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KR101589839B1 - 배전 시스템 - Google Patents

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KR101589839B1
KR101589839B1 KR1020147004792A KR20147004792A KR101589839B1 KR 101589839 B1 KR101589839 B1 KR 101589839B1 KR 1020147004792 A KR1020147004792 A KR 1020147004792A KR 20147004792 A KR20147004792 A KR 20147004792A KR 101589839 B1 KR101589839 B1 KR 101589839B1
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찌페이 루
큉 라이
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쉔젠 비와이디 오토 알앤디 컴퍼니 리미티드
비와이디 컴퍼니 리미티드
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Abstract

배전 시스템이 제공된다. 상기 배전 시스템은: 적어도 두 개의 직렬 모듈(11)을 포함하고, 각각의 직렬 모듈은 직렬로 연결되는 적어도 두 개의 배터리 그룹을 포함하는 배터리 모듈(1); 상기 배터리 모듈(1)에 연결되는 제어 모듈(2); 및 상기 제어 모듈(2)과 연결되는 분전함(3)을 포함하며, 상기 제어 모듈(2)은: IGBT 모듈(23), 복수 개의 릴레이(K)를 포함하고, 각각의 직렬 모듈(11)이 연결되며, 상기 IGBT 모듈(23)에 연결되는 릴레이 모듈(22) 및 상기 IGBT 모듈(23)과 함께 작동할 하나 또는 그 이상의 직렬 모듈(11)을 선택하기 위하여 각각의 릴레이(K)의 ON 또는 OFF를 제어하는 릴레이 제어 모듈(21)을 포함한다.

Description

배전 시스템{ELECTRICITY SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 배전 분야에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 배전 시스템에 관한 것이다.
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2011년 7월 29일 중화인민공화국 특허청에 제출된 중국특허출원 201120273473.0에 대하여 우선권을 주장하며, 본 명세서에서 그 전체가 참고로 인용된다.
전기차(electric vehicle)의 핵심적인 부품 중 하나는 배터리이다. 그러나, 리튬-이온 배터리의 성능은 저온에서 일반적으로 저하된다. 따라서, 전기차에 사용되는 리튬-이온 배터리를 가열하는 것이 필요하다. 전기차 배터리 가열 시스템은 기술적으로 도전적인 분야가 되어왔다. 직렬 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor) 가열은 전기차 배터리를 가열하는 전통적인 방법 중 하나이다.
전기차 배터리들은 대부분 배터리 팩을 형성하기 위하여 직렬로 구성되므로, IGBT 가열을 하기 위해서는, IGBT가 상기 배터리 팩과 직렬로 연결되어야 하며, 상기 배터리 팩은 배터리 팩 전체의 순간 단락 회로(instant short circuit)에 의하여 생성되는 펄스 전류를 통하여 가열된다. 배터리의 성능이 좋지 않을 때에는, 배터리의 큰 저항으로 인하여 펄스 순간 단락 전류(pulse instant short current)가 커지지 않을 수 있으며(예를 들면, 3000A 미만), 이에 따라 전체 배터리의 직렬 IGBT 가열이 실현 가능하다. 그러나, 배터리의 성능 향상과 함께, 배터리 저항은 하이브리드 차량 배터리 팩의 펄스 순간 단락 전류가 5000A 를 넘어서고, 순수 전기차 배터리 팩의 펄스 순간 단락 전류는 7000A 를 넘어설 정도로 크게 증가 되었으며, 이 정도의 전류는 IGBT, 퓨즈 플러그 및 배터리 자체에도 지나치게 크다.
또한, 한편으로는, 배터리 팩은 일반적으로 직렬로 연결된 수 백개의 배터리로 구성되고, 반복되는 충방전 과정 동안 유발될 수 있는 배터리 각각의 불균일한 방전 때문에, 이는 배터리 팩의 용량 손실을 유발할 수 있다. 그리고 다른 한편으로는, 직렬 IGBT 가열 과정 동안에, 다른 배터리 그룹으로 인하여 방전 차이가 발생할 수 있으며, 이에 따라 배터리 팩의 전압 차이가 발생할 수 있다.
