리 유닛, 발전 유닛, 엔진 유닛 등의 가격을 고려하면서 각 유닛의 용량을 정하는 경우이다. 일예로 차량 제조사는 특정 차량의 최대 속도, 최대 마력을 결정하고, 차량에 장착할 배터리 유닛, 발전 유닛, 엔진 유닛의 용량을 결정한다.
일예로 배터리 유닛의 용량을 단위 에너지만큼 증가시키는 데 필요한 비용이 발전 유닛의 발전량을 단위 에너지나 단위 파워만큼 증가시키는 데 필요한 비용보다 월등히 높으면, 차량 제조사는 차량 주행을 위하여 가능한 한 발전 유닛이 생성하는 전기 에너지를 사용하지만, 배터리 방전을 최소화하는 구조를 선택할 수 있다. 또는 상기 비용의 크기가 반대인 경우, 차량 제조사는 차량 주행을 위해 가능한 한 배터리 유닛이 방전하는 전기 에너지를 사용하는 반면 발전 유닛 또는 엔진 유닛은 배터리 유닛의 충전을 위하여 사용할 수 있다.
다른 예로 차량 제조사는 주행 거리에 따른 발전 유닛이나 엔진 유닛의 교체 비용, 반복되는 방전, 충전 및 고온 또는 저온 방전(또는 충전)에 따르는 비가역적 손상에 의한 배터리 유닛 교체 비용을 감안하여 상기 차량의 다양한 유닛들의 용량 및 제어 방법 등을 결정할 수 있다.
상술의 여덟 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량 및 상기 차량의 다양한 유닛의 기타 구조 상의 특징이나 기타 구동 방법이나 제어 방법 등은 상기 첫 번째 내지 일곱 번째 예시적 측면의 상기 특징이나 방법과 동일하거나 유사하므로, 더 자세한 설명은 생략한다.
서로 상충되지 않는 한, 상술의 여덟 번째 예시적 측면의 다양한 구조나 방법은 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
9. 다양한 예시적 측면, 실시예 또는 상세예의 변형 또는 개량
본 명세서의 아홉 번째 예시적 측면은 상술의 첫 번째 예시적 측면 내지 여덟 번째 예시적 측면에서 예시한 다양한 하이브리드 차량, 상기 차량의 다양한 유닛들(일예로 제어 유닛, 배터리 유닛, 발전 유닛 등), 상기 차량과 유닛들의 구조, 상기 차량이나 유닛들의 구동 방법 또는 제어 방법을 다양한 구조나 방법으로 변형 또는 개량하는 것이다.
상기 변형 또는 개량의 첫 번째 실시예의 경우, 본 명세서의 다양한 직렬형 하이브리드 차량 및 다양한 유닛들은 병렬형 하이브리드 차량에 적용될 수 있다. 이 경우 본 명세서에서 예시한 다양한 차량 및 상기 차량의 엔진 유닛, 발전 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛, 배터리 유닛, 모터 유닛, 구동 유닛 또는 제어 유닛은 이에 알맞게 선택적으로 변형 또는 개량될 수 있다.
일예로 병렬형 하이브리드 차량에서는, 본 명세서의 엔진 유닛을 구동 유닛에 기계적으로 연결함으로써, 엔진 유닛이 생성하는 기계적 에너지 또는 파워의 일부 또는 전부가 구동 유닛에 제공되어 구동 유닛을 구동하고, 이에 따라 차량이 주행하도록 제작할 수 있다. 이 경우 본 명세서의 모터 유닛은 여전히 구동 유닛에 기계적으로 연결될 수 있다. 또한 엔진 유닛은 발전 유닛과도 기계적으로 연결됨으로써 발전 유닛이 생성하는 전기 에너지를 이용하여 배터리 유닛을 충전하도록 할 수 있다.
따라서 병렬형 하이브리드 차량의 제어 유닛은 엔진 유닛이 생성하는 기계적 에너지를 다양한 방법으로 구동 유닛 또는 발전 유닛에 제공할 수 있다. 일예로 제어 유닛은 상기 에너지를 모두 구동 유닛에 제공하거나, 모두 배터리 유닛에 제공하거나, 또는 일부는 구동 유닛에 제공하는 한편 나머지는 배터리 유닛에 제공할 수 있다.
본 명세서의 가열 유닛 또는 냉각 유닛도 병렬형 하이브리드 차량에도 동일하게 또는 유사하게 장착할 수 있다. 따라서 병렬형 하이브리드 차량의 제어 유닛은 상기 차량의 배터리 유닛의 방전(또는 충전) 시 가열 유닛이나 냉각 유닛을 이용하여 배터리 유닛의 온도를 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 이내로 가열 또는 냉각할 수 있다.
본 명세서의 배터리 유닛의 분리팩, 분리 배터리, 고정팩 또는 고정 배터리도 병렬형 하이브리드 차량의 배터리 유닛에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다. 따라서 제어 유닛은 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 벗어나는 고온이나 저온에서 분리팩(또는 분리 배터리)를 방전(또는 충전)함으로써 고정팩에 가해질 수 있는 비가역적 손상을 방지하거나 최소화할 수 있다.
상기 변형 또는 개량의 두 번째 실시예의 경우, 본 명세서의 하이브리드 차량은 슈퍼 커패시터(super capacitor)를 포함할 수 있다. 일반적으로 슈퍼 커패시터는 기존의 커패시터와 유사하지만 기존의 커패시터에 비해 높은 전기 용량을 가질 수 있으며, 이에 따라 2차전지의 기능을 가질 수 있다. 또한 슈퍼 커패시터는 방전 및 충전 반복 시 기존의 2차전지보다 적은 비가역적 손상을 입을 수도 있다.
전기화학적 커패시터(electrochemical capacitor)라고도 지칭되는 슈퍼 커패시터는 일반적으로 이온 투과성 박막(ion permeable membrane)에 의하여 격리된 두 개의 전극을 포함하며, 상기 전극들은 전해질 이온에 의하여 전기적으로 연결한다. 상기 전극 사이에 전압을 걸면, 상기 전극들은 양극 또는 음극으로 양극화되고, 전해질 속의 이온은 상기 전극들 주위에서 극성이 반대인 전기적으로 이중의 층을 형성한다. 상기 슈퍼 커패시터의 예로는 정전기식 이중층 커패시터(EDLC 또는 electrostatic double-layer capacitor), 전기화학 의사 커패시터(electrochemical pseudo-capacitor), 하이브리드 커패시터 등이 있다.
이에 따라 본 명세서의 배터리 유닛은 하나 이상의 2차전지 배터리만 포함하거나, 하나 이상의 슈퍼 커패시터만 포함하거나, 또는 하나 이상의 2차전지 및 하나 이상의 슈퍼 커패시터를 포함할 수도 있다. 슈퍼 커패시터는 분리팩(또는 배터리)으로만 사용되거나, 고정팩(또는 고정 배터리)으로만 사용되거나, 또는 분리팩(또는 분리 배터리) 및 고정팩(또는 고정 배터리)로 사용될 수 있다.
상술과 같이 제어 유닛은 슈퍼 커패시터의 방전 및 충전 특성에 근거하여 그 용도를 결정할 수 있다. 일예로 슈퍼 커패시터의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위가 2차 전지의 상기 온도 범위보다 넓으면, 제어 유닛은 슈퍼 커패시터를 분리팩으로 사용할 수 있다. 이와 반대로 슈퍼 커패시터의 상기 온도 범위가 2차 온도 범위보다 좁으면, 제어 유닛은 슈퍼 커패시터를 고정팩으로 사용할 수 있다.
특히 배터리 유닛이 하나 이상의 2차전지와 슈퍼 커패시터를 포함하는 경우, 제어 유닛은 이들을 다양한 방법으로 이용할 수 있다. 일예로 동일한 저온 또는 고온의 방전(또는 충전) 시 2차전지보다 슈퍼 커패시터가 입는 비가역적 손상이 적은 경우, 사용자는 슈퍼 커패시터로 분리팩을 제작함으로써 가능한 한 분리팩을 오랜 기간 동안 사용할 수 있다. 또는 방전 특성이 좋은 슈퍼 커패시터의 가격이 2차전지보다 현격히 비싸면, 사용자는 슈퍼 커패시터로 고정팩을 제작함으로써, 슈퍼 커패시터의 월등한 방전 특성을 활용하는 동시에, 슈퍼 커패시터의 교체를 가능한 한 지연할 수 있다.
본 두 번째 실시예에서 설명한 슈퍼 커패시터의 활용 방법 및 제어 방법은 상이한 2차전지만 포함하는 분리팩 및 고정팩으로 이루어진 배터리 유닛에도 적용할 수 있다. 따라서 배터리 유닛이 상이한 종류의 2차전지를 포함하는 다수의 분리팩을 포함하면, 제어 유닛은 상술과 같이 다수의 분리팩들을 사용하고 제어할 수도 있다. 또는 배터리 유닛이 상이한 종류의 2차전지를 포함하는 분리팩과 고정팩을 포함하는 경우, 제어 유닛은 상술과 같이 분리팩 및 고정팩을 사용하고 제어할 수 있다.
상기 변형 또는 개량의 세 번째 실시예의 경우, 본 명세서의 하이브리드 차량은 하나 이상의 기존의 연료전지(fuel cell)를 포함할 수 있다. 상기 연료전지는 수소 및 산소를 이용하여 전기를 생성할 수 있고, 이에 따라 상기 차량은 엔진 유닛과 발전 유닛을 반드시 포함하지 않을 수 있다. 물론 본 명세서의 하이브리드 차량은 엔진 유닛과 발전 유닛은 물론 이에 부가적으로 연료전지를 포함할 수도 있다. 이 때 제어 유닛은 연료전지와 발전 유닛을 동시에 또는 순차적으로 사용할 수도 있다.
이에 따라 본 명세서의 하이브리드 차량은 하나 이상의 연료전지를 포함하지만 엔진 유닛과 발전유닛은 포함하지 않을 수 있다. 또는 상기 차량은 연료전지와 함께 발전 유닛과 엔진 유닛을 함께 포함할 수 있다. 이 경우 상기 차량은 발전 유닛과 연료전지를 동시에 또는 순차적으로 구동하며 배터리 유닛을 충전하거나, 또는 배터리 유닛의 충전에는 연료전지와 발전 유닛 중 하나만 사용할 수 있다.
또한 본 명세서의 차량의 배터리 유닛이 2차전지만 포함할 경우, 상기 차량은 배터리 유닛을 충전할 수 있는 엔진 유닛을 구동할 수 있는 연료를 저장하는 연료 저장 유닛을 포함할 수 있다. 반면 상기 차량이 연료 전지를 포함할 경우, 상기 차량은 연료 전지를 구동할 수 있는 추가 연료 저장 유닛을 포함할 수 있다.
상기 변형 또는 개량의 네 번째 실시예의 경우, 본 명세서의 하이브리드 차량은 하나 이상의 슈퍼 커패시터 및 하나 이상의 연료전지를 포함할 수도 있다. 이 경우 상기 차량은 하나 이상의 배터리 유닛을 포함하거나 또는 상기 배터리 유닛을 포함하지 않을 수도 있다. 또는 상기 차량은 엔진 유닛과 발전 유닛을 포함하거나, 상기 유닛들을 포함하지 않을 수도 있다.
본 실시예의 제어 유닛의 제어 구조나 방법은 상술의 두 번째 실시예 및 세 번째 실시예에서 설명한 구조나 방법과 유사하거나 동일하다. 따라서 이에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 변형이나 개량의 다섯 번째 실시예의 경우, 상기 차량의 배터리 유닛은 하나 이상의 분리팩(또는 분리 배터리) 및 하나 이상의 고정팩(또는 고정 배터리)을 포함하되, 상기 분리팩과 고정팩이 다른 종류의 배터리를 포함할 수 있다. 이에 따라 제어 유닛은 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 벗어나는 고온이나 저온에서 충전(또는 방전) 시, 분리팩 또는 고정팩에 가해지는 비가역적 손상을 최소화할 수 있다.
일예로 분리팩은 고정팩보다 적정 방전(또는 충전) 온도 범위가 더 넓은 종류의 배터리를 포함할 수 있다. 따라서 특정 온도가 고정팩의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위를 벗어나는 저온 또는 고온이더라도, 상기 온도는 분리팩의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위에 속할 수 있다. 이에 따라 상기 특정 온도에서 분리팩이 방전(또는 충전)하더라도 분리팩이 입는 비가역적 손상은 감소할 수 있다.
상기 구조는 사용자에게 부가적 이점을 제공할 수 있다. 일예로 사용자가 정지 상태의 차량의 시동 스위치를 켤 때 분리팩의 온도가 저온(일예로 -30oC) 또는 고온(일예로 50oC)이라 가정하자. 상기 분리팩이 적정 방전 온도 범위가 좁은(일예로 0oC 내지 30oC) 배터리를 포함하는 경우, 제어 장치는 분리팩이 적정 온도로 가열(일예로 -30oC로부터 0oC이상으로)되거나 또는 냉각(일예로 50oC로부터 30oC 이하로)되기 전까지 차량의 주행을 방지할 수 있다.
하지만 분리팩이 적정 방전 온도 범위가 넓은(일예로 -20oC 내지 40oC) 배터리를 포함하면, 분리팩이 적정 온도로 가열(일예로 -30oC로부터 -20oC이상으로)되거나 냉각(일예로 50oC로부터 40oC 이하로)되는 데 소요되는 기간이 단축된다. 따라서 사용자는 시동 스위치를 켜고 짧은 기간만 기다린 후에도 차량을 주행할 수 있게 된다.
또는 상기 차량이 상대적으로 추운 지방에서 사용되는 경우, 분리팩은 고정팩에 비하여 상대적으로 최저 방전(또는 충전) 온도가 상대적으로 낮은 종류의 배터리를 사용할 수 있다. 이에 따라 상기 분리팩이 저온에서 방전하더라도, 상기 분리팩은 최저 방전(또는 충전) 온도가 높은 종류의 배터리를 포함하는 분리팩에 비하여 비가역적 손상을 덜 입을 수 있다. 또한 이 경우 배터리의 적정 방전(또는 충전) 범위는 최저 방전(또는 충전) 온도보다 상대적으로 덜 중요할 수 있다.
또는 상기 차량이 상대적으로 더운 지방에서 사용되는 경우, 분리팩은 고정팩에 비하여 상대적으로 최고 방전(또는 충전) 온도가 상대적으로 높은 종류의 배터리를 사용할 수 있다. 이에 따라 상기 분리팩이 고온에서 방전하더라도, 상기 분리팩은 최고 방전(또는 충전) 온도가 낮은 종류의 배터리를 포함하는 분리팩에 비하여 비가역적 손상을 덜 입을 수 있다. 또한 이 경우 배터리의 적정 방전(또는 충전) 범위는 최고 방전(또는 충전) 온도보다 상대적으로 덜 중요할 수 있다.
상기 변형이나 개량의 여섯 번째 실시예의 경우, 배터리 유닛은 케이스가 덮개를 포함하지 않더라도 분리 배터리를 포함할 수 있다. 바꾸어 말하자면, 배터리 유닛의 케이스에 덮개가 설치되어 있건 없건, 배터리 유닛은 상기 유닛에 포함된 특정 배터리를 나머지 배터리보다 용이하게 상기 유닛으로부터 분리할 수 있도록 제작될 수 있다. 이 경우, 상기 특정 배터리는 분리 배터리로 간주할 수 있다.
이와 마찬가지로 다수의 팩을 포함하는 팩 형태의 배터리 유닛의 경우, 케이스에 덮개가 설치되어 있건 없던, 상기 배터리 유닛은 특정 팩이 나머지 팩보다 용이하게 상기 유닛으로부터 분리할 수 있도록 제작될 수 있다. 이 경우, 상기 팩은 분리팩으로 간주할 수 있다.
바꾸어 말하자면 상술에서 설명한 바와 같이, 본 명세서의 분리팩(또는 분리 배터리)과 고정팩(또는 고정 배터리)는 반드시 특정 구조를 가진 전기 연결 요소 또는 기계 연결 요소에 연결될 필요는 없다. 왜냐하면 분리팩과 고정팩의 차이점은 상대적 관점에서의 분리의 용이성이기 때문이다.
일예로 배터리 유닛 1의 배터리 1은 100N의 힘만 가하면 탈착이 가능하도록 전기 연결 요소 1에 연결되지만, 배터리 2는 2,000N 이상의 힘을 가하지 않는 한 전기 연결 요소 2로부터 분리가 가능하지 않도록 연결할 수 있다. 이 경우 본 명세서에서는 배터리 1은 배터리 유닛 1의 분리 배터리, 배터리 2는 배터리 유닛 1의 고정 배터리로 간주할 수 있다.
이와는 달리 배터리 유닛 11은 상기 배터리 1, 또한 10N의 힘을 가하면 탈착이 가능하도록 전기 연결 요소 11에 연결된 배터리 11을 포함할 수 있다. 이 때 본 명세서에서는 상대적으로 분리가 용이한 배터리 11이 배터리 유닛 11의 분리 배터리, 배터리 1는 배터리 유닛 11의 고정 배터리로 간주할 수 있다.
또한 배터리 유닛 21은 상술의 배터리 1(즉 100N의 힘을 가하면 배터리 유닛으로부터 분리 가능), 상술의 배터리 11(즉 10N의 힘을 가하면 배터리 유닛으로부터 분리 가능) 및 50N의 힘을 가하면 배터리 유닛으로부터 분리할 수 있는 배터리 21을 포함할 수 있다. 이 때 본 명세서에서는 배터리 1은 고정 배터리, 배터리 11은 분리 배터리로 간주할 수 있다.
이에 반하여 배터리 21은 사용자가 사용하는 목적 또는 제어 유닛이 제어하는 방법에 따라 분리 배터리로 간주될 수 있거나, 또는 고정 배터리로 간주될 수 있다. 일예로 배터리 유닛의 케이스가 배터리 21 부근에 덮개를 포함할 경우, 배터리 21은 분리 배터리로 간주될 수 있다. 이에 반하여 상기 케이스가 배터리 21 부근에 덮개를 포함하지 않지만 배터리 11 부근에 덮개를 포함하면, 배터리 21은 고정 배터리로 취급할 수 있다. 이와 같이 특정 배터리가 분리 배터리인지 고정 배터리인지는 다른 배터리와 비교하여 상대적으로 결정할 수 있다. 마찬가지로 특정 배터리 팩이 분리팩인지 고정팩인지는 다른 배터리와 비교하여 상대적으로 결정할 수 있다.
상기 변형이나 개량의 일곱 번째 실시예의 경우, 상술의 예시에서 배터리 유닛, 분리팩 또는 고정팩의 방전에 대한 설명은 상기 유닛, 분리팩 또는 고정팩의 충전에도 적용할 수 있다. 따라서 상술의 예시에서 적정 방전 온도 범위, 최저 방전 온도 및 최고 방전 온도 대신 적정 충전 온도 범위, 최저 충전 온도 및 최고 충전 온도를 대체할 경우, 상술의 배터리 유닛, 분리팩 또는 고정팩의 방전과 관련된 구조 또는 제어 방법에 대한 설명은 상기 유닛, 분리팩 또는 고정팩의 충전과 관련된 구조 또는 제어 방법에도 적용할 수 있다.
단 가열 유닛 또는 냉각 유닛의 구동을 제외하면, 배터리 유닛의 방전은 차량의 구동과 관련이 있다. 이에 반하여 배터리 유닛의 충전은 차량의 구동과 직접적 관련은 없다. 즉 제어 유닛은 배터리 유닛을 방전하여 차량의 주행을 가능하도록 하는 반면, 제어 유닛은 차량이 주행 중 또는 정지 중 발전 유닛을 구동하여 배터리 유닛을 충전할 수 있다.
상기 변형이나 개량의 여덟 번째 실시예의 경우, 본 명세서의 하이브리드 차량은 다양한 종류나 용량의 엔진 유닛 및 발전 유닛을 포함할 수 있다. 특히 상기 차량은 가능한 엔진 배출 물질이 유독성 물질 또는 환경 오염의 원인이 되는 물질을 덜 포함하는 기존의 엔진을 포함할 수 있다. 또한 상기 차량의 발전 유닛은 엔진 유닛이 생성할 수 있는 기계적 에너지를 가능한 높은 효율로 전기 에너지로 변환할 수 있는 기존의 발전 요소를 포함할 수 있다.