발명의 요약
본 발명은 상술한 문제들 중 적어도 하나를 해결하는 것을 목적으로 하며, 보다 구체적으로는, 전통적인 직렬 IGBT 가열 과정에서 배터리, 전자 장치 및 부품의 수명 손실을 유발할 수 있는, 지나치게 큰 전류로 인한 결함을 해결하는 것을 목적으로 한다. 이에 따라, 일괄적인 가열을 실현하고 지나치게 큰 전류를 방지할 수 있는 배전(electricity supply)이 제공될 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배전 시스템이 제공된다. 상기 배전 시스템은, 적어도 두 개의 직렬 모듈을 포함하고, 각각의 직렬 모듈은 직렬로 연결되는 적어도 두 개의 배터리 그룹을 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈에 연결되는 제어 모듈; 및 상기 제어 모듈에 연결되는 분전함을 포함하며, 상기 제어 모듈은, IGBT 모듈; 복수 개의 릴레이를 포함하고, 상기 각각의 직렬 모듈이 연결되며, 상기 IGBT 모듈에 연결되는 릴레이 모듈; 및 상기 IGBT 모듈과 함께 작동할 하나 또는 그 이상의 직렬 모듈을 선택하기 위하여 각각의 릴레이의 ON 또는 OFF를 제어하기 위한 릴레이 제어 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 배터리 모듈은, 직렬로 연결되는 제1 릴레이를 통하여 상기 분전함과 연결되는 하나의 최초 배터리 그룹; 복수 개의 중간 배터리 그룹; 및 직렬로 연결되는 제4 릴레이를 통하여 상기 IGBT 모듈과 연결되는 하나의 최종 배터리 그룹을 포함하며, 상기 복수 개의 중간 배터리 그룹은, 각각의 중간 배터리 그룹이 상기 각각의 중간 배터리 그룹과 직렬로 연결되는 제2 릴레이를 통하여 상기 분전함과 연결되고, 상기 중간 배터리 그룹과 직렬로 연결되는 제3 릴레이를 통하여 상기 IGBT 모듈과 연결되며, 상기 최초 배터리 그룹, 상기 복수 개의 중간 배터리 그룹 및 상기 최종 배터리 그룹은 상기 적어도 두 개의 직렬 모듈에 속하며, 상기 IGBT 모듈은 상기 분전함과 연결되고, 인접하는 두 개의 직렬 모듈은 제5 릴레이를 통하여 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 직렬 모듈은 직렬로 연결되는 두 개의 배터리 그룹을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 릴레이는 전자 릴레이(electromagnetic relay)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 릴레이 제어 모듈은 단일 칩 마이크로 컴퓨터(single-chip microcomputer)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 그룹 가열 방법이 제공된다. 상기 배터리 그룹 가열 방법은, 적어도 두 개의 직렬 모듈을 포함하고, 상기 적어도 두 개의 직렬 모듈 각각은 직렬로 연결되는 적어도 두 개의 배터리 그룹을 포함하는 배터리 모듈을 구성하는 단계; IGBT 모듈, 릴레이 모듈 및 릴레이 제어 모듈을 포함하는 제어 모듈을 구성하는 단계; 및 상기 IGBT 모듈 및 상기 릴레이 모듈 각각에 연결되는 분전함을 구성하는 단계를 포함하며, 상기 릴레이 모듈은 복수 개의 릴레이를 포함하고, 상기 직렬 모듈 각각은 상기 릴레이 모듈과 연결되며, 상기 릴레이 모듈은 상기 IGBT 모듈과 연결되고, 상기 릴레이 제어 모듈은 상기 IGBT 모듈과 함께 작동할 하나 또는 그 이상의 직렬 모듈을 선택하기 위하여 각각의 릴레이의 ON 또는 OFF를 제어할 수 있다.