단 엔진 유닛이 생성할 수 있는 에너지나 파워가 크면 클수록, 발전 유닛은 이에 비례하여 더 많은 파워를 제공할 수 있고, 이에 따라 발전 유닛은 더 빨리 배터리 유닛을 충전할 수 있다는 장점이 있다. 또한 엔진 유닛이 생성할 수 있는 파워가 높으면 높을수록, 발전 유닛이 모터 유닛에 직접 제공하는 파워도 증가할 수 있고, 차량 역시 더 빨리 주행할 수 있다.
하지만 엔진 유닛의 용량이 크면 클수록 상기 유닛이 배출하는 배출 가스의 양도 증가하며, 이에 수반되는 소음도 증가하기 마련이다. 따라서 엔진 유닛의 용량 및 이에 의존하는 발전 유닛의 용량은 특정 하이브리드 차량의 구조, 용도, 또는 최대 주행 속도 등에 따라 상이하게 결정될 수 있다.
상기 차량은 다양한 종류나 용량의 엔진 유닛 및 발전 유닛을 포함할 수 있다. 특히 상기 차량은 가능한 엔진 배출 물질이 유독성 물질 또는 환경 오염의 원인이 되는 물질을 덜 포함하는 기존의 엔진을 포함할 수 있다. 또한 상기 차량의 발전 유닛은 엔진 유닛이 생성할 수 있는 기계적 에너지를 가능한 높은 효율로 전기 에너지로 변환할 수 있는 기존의 발전 요소를 포함할 수 있다.
상기 변형 또는 개량의 아홉 번째 실시예의 경우, 본 명세서의 하이브리드 차량의 다양한 배터리 유닛은 다양한 구조나 배열로 제작되고 배치될 수 있다. 특히 배터리 유닛이 분리 배터리 및 고정 배터리를 포함하면, 상기 분리 배터리는 다양한 구조 또는 배열로 제작되고 배치될 수 있다.
일예로 다수의 분리 배터리들은 각각 분리형 전기 연결 요소에 연결된다. 따라서 상기 구조를 가진 분리 배터리를 배터리 유닛으로부터 분리하려면, 사용자는 각각의 분리 배터리를 각각의 전기 연결 요소와 격리시킨 후, 격리된 분리 배터리를 배터리 유닛으로부터 분리할 수 있다. 그 후 사용자는 배터리 유닛에 잔류하는 분리형 전기 연결 요소에 신규 분리 배터리를 연결할 수 있다.
상기 구조에서 사용자는 다수의 분리 배터리들을 하나씩 배터리 유닛으로부터 분리할 수 있다. 이와는 달리 배터리 유닛 제조사는 다수의 분리 배터리들을 묶어서 배터리 유닛에 장착할 수 있다. 일예로 6개의 분리 배터리들을 끈, 밴드 등으로 묶어서 다발 형태로 장착하거나, 6개의 고정 배터리가 장착될 수 있는 카트리지 내부에 고정 배터리를 장착하여 카트리지 형태로 장착될 수 있다. 이에 따라 사용자는 배터리 유닛으로부터 6개의 분리 배터리들을 한 번에 분리할 수 있다.
다른 예로 분리 배터리는 분리형 전기 연결 요소로 연결되는 반면 고정 배터리는 고정 전기 연결 요소로 연결된다. 단 분리형 전기 연결 요소는 배터리보다 배터리 유닛으로부터 상대적으로 더 용이하게 분리될 수 있도록 제작한다. 상기 구조를 가진 분리 배터리를 배터리 유닛으로부터 분리하려면, 사용자는 분리 배터리와 상기 배터리에 연결된 분리형 전기 연결 요소를 한꺼번에 배터리 유닛으로부터 분리할 수 있다. 그 후 사용자는 신규 분리 배터리에 신규 또는 기존 분리형 전기 연결 요소와 연결한 후, 배터리 유닛에 장착할 수 있다.
상기 구조에서 사용자는 분리 배터리들이 연결된 상태의 분리형 전기 연결 요소들을 하나씩 배터리 유닛으로부터 분리할 수 있다. 또는 배터리 유닛 제조사는 다수의 분리 배터리들과 분리형 전기 연결 요소들을 묶어서 배터리 유닛에 장착할 수 있다. 일예로 6개의 분리 배터리들을 끈, 밴드 등으로 묶인 채 분리형 전기 연결 요소들을 다발 형태로 장착하거나, 6개의 고정 배터리가 장착되고 분리형 전기 연결 요소에 연결될 수 있는 카트리지 내부에 고정 배터리를 장착하여 카트리지 형태로 장착될 수 있다. 따라서 사용자는 6개의 분리 배터리들을 배터리 유닛에서 한 번에 분리할 수 있다.
상술의 아홉 번째 예시적 측면의 다양한 하이브리드 차량 및 상기 차량의 다양한 유닛의 기타 구조 상의 특징 또는 기타 구동 방법, 제어 방법 등은 상술의 첫 번째 내지 일곱 번째 예시적 측면의 상기 특징이나 방법과 동일하거나 유사하므로, 더 이상의 설명은 생략한다. 또한 상술의 여덟 번째 예시적 측면의 다양한 구조나 방법은 본 명세서의 동일한 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
10. 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 온도 조절을 위한 구조 및 방법
본 명세서의 열 번째 예시적 측면의 마이크로 그리드는 상술의 배터리 유닛과 제어 유닛 외에도 상술의 가열 유닛과 냉각 유닛 중 최소 하나 이상을 포함하되, 제어 유닛이 가열 또는 냉각 유닛을 제어하여 배터리 유닛의 전부 또는 일부의 온도를 제어하는 것을 특성으로 한다.
[도32]는 본 명세서의 열 번째 예시적 측면에 따르는 마이크로 그리드를 나타내되, 설명의 편의를 위해 마이크로 그리드의 다양한 요소를 전기적으로 연결하는 전선, 배전반, 전압 센서, 전류 센서 등과 같이 기존의 마이크로 그리드가 포함하는 다양한 유닛, 요소 등은 생략하였다. 또한 설명의 편의를 위하여 상기 그리드의 전기 기기는 단일의 건물에 포함된 전기 기기를 지칭하는 것으로 한다.
[도32]와 같이 마이크로 그리드는 에너지 소스(112), 발전 유닛(120), 배터리 유닛(150), 전기 기기(162) 등을 포함할 수 있다. 또한 상기 그리드는 가열 유닛(130)과 냉각 유닛(140) 중 하나를, 또는 이들을 다 포함할 수 있다. 단 [도1]은 상기 유닛들의 기계적 구조 대신 기능적 구조를 예시하며, 특히 전기적 연결이나 에너지 제공 경로들을 예시한다. 따라서 상기 유닛들이 다양한 마이크로 그리드에 장착되며 하술과 같이 연결되는 한, 상기 유닛들은 [도32]에서 예시한 위치 또는 순서와 상이한 위치 또는 순서에 따라 연결될 수 있다.
[도1]에는 표시되어 있지 않지만, 상기 그리드는 다수의 유닛의 작동을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 특히 제어 유닛은 에너지 소스(112)의 제어를 담당하는 소스 제어 요소, 전기 기기(162)와 관련된 제어를 담당하는 기기 제어 요소 및 상술의 발전 제어 요소, 배터리 제어 요소, 가열 제어 요소, 냉각 제어 요소 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제어 유닛이 포함하는 상기 다양한 제어 요소들은 해당하는 요소의 내부나 주변에 설치되거나, 또는 단일의 몸체의 (중앙) 제어 요소의 형태로 제작될 수 있다.
따라서 제어 유닛 또는 상기 제어 요소들이 본 명세서에서 예시한 다양한 제어를 수행하는 한, 상기 제어 유닛이나 제어 요소들의 상세한 형태, 구조, 배치 또는 위치는 중요하지 않다. 또한 설명의 편의를 위하여 본 명세서의 "제어 유닛"은 상술의 중앙 제어 요소 또는 7개의 유닛 제어 요소 중 하나 이상을 통칭하는 것으로 한다.
에너지 소스(112)는 마이크로 그리드의 전력망에 연결되어 상기 그리드의 다양한 종류의 전기 기기에 전기 에너지를 공급할 수 있는 다양한 에너지 소스를 말한다. 에너지 소스(112)은 다양한 방법으로 재생 에너지를 생성할 수 있고, 이의 예로는 태양광, 태양열, 풍력, 조력, 지열 등을 이용하는 방법이 있다.
재생 에너지를 이용해 에너지를 생성하는 경우의 장점은 원료 값이 거의 들지 않으며, 에너지의 소스가 고갈되지 않는다는 점이다. 하지만 재생 에너지의 단점은 이를 생성하는 장치의 가격이 고가라는 점 및 생성되는 에너지의 양이 일정하지 않다는 점이다.
에너지 소스(112)는 화석 연료를 이용하여 열 에너지를 생성하고 이를 기계적 에너지로 변환할 수 있는 하나 이상의 기존의 엔진을 포함할 수 있으며, 기존 엔진의 예는 상술과 같으므로 생략한다. 단 기존의 엔진을 에너지 소스(112)로 이용하는 경우의 단점은 화석 연료의 연소, 배기 가스를 배출 등이 있다. 하지만 엔진을 에너지 소스(112)로 사용하는 경우의 장점은 일정 속도로 에너지를 생성할 수 있고, 상기 속도의 제어가 가능하다는 점이다. 따라서 본 명세서에서는 상반된 언급이 없는 한, 에너지 소스(112)는 하나 이상의 기존의 엔진을 포함하는 엔진 유닛(110)을 의미하는 것으로 하며, 이러한 엔진 유닛(110)은 앞에서 자세히 설명하였으므로 더 이상의 설명은 생략한다.
발전 유닛(120)은 에너지 소스(112) 또는 엔진 유닛(110)이 생성하여 제공하는 기계적 에너지나 파워를 전기 에너지나 파워로 변환하는 하나 이상의 기존의 발전 요소를 포함할 수 있다. 발전 유닛(120)의 상세한 구성, 기능 및 작동 방법은 앞에서 설명하였으므로 더 이상의 설명은 생략한다.
상술과 같이 배터리 유닛(150)은 (재)충전이 가능한 하나 이상의 기존의 2차전지 배터리 등을 포함한다. 배터리 유닛(150)의 상세한 구성, 기능 및 작동 방법은 이미 설명하였으므로 더 이상의 설명은 생략한다.
전기 기기(162)는 마이크로 그리드의 전력망에 연결되어 전기 에너지를 공급받을 수 있는 통상의 전기 기기를 통칭하며, 이에 대해서는 "용어의 정의"에서 자세히 설명하였으므로, 더 이상의 설명은 생략한다. 또한 상술과 같이 전기 기기는 "최대 부하"를 가지며, 최대 부하에 대해서는 "용어의 정의"에서 자세히 설명하였으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
가열 유닛(130)은 에너지나 파워를 공급받아 열을 발생하는 하나 이상의 열 발생 요소를 포함하는 반면 냉각 유닛(140)은 에너지나 파워를 공급받아 열 에너지를 흡수한다. 일예로 [도2]에서 예시한 펠티어 열 발생 요소는 가열 유닛이나 냉각 유닛으로 사용될 수도 있다. 단 가열 유닛(130)이나 냉각 유닛(140)의 상세한 구성, 기능 및 작동 방법은 앞에서 설명하였으므로 더 이상의 설명은 생략한다.
상술과 같이 본 명세서의 하이브리드 차량의 "엔진 유닛"은 마이크로 그리드의 "소스"(또는 엔진 유닛)에 해당하고, 상기 차량의 "모터 유닛"은 상기 그리드의 "전기 기기"에 해당한다. 이러한 차이점을 제외하면, 상술의 열 번째 예시적 측면의 다양한 마이크로 그리드와 다양한 유닛의 기타 특성은 상술의 첫 번째 예시적 측면의 다양한 차량과 다양한 유닛들의 기타 특성과 동일 또는 유사하다. 따라서 상기 그리드, 다양한 유닛, 소스 및 전기 기기의 기타 구조, 배치, 구동 순서, 제어 등은 상기 차량 및 다양한 유닛의 기타 구조, 배치, 구동 순서, 제어 등과 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. 또 본 열 번째 예시적 측면의 상기 그리드와 유닛도 상기 첫 번째 예시적 측면의 차량 및 유닛과 유사하게 변형 또는 개량될 수 있으므로 이에 대한 자세한 설명도 생략한다.
서로 상충되지 않는 한, 상술의 열 번째 예시적 측면의 다양한 구조 또는 방법은 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
11. 전기 기기를 구동 중인 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 온도 제어 및 방법
본 명세서의 열한 번째 예시적 측면은 마이크로 그리드에 연결된 전기 기기를 구동할 때 배터리 유닛의 온도 제어를 위한 다양한 구조나 제어 방법에 관한 것이다. 본 열한 번째 예시적 측면의 그리드는 다양한 작동 실행 순서에 의하여 작동될 수 있고, 상기 그리드의 엔진 유닛, 발전 유닛, 배터리 유닛은 물론 가열 유닛과 냉각 유닛 역시 다양한 순서에 따라 작동될 수 있다.
상술과 같이 마이크로 그리드의 다양한 유닛의 제어는 제어 유닛, 또는 제어 유닛의 다양한 요소(일예로 소스, 제어 요소, 발전 제어 요소, 배터리 제어 요소, 기기 제어 요소, 구동 제어 요소 등)가 담당할 수 있다. 단 설명의 편의를 위하여, 본 명세서에서는 제어 유닛이 상기 순서 및 각 순서의 특성을 제어하는 것으로 한다.
[도33]은 본 명세서의 열한 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다. 특히 본 실시예는 전기 기기(162)가 배터리 유닛(150)의 적정 방전(또는 충전) 온도 범위 이내에서 구동하는 경우이다. 배터리 유닛(150)은 방전하며 EBAT 또는 PBAT를 전기 기기(162)에 공급함으로써 전기 기기(162)를 구동한다.
전기 기기(162)의 구동 중 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다. 일예로 제어 유닛이 엔진 유닛(110)을 구동하면, 엔진 유닛(110)은 EENG나 PENG를 발전 유닛(120)에 공급하게 되고, 발전 유닛(120)은 EGEN,B나 PGEN,B를 배터리 유닛(150)에 공급하며, 배터리 유닛(150)은 상기 전기 에너지나 파워를 이용하여 충전을 시작할 수 있다.
제어 유닛은 다양한(일예로 배터리 유닛의 상태에 근거한) 충전 개시 시점이나 충전 종료 시점에 배터리 유닛(150) 충전을 시작하거나 종료할 수 있다. 단 상기 충전 개시 시점이나 충전 종료 시점은 상술의 첫 번째 및 두 번째 예시적 측면의 충전 개시 시점과 충전 종료 시점과 동일하되, 첫 번째 및 두 번째 예시적 측면에서 설명한 차량의 주행 여부나 상태 대신 전기 기기(162)의 구동 여부나 상태를 이용하여 설정할 수 있다. 또 제어 유닛은 배터리 용량 손실의 최소화를 위하여 배터리의 "적정 충전률 범위" 또는 "적정 방전률 범위"를 설정하고, 이에 근거하여 배터리의 충전을 시작하거나 중지할 수 있다.
상기 열한 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예는 전기 기기의 구동 중 배터리 유닛의 온도가 감소하여 상기 유닛의 온도가 TD-Min 또는 TC-Min보다 낮아지는 경우의 작동 실행 순서, 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태의 예이다. 이의 첫 번째 상세예는 발전 유닛(120)이 배터리 유닛(150)에 제공하던 EGEN,B 중 일부인 EGEN,H를 제어 유닛이 가열 유닛(130)에 제공하도록 발전 유닛(120)을 제어하는 경우이고, 두 번째 상세예는 제어 유닛이 발전 유닛(120)을 조작하여 발전량을 증가시키는 경우이다.
상기 열한 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예는 전기 기기 구동 중 배터리 유닛의 온도가 증가하여 상기 유닛의 TD-Max 또는 TC-Max에 접근하거나 이보다 높아지는 경우의 작동 실행 순서, 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태의 예이다. 이의 첫 번째 상세예는 발전 유닛(120)이 배터리 유닛(150)에 제공하던 EGEN,B 중 일부인 EGEN,C를 냉각 유닛(140)에 제공하도록 발전 유닛(120)을 제어하는 경우이고, 이의 두 번째 상세예는 제어 유닛이 발전 유닛(120)이 발전량을 증가하도록 제어하는 경우이다. 단 이는 상기 첫 번째 및 두 번째 측면의 경우와 동일 또는 유사하며, 따라서 더 이상의 설명은 생략한다.
본 명세서의 열한 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예는 사용자가 전기 기기 구동을 완료한 후, 상기 기기의 스위치를 끈 경우의 마이크로 그리드 및 다양한 유닛들의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 예시이다. 특히 사용자가 스위치를 끄면, 배터리 유닛(150)의 충전률이 특정 값보다 낮거나 또는 배터리 유닛의 온도가 미리 설정된 온도보다 높더라도, 제어 유닛은 마이크로 그리드의 다양한 유닛들의 작동을 정지시킬 수 있다.
본 명세서의 열한 번째 예시적 측면의 다섯 번째 실시예는 사용자가 전기 기기 구동을 완료하고, 상기 스위치를 끈 경우의 마이크로 그리드 및 다양한 유닛들의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 또 다른 예시이다. 특히 사용자가 스위치를 끄더라도, 배터리 유닛(150)의 충전률이 낮은 경우 또는 특정 배터리 팩의 충전률이 사용자나 제어 유닛이 설정한 충전률에 도달할 때까지, 제어 유닛은 엔진 유닛(110)과 발전 유닛(120)을 가동하여 충전을 계속할 수 있다.
상술과 같이 상기 차량의 "엔진 유닛"은 상기 그리드의 "소스"(또는 엔진 유닛)에 해당하고, 상기 차량의 "모터 유닛"은 상기 그리드의 "전기 기기"에 해당한다. 이 차이점을 제외하면, 상술의 열한 번째 예시적 측면의 다양한 마이크로 그리드와 다양한 유닛의 기타 특성은 상술의 두 번째 예시적 측면의 다양한 차량과 다양한 유닛들의 기타 특성과 동일하거나 유사하다. 따라서 상기 그리드, 다양한 유닛, 소스 및 전기 기기의 기타 구조, 배치, 구동 순서, 제어 등은 상기 차량 및 다양한 유닛의 기타 구조, 배치, 구동 순서, 제어 등과 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. 또 본 열한 번째 예시적 측면의 상기 그리드와 유닛도 상기 두 번째 예시적 측면의 차량 및 유닛과 유사하게 변형 또는 개량될 수 있으므로 이에 대한 자세한 설명도 생략한다.
서로 상충되지 않는 한, 상술의 열한 번째 예시적 측면의 다양한 구조 또는 방법은 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
12. 저온에서의 전기 기기의 구동 및 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 온도 제어 및 방법
본 명세서의 열두 번째 예시적 측면은 배터리 유닛의 온도(TBU)가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위보다 낮은 "저온"일 때 사용자가 전기 기기의 스위치를 켰을 때의 다양한 제어 방법과 작동 실행 순서에 대한 예시이다. 특히 본 예시적 측면은 "저온"에서의 배터리 유닛의 방전 또는 충전 여부의 결정 및 이의 제어, 마이크로 그리드의 다양한 유닛의 작동 상태, 작동 실행 순서, 제어 등에 대한 것이다.
단 상기 "저온에서의 방전" 및 "저온에서의 충전"은 앞서 정의한 바 있으며, 최저 방전 온도TD-Min와최저 충전 온도 TC-Min에 대해서도 앞서 정의한 바 있다. 또한 적정 방전(또는 충전) 온도 범위는 배터리의 종류에 따라 결정되는 절대적 범위가 아니라, 배터리의 비가역적 손상, 이에 따른 배터리 교체 비용, 사용자 편의성 등에 따라 상이해질 수 있는 상대적 범위라고 설명한 바 있다.
[도34]는 전기 기기의 스위치가 꺼져 있는 정지 상태의 마이크로 그리드의 다양한 유닛 및 그 상태를 표시한다. 즉 상기 그리드의 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전이나 충전을 모두 중단하였고, 엔진 유닛(110) 및 발전 유닛(120)의 구동 역시 모두 중단하였다. 본 명세서의 열두 번째 예시적 측면의 제어 유닛은 다양한 구조 및 방법으로 저온 방전에 의한 비가역적 손상 및 배터리 용량 손실을 방지하거나 최소화할 수 있다. [도35] 및 [도36]은 이를 위한 제어 유닛의 다양한 구조 및 제어 방법을 예시한다.