일 실시예에서 상기 배터리 모듈은, 직렬로 연결되는 제1 릴레이를 통하여 상기 분전함과 연결되는 하나의 최초 배터리 그룹; 복수 개의 중간 배터리 그룹; 및 직렬로 연결되는 제4 릴레이를 통하여 상기 IGBT 모듈과 연결되는 하나의 최종 배터리 그룹을 포함하며, 상기 복수 개의 중간 배터리 그룹은, 각각의 중간 배터리 그룹이 상기 각각의 중간 배터리 그룹과 직렬로 연결되는 제2 릴레이를 통하여 상기 분전함과 연결되고, 상기 중간 배터리 그룹과 직렬로 연결되는 제3 릴레이를 통하여 상기 IGBT 모듈과 연결되며, 상기 최초 배터리 그룹, 상기 복수 개의 중간 배터리 그룹 및 상기 최종 배터리 그룹은 상기 적어도 두 개의 직렬 모듈에 속하며, 상기 IGBT 모듈은 상기 분전함과 연결되고, 인접하는 두 개의 직렬 모듈은 제5 릴레이를 통하여 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 전압 평형을 구현하기 위하여 최대 전압을 갖는 직렬 모듈과 최소 전압을 갖는 직렬 모듈을 병렬로 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 직렬 모듈 각각은 직렬로 연결되는 제1 배터리 그룹과 제2 배터리 그룹을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 방법은, 상기 릴레이 제어 모듈이 릴레이 각각의 ON 또는 OFF를 제어하여, 제1 직렬 모듈의 제1 배터리 그룹이 상기 분전함에 직접 연결되고, 상기 제1 직렬 모듈의 제2 배터리 그룹이 상기 IGBT 모듈을 통하여 상기 분전함에 연결되도록 구성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 방법은, 상기 릴레이 제어 모듈이 릴레이 각각의 ON 또는 OFF를 제어하여, 제1 직렬 모듈의 제1 배터리 그룹이 상기 분전함에 직접 연결되고, 제2 직렬 모듈의 제2 배터리 그룹이 상기 IGBT 모듈을 통하여 상기 분전함에 연결되도록 구성하는 단계를 포함하되, 상기 제1 직렬 모듈의 상기 제1 배터리 그룹, 상기 제1 직렬 모듈의 제2 배터리 그룹, 상기 제2 직렬 모듈의 제1 배터리 그룹 및 상기 제2 직렬 모듈의 상기 제2 배터리 그룹은 직렬로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 릴레이는 전자 릴레이(electromagnetic relay)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 릴레이 제어 모듈은 단일 칩 마이크로 컴퓨터(single-chip microcomputer)일 수 있다.
종래의 전체 팩(entire pack) 직렬 IGBT 가열 시스템과 비교하여, 본 발명에 따른 배전 시스템 및 배터리 그룹 가열 방법은 다음과 같은 장점을 갖는다.
(1) 상기 배전 시스템은 배터리 그룹을 일괄적으로 가열할 수 있는 배전 시스템을 구현할 수 있으며, 따라서 최대 전류를 2500A 내지 3000A 의 범위에서 유지할 수 있으며, 이는 배터리 자체, 다른 전자 장치들 및 전자 부품의 성능에 손상을 가하지 않을 수 있다.
(2) 상기 배전 시스템은 배터리 그룹들 간의 전압 평형 및 고전압 배터리 그룹과 저전압 배터리 그룹 간의 평행 평형 전압(parallel equilibrium voltage)을 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들의 또 다른 측면 및 장점은 후술하는 설명에서 제공되며, 후술하는 설명으로부터 명백해지거나, 본 발명의 실시예에 따른 실시로부터 습득될 것이다.
본 발명의 여러 가지 측면 및 이점은 도면과 함께 다음의 설명으로부터 명백하고 더욱 쉽게 인식될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배전 시스템을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 직렬 모듈 연결을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈과 제어 모듈의 연결을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 실시예들은 첨부되는 도면과 함께 다음에서 구체적으로 설명되며, 동일하거나 유사한 구성요소 및 동일하거나 유사한 기능을 갖는 구성요소들은 본 명세서 전반에서 동일한 참조 부호로 표시된다. 본 명세서에서 첨부되는 도면을 참조로 설명되는 실시예들은 설명 및 예시를 위한 것이며, 일반적으로 본 발명을 이해하기 위하여 사용된다. 상기 실시예들은 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배전 시스템을 나타내는 블럭도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배전 시스템은: 배터리 모듈(1), 제어 모듈(2) 및 분전함(3)을 포함한다. 상기 배터리 모듈(1)은 상기 제어 모듈(2)에 연결되고, 상기 제어 모듈(2)은 상기 분전함(3)에 연결된다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 직렬 모듈 연결을 나타내는 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(1)은 적어도 두 개의 직렬 모듈(11)을 포함한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈과 제어 모듈의 연결을 나타내는 개략도이다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 각각의 직렬 모듈(11)은 직렬로 연결되는 적어도 두 개의 배터리 그룹을 포함한다. 각각의 직렬 모듈(11)은 직렬로 연결되는 둘 또는 그 이상의 배터리 그룹을 포함할 수 있는데, 직렬 모듈(11)에 포함되는 배터리 그룹의 수는 상기 배전 시스템의 요구 조건에 따라 달라지는 것으로 이해되어야 한다. 마찬가지로, 상기 배터리 모듈(1)은 둘 또는 그 이상의 직렬 모듈(11)을 포함할 수 있는데, 상기 직렬 모듈(11)의 개수 또한 상기 배전 시스템의 요구 조건에 따라 달라진다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 상기 제어 모듈(2)은: 릴레이 모듈(22), 릴레이 제어 모듈(21) 및 IGBT 모듈(23)을 포함한다. 상기 릴레이 모듈(22)은 복수 개의 릴레이(K)를 포함한다. 각각의 직렬 모듈(11)은 상기 릴레이 모듈(22)에 연결되고, 상기 릴레이 모듈(22)은 상기 IGBT 모듈(23)에 연결된다. 상기 릴레이 제어 모듈(21)은 상기 IGBT 모듈(23)과 함께 작동할 직렬 모듈(11)을 선택하기 위하여 각각의 릴레이(K)의 ON 또는 OFF를 제어한다. 상기 배전 시스템은 상기 배터리 그룹을 일괄적으로 가열하고 전압 평형을 실현할 수 있다. 상기 제어 모듈(2)은 실시에 따라 결정되는 외부 신호에 의하여 작동될 수 있음을 주목해야 한다.