[도35]는 본 명세서의 열두 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도로서, 제어 유닛이나 사용자가 전기 기기의 스위치를 켤 때(즉 상기 기기의 구동을 시작할 때) TBU가 TD-Min보다 낮은 저온일 때, 배터리 유닛(150)의 방전을 제어하는 구조 및 방법에 해당한다.
정지 상태의 전기 기기의 스위치를 켜지면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150), 특정 배터리 팩 또는 특정 배터리의 온도(이후 TBU로 통칭)를 측정한다. TBU가 TD-Min보다 높으며 TD-Max보다 낮으면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 시작할 수 있고, 전기 기기는 구동을 시작한다.
하지만 TBU가 TD-Min(따라서 TD-Max)보다 낮은 경우, 제어 유닛은 [도35]처럼 배터리 유닛(150)의 방전을 막을 수 있다. 또한 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 구동하여 기계적 에너지를 생성하고, 상기 에너지로 발전 유닛(120)을 구동하며, 발전 유닛(120)이 생성한 전기 에너지를 가열 유닛(130)에 제공할 수 있다. 그 결과 가열 유닛(130)은 배터리 유닛(150)의 예비 가열을 시작한다.
가열 유닛(130)이 배터리 유닛(150)을 가열하는 동안 제어 유닛은 배터리 유닛(150)은 방전을 시작하지 않으며, 그 결과 사용자가 전기 기기(162)의 스위치를 켠 후에도 배터리 유닛(150)은 방전을 시작하지 않을 수 있다. 따라서 사용자는 배터리 유닛(150)이 가열될 때까지 전기 기기(162)을 구동하지 못한다. 그 후 TBU가 TD-Min로 증가하면(즉 예비 가열이 완료되면), 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 시작하고, 전기 기기(162)는 구동을 시작할 수 있다.
상기 첫 번째 실시예의 첫 번째 상세예는 방전 시 다수의 배터리들을 포함한 배터리 유닛(150)의 모든 배터리가 동시에 방전하는 경우이다. 반면 이의 두 번째 상세예는 배터리 유닛(150)이 단일의 배터리 팩 형태로 제작되고 다수의 배터리들을 포함하되, 배터리 팩 내부의 배터리들이 다수의 세트로 구분되어 장착되는 구조를 가진 경우이다. 또한 이의 세 번째 상세예의 배터리 유닛(150)은 다수의 배터리 팩 형태로 제작되고, 각각의 배터리 팩은 하나 이상의 배터리를 포함하는 구조로 제작된 경우이다.
상기 상이한 상세예들에서, 상기 배터리 팩들 또는 배터리들은 직렬, 병렬 또는 이들의 혼합 형태로 전기적으로 연결될 수 있고, 기계적 또는 전기적으로 용이하게 분리할 수 있는 하나 이상의 "분리팩"과 이 보다 분리가 어려운 "고정팩"을 포함할 수 있다.
제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 분리 배터리나 분리팩이 방전하는 에너지가 전기 기기 구동에 충분한 양에 도달하면, 전기 기기가 정상(즉 정상 등급)으로 구동하도록 한다. 하지만 분리 배터리나 분리팩이 방전하는 에너지가 정상 구동에 필요한 양에 미치지 못하면, 제어 유닛은 전기 기기를 저급(즉 저급 등급)으로 중급(즉 중급 등급)으로 구동할 수 있다.
일반적으로 분리팩이나 고정팩의 교체 비용은 각각의 팩에 포함된 배터리의 수효에 비례한다. 따라서 배터리 유닛 제조사는 분리팩이 고정팩에 비하여 적은 수효의 배터리를 포함하도록 분리팩을 제작할 수 있다. 따라서 고정팩은 배터리 유닛(150)의 절반이나 대부분을 차지하나, 분리팩은 배터리 유닛(150)의 일부분에 해당할 수 있다. 따라서 분리팩이 비가역적 손상을 입어도, 사용자는 손상을 입은 분리팩만 용이하게 다른 분리팩으로 교체하면서 손상된 분리팩의 교체 비용을 최소화할 수 있다.
[도36]은 본 명세서의 열두 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다. 본 실시예는 제어 유닛이나 사용자가 전기 기기 스위치를 켤 때(즉 상기 기기의 구동을 시작할 때) 배터리 유닛(150)의 온도(TBU)가 TD-Min보다 낮은 저온일 경우, 제어 유닛이 배터리 유닛(150)의 방전을 제어하는 또 다른 구조 및 방법에 해당한다.
배터리 유닛(150), 배터리 세트 또는 배터리 팩은 TD-Min으로 가열되기 전 방전함에 따라 손상을 입을 수 있다. 이를 방지하기 위하여 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 발생하는 에너지의 일부나 전부를 상기 유닛(150)에 제공하는 대신 전기 기기(162)에 제공할 수 있다. 따라서 사용자는 자신의 필요에 따라 또는 발전 유닛(120)이 제공하는 에너지의 양에 따라 상기 기기를 저급, 중급 또는 정상 등급으로 구동할 수 있다.
본 두 번째 실시예의 첫 번째 상세예에서, 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지 중 EGEN-H는 가열 유닛(130)에, 나머지인 EGEN-M은 직접 전기 기기(162)에 공급한다. 제어 유닛은 배터리 유닛(150)이 직접 방전하지 못하도록, 즉 전기 기기(162)에 직접 에너지를 제공하지 못하도록 할 수 있다.
본 두 번째 실시예의 두 번째 상세예에서, 상기 첫 번째 상세예와 같이 제어 유닛이 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지 중 일부는 가열 유닛(130)에, 나머지는 직접 전기 기기(162)에 공급함은 물론, [도36]에 도시하지 않았지만, 배터리 유닛(150)이 방전하며 전기 기기(162)에 에너지를 제공하도록 할 수 있다.
본 명세서의 열두 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예는 배터리 유닛(150) 온도(TBU)가 TC-Min보다 낮을 때 전기 기기의 구동을 시작한 후의 가열 유닛의 제어에 관련된 구조, 작동 순서 및 상기 순서 등에 대한 것이다.
TBU가 TD-Min로 올라가면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)이 방전하며 생성한 에너지를 전기 기기(162)에 공급하고, 따라서 전기 기기(162)는 구동을 시작할 수 있다. 일단 배터리 유닛(150)이 방전을 시작하면, 제어 유닛은 TBU를 측정하며, TBU가 TC-Min보다 높아질 때까지 가열 유닛(130)을 구동할 수 있다.
TBU가 TD-Min에 도달하거나 일정 기간 TD-Min보다 높은 온도를 유지하면, 제어 유닛은 가열 유닛(130)의 구동을 중지할 수 있다. 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지를 전기 기기(162) 대신 배터리 유닛(150)에 제공함으로써 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수도 있다. 하지만 TBU가 적정 충전 온도 범위에 속하지 않으면(즉 TBU가 TC-Min보다 낮으면) 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 충전을 시작하지 않을 수 있으며, TBU가 TC-Min에 도달할 때까지 가열 유닛(130)을 구동할 수 있다.
또는 배터리 유닛(150)의 온도가 TD-Min에 도달하여도, 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지의 일부나 전부를 전기 기기(162)에 제공할 수 있다. 특히 사용자가 전기 기기(162)을 구동하는 데 필요한 구동용 에너지가 배터리 유닛(150)이 방전할 수 있는 에너지를 초과하면, 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지를 전기 기기(162)에 제공할 수 있다.
본 명세서의 열두 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예는 마이크로 그리드의 다양한 유닛의 작동 상태 및 순서에 대한 개략도로서, 상기 그리드의 배터리 유닛(150)의 온도(TBU)가 TC-Min보다 낮을 때 사용자 또는 제어 유닛이 전기 기기의 구동을 시작하는 상태에서의 배터리 유닛(150)의 충전에 대한 것이다.
일예로 사용자가 전기 기기(162)의 스위치를 켜면, 제어 유닛은 TBU를 측정할 수 있다. TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)이 방전을 시작하며 EBAT를 전기 기기(162)에 제공해 전기 기기(162)가 구동하도록 한다.
TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하며 적정 충전 온도 범위에도 속하면, 제어 유닛은 전기 기기(162)의 구동과 동시 또는 구동 후 엔진 유닛(110)과 발전 유닛(120)을 가동하여 배터리 유닛(150)의 충전할 수 있다. 또는 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하지 않고 적정 충전 온도 범위에 속하는 경우, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 금지함으로써 전기 기기(162)의 구동을 방지하지만, 엔진 유닛(110) 및 발전 유닛(120)을 가동하여 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다.
상술과 같이 상기 차량의 "엔진 유닛"은 상기 그리드의 "소스"(또는 엔진 유닛)에 해당하고, 상기 차량의 "모터 유닛"은 상기 그리드의 "전기 기기"에 해당한다. 이 차이점을 제외하면, 상술의 열두 번째 예시적 측면의 다양한 마이크로 그리드와 다양한 유닛의 기타 특성은 상술의 세 번째 예시적 측면의 다양한 차량과 다양한 유닛들의 기타 특성과 동일하거나 유사하다. 따라서 상기 그리드, 다양한 유닛, 소스 및 전기 기기의 기타 구조, 배치, 구동 순서, 제어 등은 상기 차량 및 다양한 유닛의 기타 구조, 배치, 구동 순서, 제어 등과 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. 또 본 열두 번째 예시적 측면의 상기 그리드와 유닛도 상기 세 번째 예시적 측면의 차량 및 유닛과 유사하게 변형 또는 개량될 수 있으므로 이에 대한 자세한 설명도 생략한다.
서로 상충되지 않는 한, 상술의 열두 번째 예시적 측면의 다양한 구조 또는 방법은 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
13. 고온에서의 전기 기기의 구동 및 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 온도 제어 및 방법
본 명세서의 열세 번째 예시적 측면은 배터리 유닛의 온도가 적정 방전(또는 충전) 온도 범위보다 높은 "고온"일 때 사용자가 상기 전기 기기의 스위치를 켰을 경우의 다양한 제어 방법 및 작동 실행 순서에 대한 예시이다. 특히 본 예시적 측면은 상기 "고온"에서의 배터리 유닛의 충전이나 방전 여부의 결정 및 이의 제어, 마이크로 그리드의 다양한 유닛의 작동 상태, 작동 실행 순서 또는 제어 등에 대한 것이다. 단 하술의 "고온에서의 방전," TD-Max, "고온에서의 충전" 및 TC-Max 은 상술의 의미와 동일하다.
본 명세서의 열세 번째 예시적 측면의 제어 유닛은 다양한 구조 및 다양한 방법으로 고온 방전에 의한 비가역적 손상 및 배터리 용량 손실을 방지하거나 최소화할 수 있다. [도37] 및 [도38]은 이를 위한 제어 유닛의 다양한 구조 및 다양한 제어 방법을 예시한다.
[도37]은 본 명세서의 열세 번째 예시적 측면의 첫 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 상기 그리드의 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다. 본 실시예는 제어 유닛이나 사용자가 전기 기기의 스위치를 켜고 구동 시작할 때 배터리 유닛(150)의 온도(TBU)가 TD-Max보다 높은 고온일 경우, 제어 유닛이 배터리 유닛(150)의 방전을 제어하는 구조 및 방법에 해당한다.
제어 유닛 또는 사용자가 전기 기기의 스위치를 켜면, 제어 유닛은 TBU를 측정한다. TBU가 TD-Max보다 낮고 TD-Min보다 높으면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 시작하고, 전기 기기는 구동을 시작할 수 있다.
TBU가 TD-Max보다 높으면, 제어 유닛은 [도37]과 같이 배터리 유닛(150)이 방전하지 않도록 할 수 있다. 제어 유닛은 엔진 유닛(110)을 구동하고, 발전 유닛(120)을 구동하며, 발전 유닛(120)이 생성한 에너지를 냉각 유닛(140)에 제공한다. 냉각 유닛(140)은 냉각 요소를 이용하여 배터리 유닛(150)의 예비 냉각을 시작할 수 있다. 이 때 제어 유닛은 상기 전기 에너지를 배터리 유닛(150)에는 제공하지 않을 수 있다.
냉각 유닛(140)이 배터리 유닛(150)의 일부 또는 전부를 냉각하는 동안 제어 유닛은 배터리 유닛(150)은 방전을 시작하지 않고, 그 결과 사용자가 전기 기기(162)의 스위치를 켜도 배터리 유닛(150)은 방전하지 않는다. 즉 사용자는 배터리 유닛(150)이 냉각될 때까지 전기 기기(162)을 구동할 수 없다. 예비 냉각이 완료되고 TBU가 TD-Ma로 감소하면, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 방전을 시작하고, 전기 기기(162)는 구동을 시작할 수 있다.
상기 첫 번째 실시예의 첫 번째 상세예의 경우, 제어 유닛은 배터리 유닛(150)의 다수의 배터리들을 동시에 방전시킨다. 상기 첫 번째 실시예의 두 번째 상세예의 경우, 배터리 유닛(150)은 단일의 배터리 팩 형태로 제작되고 다수의 배터리들을 포함하되, 상기 팩 내부의 배터리들이 다수의 세트들로 구분된 구조를 가진다. 제어 유닛은 상기 배터리 유닛(150)의 다수의 배터리 세트들을 예비 냉각하거나 제어할 수 있다. 특히 다른 배터리 세트보다 먼저 냉각되는 배터리 세트는 상기 "분리 배터리"인 반면, 상기 분리 배터리가 아닌 배터리들은 상기 "고정 배터리"이다. 상기 첫 번째 실시예의 세 번째 상세예의 경우, 배터리 유닛(150)은 다수의 배터리 팩 형태로 제작되어 장착되는 구조를 가진다. 제어 유닛은 다수의 배터리 팩들을 예비 냉각하거나 제어할 수 있다.
[도38]은 본 명세서의 열세 번째 예시적 측면의 두 번째 실시예의 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 따른 상기 그리드의 다양한 유닛의 작동 상태에 대한 개략도이다. 본 실시예는 제어 유닛이나 사용자가 전기 기기의 스위치를 켤 때 TBU가 TD-Max보다 높은 고온일 경우, 제어 유닛이 배터리 유닛(150)의 방전을 제어하는 또 다른 구조 및 방법에 해당한다.
배터리 유닛(150), 배터리 세트 또는 배터리 팩이 TD-Max로 냉각되기 전 방전을 시작하게 되면, 배터리는 영구적 손상을 입을 수도 있다. 이를 방지하기 위하여 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 발생하는 에너지의 일부나 전부를 배터리 유닛(150)에 제공하는 대신 전기 기기(162)에 제공할 수 있다. 따라서 사용자는 자신의 필요에 따라 또는 발전 유닛(120)이 제공하는 에너지의 양에 따라 상기 기기(162)을 저급, 중급 또는 정상으로 구동할 수 있다.
본 두 번째 실시예의 첫 번째 상세예에서, 제어 유닛은 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지 중 EGEN-C는 냉각 유닛(140), 나머지인 EGEN-M은 전기 기기(162)에 공급한다. 제어 유닛은 배터리 유닛(150)이 직접 방전하지 못하도록 할 수 있다.
본 두 번째 실시예의 두 번째 상세예는 제어 유닛이 발전 유닛(120)이 생성하는 에너지 중 일부는 냉각 유닛(140)에, 나머지는 전기 기기(162)에 공급할 수 있다. 또한 [도38]에는 도시하지는 않았지만, 배터리 유닛(150)이 방전하며 전기 기기(162)에 에너지를 제공하도록 할 수 있다. 따라서 상기 실시예의 제어 유닛은 TBU가 적정 방전 온도보다 높은 고온에서 사용자가 스위치를 켬과 동시에 전기 기기를 구동할 수 있다는 장점을 제공한다.
본 명세서의 네 번째 예시적 측면의 세 번째 실시예는 TBU가 TC-Max보다 높을 때 전기 기기(162) 구동을 시작한 후의 냉각 유닛의 제어에 관련된 구조, 작동 순서 및 상기 순서에 대한 것이다. 일예로 TBU가 TD-Max로 내려가면, 제어 유닛은 상기 유닛(150)이 방전하며 에너지를 전기 기기(162)에 공급하도록 한다. 따라서 전기 기기(162)는 구동을 시작할 수 있다. 일단 배터리 유닛(150)이 방전하면, 제어 유닛은 TBU를 측정하며, TBU가 TC-Max보다 낮아질 때까지 냉각 유닛(140)을 구동할 수 있다.
본 명세서의 네 번째 예시적 측면의 네 번째 실시예는 마이크로 그리드의 다양한 유닛의 작동 상태 및 순서에 대한 개략도로서, TBU가 TC-Max보다 높을 때 사용자나 제어 유닛이 전기 기기의 구동을 시작하는 상태에서의 배터리 유닛(150)의 충전에 대한 것이다.
일예로 사용자가 전기 기기(162)의 스위치를 켜면, 제어 유닛은 TBU를 측정하며, 측정한 TBU가 적정 방전 온도 범위에 속하면 제어 유닛은 배터리 유닛(150)이 방전을 시작하며 EBAT를 전기 기기(162)에 제공하고, 이에 따라 전기 기기(162)는 구동을 시작한다. 또한 TBU가 적정 방전 온도 범위 및 적정 충전 온도 범위에 속하면, 제어 유닛은 전기 기기(162)의 구동과 동시에 또는 구동 후 엔진 유닛(110)과 발전 유닛(120)을 가동하여 배터리 유닛(150)의 충전을 시작할 수 있다.
상술과 같이 상기 차량의 "엔진 유닛"은 상기 그리드의 "소스"(또는 엔진 유닛)에 해당하고, 상기 차량의 "모터 유닛"은 상기 그리드의 "전기 기기"에 해당한다. 이 차이점을 제외하면, 상술의 열세 번째 예시적 측면의 다양한 마이크로 그리드와 다양한 유닛의 기타 특성은 상술의 네 번째 예시적 측면의 다양한 차량과 다양한 유닛들의 기타 특성과 동일하거나 유사하다. 따라서 상기 그리드, 다양한 유닛, 소스 및 전기 기기의 기타 구조, 배치, 구동 순서, 제어 등은 상기 차량 및 다양한 유닛의 기타 구조, 배치, 구동 순서, 제어 등과 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. 또 본 열세 번째 예시적 측면의 상기 그리드와 유닛도 상기 네 번째 예시적 측면의 차량 및 유닛과 유사하게 변형 또는 개량될 수 있으므로 이에 대한 자세한 설명도 생략한다.
서로 상충되지 않는 한, 상술의 열세 번째 예시적 측면의 다양한 구조 또는 방법은 본 명세서의 동일한 예시적 측면 또는 상이한 예시적 측면의 상이한 실시예나 상세예에도 서로 호환되어 적용될 수 있다.
14. 마이크로 그리드와 배터리 유닛의 기타 예시적 측면
또한 "적정 방전(또는 충전) 온도 및 배터리 유닛의 온도에 근거한 직렬형 하이브리드 차량의 주행 제어 및 방법"에 대한 상술의 다섯 번째 예시적 측면, "배터리 유닛, 분리 배터리 및 분리팩의 구조 및 제어 방법"에 대한 상술의 여섯 번째 예시적 측면, "분리 배터리나 분리팩, 고정 배터리나 고정팩의 전기적 연결 구조 및 구동 방법"에 대한 상술의 일곱 번째 예시적 측면, "배터리 유닛의 방전 용량과 발전 유닛의 발전 용량 및 제어 방법"에 대한 상술의 여덟 번째 예시적 측면 및 "다양한 예시적 측면, 실시예 또는 상세예의 변형 또는 개량"에 대한 아홉 번째 예시적 측면은 모두 상술의 열 번째 내지 열세 번째 예시적 측면에서 예시한 마이크로 그리드, 상기 그리드의 다양한 유닛, 상기 그리드의 전기 기기 및 상기 그리드의 소스에 동일하게 또는 유사하게 적용될 수 있다.
단 상술과 같이 상기 차량의 "엔진 유닛"은 상기 그리드의 "소스"(또는 엔진 유닛)에, 상기 차량의 "모터 유닛"은 상기 그리드의 "전기 기기"에 해당한다. 이와 같은 차이점을 제외하면, 상술의 다섯 번째 예시적 측면 내지 아홉 번째 예시적 측면의 다양한 차량과 다양한 유닛들의 기타 특성은 본 명세서의 다양한 마이크로 그리드, 상기 그리드의 다양한 유닛, 소스 및 전기 기기에 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다. 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
15. 호환성
상술에서는 다양한 배터리 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛, 제어 유닛, 엔진 유닛, 발전 유닛, 구동 유닛 등을 포함하는 다양한 하이브리드 차량, 상기 차량 및 상기 유닛들의 구성 및 배치, 상기 차량 및 상기 유닛들의 제어 및 이와 관련된 다양한 방법을 설명하였다, 또한 상술에서는 다양한 배터리 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛, 제어 유닛, 엔진 유닛, 발전 유닛, 소스 및 전기 기기를 포함하는 다양한 마이크로 그리드, 상기 그리드 및 상기 유닛들의 구성 및 배치, 상기 그리드 및 상기 유닛들의 제어 및 이와 관련된 다양한 방법을 설명하였다,
특히 상기 차량이나 마이크로 그리드의 다양한 예시적 측면, 상기 측면의 실시예와 상세예 및 다양한 수단과 효과 등을 언급하며 이에 대한 상세한 설명을 제공하였다. 단 상기 설명은 상기 차량이나 상기 마이크로 그리드 및 상기 방법의 특성, 구성 상의 특성이나 작업 실행 상의 특성을 더 자세히 이해하기 위함을 목적으로 한다. 따라서 상기 차량, 마이크로 그리드 및 다양한 유닛과 관련된 방법 등에 대한 자명한 변형 또는 개량은 관련 분야의 당업자의 능력에 속한다.
상술에서는 배터리 유닛, 발전 유닛, 가열 유닛, 냉각 유닛, 제어 유닛 등을 포함하는 다양한 하이브리드 차량 및 마이크로 그리드, 또는 상기 차량이나 그리드를 구성하거나 제어하는 방법 등에 대한 예시적 측면, 실시예 및 상세예 등에 대하여 설명하였으나, 이의 변형 또는 개량도 가능하다. 따라서 상기 변형 및 개량은 본 명세서의 예시적 측면, 실시예, 상세예 및 목적의 정신이나 범위로부터의 이탈로 간주하지 않으며, 관련 분야의 당업자에게 자명한 변형과 개량은 본 명세서의 범위 및 하술의 청구항의 범위에 속하는 것으로 간주한다.
상반된 언급이 없는 한, 본 명세서에서 예시한 특정 측면, 실시예, 상세예, 또는 수단의 다양한 특성은 본 명세서의 상이한 측면, 실시예, 상세예나 수단의 상응하는 특성에 호환적으로 적용될 수 있다. 단 상기 호환성은 상기 적용, 포함, 대체 또는 혼합이 서로 상충되지 않는 경우에 한한다.
본 명세서의 다양한 측면, 실시예 및 상세예를 상술과 같이 설명하였지만, 상술의 설명은 다양한 하이브리드 차량이나 마이크로 그리드, 상기 차량이나 마이크로 그리드의 다양한 유닛들을 설명하기 위함이지, 이들의 범위를 제한하기 위함이 아니다. 특히 상기 범위는 아래의 청구항에 의하여 정의된다. 상술의 측면, 실시예, 상세예, 이점 또는 변형 이외의 기타 측면, 실시예, 상세예, 이점, 변형 등도 모두 아래의 청구항의 범위에 속한다.
16. 참고 문헌
01. V. Pop, H.J. Bergveld, P.H.L. Notten, P.P.L. Regtien, “State-of-the art of battery state-of-charge determination,” Measurement Science & Technology 16(4) (2005).
Source: https://www.researchgate.net/publication/228624305_State-of-the-art_of_battery_state-of-charge_determination
02. “Charging at high and low temperatures: Learn how to extend battery life by moderating ambient temp,” BU-410, Battery University.
Source: https://batteryuniversity.com/learn/article/charging_at_high_and_low_temperatures
03. “Discharging at high and low temperatures; Explore limitations when operating a battery at adverse temp. and learn how to minimize the effects,” BU-502, Battery University.
Source: https://batteryuniversity.com/learn/article/discharging_at_high_and_low_temperatures
04. L. Ianniciello, P.H. Biwole, P. Achard, “A hybrid system for battery thermal management for electric vehicles.” European Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Congress , Mar 2017, Geneve, Switzerland. hal-01652212.
Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01652212
05. “Discharging characteristics of Li-ion batteries; Learn about the difference of energy and power requirements in a battery,” BU-501a, Battery University.
Source: https://batteryuniversity.com/learn/article/discharge_characteristics_li
06. “How to charge and when to charge; explore what conditions are best when charging any battery,” BU-415, Battery University.
Source: https://batteryuniversity.com/index.php/learn/article/how_to_charge_when_to_charge_table
110 엔진 유닛
112 (에너지) 소스
120 발전 유닛
130 가열 유닛
140 냉각 유닛
150 배터리 유닛
151 배터리
151R, 151R1, 151R2 분리 배터리, 분리팩
151S 고정 배터리, 고정팩
152 전기 연결 요소
152R 분리형 전기 연결 요소
152S 고정 전기 연결 요소
153 케이스
153R 분리 케이스
153S 고정 케이스
153T 덮개, 제1 덮개
153T2 제2 덮개
160 모터 유닛
162 잔기 기기
170 구동 유닛

Claims (18)

  1. 전기를 이용하여 주행하는 하이브리드 차량에 있어서,
    화석 연료를 연소하여 생성한 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 하나 이상의 엔진 유닛;
    상기 엔진 유닛으로부터 제공받은 상기 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 하나 이상의 발전 유닛;
    상기 발전 유닛으로부터 제공받는 상기 전기 에너지를 충전을 통하여 저장하고 방전을 통하여 방출하는 하나 이상의 배터리 유닛;
    상기 배터리 유닛의 하나 이상의 부위의 온도를 측정하는 하나 이상의 온도 센서;
    상기 방전을 통해 제공받은 상기 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 상기 기계적 에너지를 이용하여 상기 차량을 구동하는 하나 이상의 모터 유닛;
    상기 생성, 제공, 변환, 충전, 저장, 방전, 방출 및 구동 중 하나 이상을 제어할 수 있는 제어 유닛을 포함하되,
    상기 배터리 유닛은 하나 이상의 케이스를 포함하고, 상기 케이스 내부에 하나 이상의 분리 배터리 및 하나 이상의 고정 배터리를 포함하며, 상기 분리 배터리 및 고정 배터리는 각각 적정 방전 온도 범위와 적정 충전 온도 범위를 가지며,
    상기 케이스는 개폐가 가능한 하나 이상의 덮개를 포함하되, 상기 덮개는 상기 고정 배터리보다 상기 분리 배터리에 더 가깝도록 설치됨으로써, 사용자가 상기 덮개를 개방하면 상기 고정 배터리보다 상기 분리 배터리를 더 용이하게 접근할 수 있으며.
    상기 온도 센서가 측정한 상기 부위의 상기 온도가 상기 적정 방전 온도 범위 이내이면 상기 제어 유닛은 상기 고정 배터리를 방전시키는 반면, 상기 부위의 상기 온도가 상기 적정 방전 온도 범위 밖이면 상기 제어 유닛은 상기 분리 배터리를 방전시키며,
    따라서 상기 적정 방전 온도 범위 밖의 방전 시, 상기 방전에 의한 상기 고정 배터리의 손상은 줄이며, 상기 분리 배터리가 상기 방전에 의한 손상을 입도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리 배터리는 상기 고정 배터리에 비하여 상대적으로 적은 힘을 가해도 상기 배터리 유닛으로부터 전기적 방법 및 기계적 방법 중 하나의 방법으로 용이하게 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분리 배터리와 상기 고정 배터리는 동일한 종류의 2차전지인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  4. 제4항에 있어서,
    상기 2차전지는 리튬 이온 배터리인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분리 배터리와 상기 고정 배터리는 상이한 종류의 2차전지인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  6. 제1항에 있어서, 상기 배터리 유닛은 하나 이상의 분리형 전기 연결 요소 및 하나 이상의 고정 전기 연결 요소를 포함하고,
    상기 분리형 전기 연결 요소는 상기 분리 배터리에 전기적으로 연결되고, 상기 고정 전기 연결 요소는 상기 고정 배터리에 전기적으로 연결되며,
    상기 분리 배터리를 상기 분리형 전기 연결 요소로부터 기계적으로 분리하기 위하여 필요한 힘이 상기 고정 배터리를 상기 고정 전기 연결 요소로부터 분리하기 위하여 필요한 힘보다 적은 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  7. 제1항에 있어서, 상기 배터리 유닛은 하나 이상의 분리형 전기 연결 요소 및 하나 이상의 고정 전기 연결 요소를 포함하고,
    상기 분리형 전기 연결 요소는 상기 분리 배터리에 전기적으로 연결되고, 상기 고정 전기 연결 요소는 상기 고정 배터리에 전기적으로 연결되며,
    상기 분리형 전기 연결 요소와 상기 고정 전기 연결 요소는 상기 배터리 유닛에 전기적으로 연결되며,
    상기 분리 배터리가 연결된 상태에서 상기 분리형 전기 연결 요소를 상기 배터리 유닛으로부터 기계적으로 분리하기 위하여 필요한 힘이 상기 고정 배터리가 연결된 상태에서 상기 고정 전기 연결 요소를 상기 배터리 유닛으로부터 분리하기 위하여 필요한 힘보다 적은 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 온도 센서가 측정한 상기 부위의 상기 온도가 상기 적정 충전 온도 범위 이내이면 상기 제어 유닛은 상기 고정 배터리를 충전시키는 반면, 상기 부위의 상기 온도가 상기 적정 충전 온도 범위 밖이면 상기 제어 유닛은 상기 분리 배터리를 충전시키며,
    따라서 상기 적정 충전 온도 범위 밖의 충전 시, 상기 충전에 의한 상기 고정 배터리의 손상은 줄이며, 상기 분리 배터리가 상기 충전에 의한 손상을 입도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 부위의 상기 온도가 상기 적정 방전 온도 범위 밖인 경우, 상기 제어 유닛은 상기 고정 배터리를 방전하지 않은 채 상기 분리 배터리의 방전을 통하여 방출되는 전기 에너지를 이용하여 상기 모터 유닛을 구동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 부위의 상기 온도가 상기 적정 방전 온도 범위 밖인 경우, 상기 제어 유닛은 상기 고정 배터리의 방전 및 상기 분리 배터리의 방전을 통하여 방출되는 전기 에너지를 이용하여 상기 모터 유닛을 구동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  11. 전기를 이용하여 주행하는 하이브리드 차량에 있어서,
    연료를 연소하여 발생하는 열 에너지를 제1 기계적 에너지로 변환할 수 있는 하나 이상의 엔진 유닛;
    상기 엔진 유닛으로부터 상기 제1 기계적 에너지의 최소한 일부를 제공받으며, 이를 제1 전기 에너지로 변환할 수 있는 하나 이상의 발전 유닛;
    상기 발전 유닛으로부터 상기 제1 전기 에너지의 최소한 일부를 제공받으며, 이를 충전을 통하여 제2 전기 에너지로 저장할 수 있고, 저장된 상기 제2 전기 에너지의 최소한 일부를 방전을 통하여 제3 전기 에너지로 배출할 수 있는 하나 이상의 배터리 유닛;
    상기 배터리 유닛의 하나 이상의 부위의 온도를 측정하는 하나 이상의 온도 센서;
    상기 제3 전기 에너지의 최소한 일부를 상기 배터리 유닛으로부터 제공받으며, 이를 제2 기계적 에너지로 변환할 수 있는 모터 유닛;
    상기 모터 유닛으로부터 상기 제2 기계적 에너지의 최소한 일부를 제공받고, 이를 이용하여 상기 차량을 구동하는 구동 유닛; 및
    상기 변환, 제공, 충전, 저장, 방전, 배출 및 구동 중 하나 이상을 제어할 수 있는 제어 유닛을 포함하되,
    상기 배터리 유닛은 하나 이상의 분리 배터리 및 하나 이상의 고정 배터리를 포함하며, 상기 분리 배터리 및 상기 고정 배터리는 각각 적정 방전 온도 범위와 적정 충전 온도 범위를 가지며,
    상기 케이스는 개폐가 가능한 하나 이상의 덮개를 포함하되, 상기 덮개는 상기 고정 배터리보다 상기 분리 배터리에 더 가깝도록 설치됨으로써, 사용자가 상기 덮개를 개방하면 상기 고정 배터리보다 상기 분리 배터리를 더 용이하게 접근할 수 있으며.
    상기 온도 센서가 측정한 상기 부위의 상기 온도가 상기 적정 방전 온도 범위 이내이면 상기 제어 유닛은 상기 고정 배터리를 방전시키는 반면, 상기 부위의 상기 온도가 상기 적정 방전 온도 범위 밖이면 상기 제어 유닛은 상기 분리 배터리를 방전시키며,
    따라서 상기 적정 방전 온도 범위 밖의 방전 시, 상기 방전에 의한 상기 고정 배터리의 손상은 줄이며, 상기 분리 배터리가 상기 방전에 의한 손상을 입도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 분리 배터리는 상기 고정 배터리에 비하여 상대적으로 적은 힘을 가해도 상기 배터리 유닛으로부터 전기적 방법 및 기계적 방법 중 하나의 방법으로 용이하게 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 분리 배터리와 상기 고정 배터리는 동일한 종류의 2차전지인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  14. 제14항에 있어서,
    상기 2차전지는 리튬 이온 배터리인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 분리 배터리와 상기 고정 배터리는 상이한 종류의 2차전지인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  16. 제11항에 있어서, 상기 배터리 유닛은 하나 이상의 분리형 전기 연결 요소 및 하나 이상의 고정 전기 연결 요소를 포함하고,
    상기 분리형 전기 연결 요소는 상기 분리 배터리에 전기적으로 연결되고, 상기 고정 전기 연결 요소는 상기 고정 배터리에 전기적으로 연결되며,
    상기 분리 배터리를 상기 분리형 전기 연결 요소로부터 기계적으로 분리하기 위하여 필요한 힘이 상기 고정 배터리를 상기 고정 전기 연결 요소로부터 분리하기 위하여 필요한 힘보다 적은 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  17. 제11항에 있어서, 상기 배터리 유닛은 하나 이상의 분리형 전기 연결 요소 및 하나 이상의 고정 전기 연결 요소를 포함하고,
    상기 분리형 전기 연결 요소는 상기 분리 배터리에 전기적으로 연결되고, 상기 고정 전기 연결 요소는 상기 고정 배터리에 전기적으로 연결되며,
    상기 분리형 전기 연결 요소와 상기 고정 전기 연결 요소는 상기 배터리 유닛에 전기적으로 연결되며,
    상기 분리 배터리가 연결된 상태에서 상기 분리형 전기 연결 요소를 상기 배터리 유닛으로부터 기계적으로 분리하기 위하여 필요한 힘이 상기 고정 배터리가 연결된 상태에서 상기 고정 전기 연결 요소를 상기 배터리 유닛으로부터 분리하기 위하여 필요한 힘보다 적은 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 온도 센서가 측정한 상기 부위의 상기 온도가 상기 적정 충전 온도 범위 이내이면 상기 제어 유닛은 상기 고정 배터리를 충전시키는 반면, 상기 부위의 상기 온도가 상기 적정 충전 온도 범위 밖이면 상기 제어 유닛은 상기 분리 배터리를 충전시키며,
    따라서 상기 적정 충전 온도 범위 밖의 충전 시, 상기 충전에 의한 상기 고정 배터리의 손상은 줄이며, 상기 분리 배터리가 상기 충전에 의한 손상을 입도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
PCT/KR2020/011829 2019-09-03 2020-09-03 하이브리드 차량 및 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 제어 및 방법 WO2021045519A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190108542A KR102191926B1 (ko) 2019-09-03 2019-09-03 하이브리드 차량 배터리 제어 유닛 및 방법
KR1020190108543A KR20210028297A (ko) 2019-09-03 2019-09-03 마이크로그리드의 에너지 저장 장치의 제어 방법
KR10-2019-0108542 2019-09-03
KR10-2019-0108543 2019-09-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021045519A1 true WO2021045519A1 (ko) 2021-03-11

Family

ID=74852656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/011829 WO2021045519A1 (ko) 2019-09-03 2020-09-03 하이브리드 차량 및 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 제어 및 방법

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2021045519A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116266243A (zh) * 2022-09-27 2023-06-20 上海易碳数字科技有限公司 用于电动汽车动力电池生命周期碳足迹的核算方法及系统
DE102023001971A1 (de) 2022-05-17 2023-11-23 Mercedes-Benz Group AG Flexi-Range-Batteriekonfiguration mit konstanter Leistung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101247390B1 (ko) * 2011-11-08 2013-03-25 세방전지(주) 다분할 하이브리드 차량용 배터리 팩
KR101339264B1 (ko) * 2012-11-23 2013-12-09 기아자동차 주식회사 하이브리드 차량의 충방전 제어 방법 및 시스템
WO2014061052A1 (ja) * 2012-10-15 2014-04-24 川崎重工業株式会社 電動車両
JP2014147197A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Hitachi Automotive Systems Ltd バッテリ制御装置
KR20170142499A (ko) * 2016-06-17 2017-12-28 이남재 전기차 배터리 교환 시스템 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101247390B1 (ko) * 2011-11-08 2013-03-25 세방전지(주) 다분할 하이브리드 차량용 배터리 팩
WO2014061052A1 (ja) * 2012-10-15 2014-04-24 川崎重工業株式会社 電動車両
KR101339264B1 (ko) * 2012-11-23 2013-12-09 기아자동차 주식회사 하이브리드 차량의 충방전 제어 방법 및 시스템
JP2014147197A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Hitachi Automotive Systems Ltd バッテリ制御装置
KR20170142499A (ko) * 2016-06-17 2017-12-28 이남재 전기차 배터리 교환 시스템 및 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023001971A1 (de) 2022-05-17 2023-11-23 Mercedes-Benz Group AG Flexi-Range-Batteriekonfiguration mit konstanter Leistung
CN116266243A (zh) * 2022-09-27 2023-06-20 上海易碳数字科技有限公司 用于电动汽车动力电池生命周期碳足迹的核算方法及系统
CN116266243B (zh) * 2022-09-27 2023-10-10 上海易碳数字科技有限公司 用于电动汽车动力电池生命周期碳足迹的核算方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021045519A1 (ko) 하이브리드 차량 및 마이크로 그리드의 배터리 유닛의 제어 및 방법
WO2013187583A1 (ko) 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 전압 추정 장치 및 방법
WO2013154272A1 (ko) 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 시스템, 이차 전지의 관리 장치 및 방법
WO2020189915A1 (ko) 배터리 관리 장치
WO2010093186A2 (ko) 배터리 셀 균등 충전 장치 및 그 제어 방법
WO2010027168A2 (ko) 버스 바 구비 리튬 2차 전지 단위 셋 및 버스 바 구비 리튬 2차 전지 셋
WO2015056963A1 (ko) 혼합 양극재를 포함하는 이차 전지의 상태 추정 장치 및 그 방법
WO2012148189A2 (ko) 전동기 및 이를 구비한 전기차량
WO2014088325A1 (ko) 이차 전지의 방전 심도 추정 장치 및 방법
WO2020222516A1 (ko) 전기차 충전을 위한 교차 인증 방법 및 장치
WO2015056964A1 (ko) 하이브리드 이차 전지의 상태 추정 장치 및 그 방법
WO2021045539A1 (ko) 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 제어방법
WO2013095066A1 (ko) 무선 전력전송장치 및 방법
WO2022164114A1 (ko) 신재생에너지를 이용한 충전위치 선택형 전기자동차 충전 방법 및 시스템
WO2019231070A1 (ko) 배터리셀 온도제어 시스템 및 이의 제어방법
WO2023153651A1 (ko) 배터리 충방전 장치
WO2020204534A1 (ko) 컨버터
WO2022045589A1 (ko) 손상된 전지 셀의 검출이 가능한 전지 시스템 및 전지 모듈 평가 방법
WO2020045930A1 (ko) 연료전지 파워팩
WO2024005604A1 (ko) 전기차 충전을 위한 무선랜 기반의 충전 통신 장치 및 방법
WO2020045994A1 (ko) 연료전지 파워팩의 가스 공급 구조
WO2022164153A1 (ko) 충전위치 선택형 전기자동차 충전 방법 및 시스템
WO2022235096A1 (ko) 버스바 어셈블리, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2015147527A1 (ko) 배터리팩, 셀 모듈 및 셀 모듈 조립체
WO2022164152A1 (ko) 다중접속스위치 및 이를 포함하는 충전위치 선택형 전기자동차 충전시스템

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20861885

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20861885

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 125A DATED 09/09/2022)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20861885

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1