도 3에 더 도시되는 바와 같이, 상기 배터리 모듈(1)은: 하나의 최초 배터리 그룹(110), 하나의 최종 배터리 그룹(112) 및 복수 개의 중간 배터리 그룹(111)을 포함한다. 상기 최초 배터리 그룹(110), 중간 배터리 그룹(111) 및 최종 배터리 그룹(112)은 상기 직렬 모듈(11)에 속한다. 상기 최초 배터리 그룹(110)은 이에 직렬로 연결되는 릴레이(K)를 통하여 상기 분전함(3)과 연결된다. 각각의 중간 배터리 그룹(111)은 이들과 직렬로 연결되는 릴레이(K)를 통하여 상기 분전함(3)과 연결되며, 상기 중간 배터리 그룹(111)과 직렬로 연결되는 릴레이(K)를 통하여 상기 IGBT 모듈(23)과 연결된다. 상기 최종 배터리 그룹(112)은 이와 직렬로 연결되는 릴레이(K)를 통하여 상기 IGBT 모듈(23)과 연결된다. 이를 요약하면, 본 실시예에서 상기 배터리 모듈(1)은: 오직 상기 분전함(3)과 연결되는 하나의 최초 배터리 그룹(110), 오직 상기 IGBT 모듈(23)과 연결되는 하나의 최종 배터리 그룹(112), 상기 분전함(3)과 IGBT 모듈(23)에 모두 연결되는 복수 개의 중간 배터리 그룹(111)을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 IGBT 모듈(23)은 상기 분전함(3)에 연결되고, 두 개의 인접한 직렬 모듈(11)은 릴레이(K)를 통하여 연결된다.
일 실시예에서, 직렬 모듈(11) 각각은 직렬로 연결되는 두 개의 배터리 그룹을 포함할 수 있다. 그러나, 배터리 그룹의 개수는 두 개가 아닐 수 있으며, 이는 실시에 따라 선택된다.
일 실시예에서, 상기 릴레이는 전자 릴레이(electromagnetic relay)일 수 있다. 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 동일한 성능을 얻을 수 있는 다른 릴레이가 사용될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
일 실시예에서, 상기 릴레이 제어 모듈(21)은 PLC(Programmable Logic Controller), SCM(Single-Chip Microcomputer) 또는 다른 종류의 제어 모듈일 수 있다. 본 실시예에서는 SCM이 사용된다.
IGBT 가열 시스템의 경우, 외부 회로는 IGBT 회로에 의해 빠르게 단락 또는 개방될 수 있는데, 이는 배터리의 순간 단락 회로(instant short circuit)를 구현할 수 있으며, 일반적으로 대략 1~2분간 지속된다. 펄스 전류(pulse currnet)의 동일한 펄스 폭(pulse width) 조건에서, 상기 펄스 전류 및 상기 펄스 전류에 의하여 생성되는 열은 모두 배터리 전압 및 저항에 의존한다. 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 이러한 IGBT 회로는 본 명세서에서 자세히 기술되지 않는다. 본 발명은 주로 상기 외부 회로의 구조를 최적화하며, 이에 따라 가열 순간에 생성되는 지나치게 큰 순간 단락 전류를 피하고 회로 장치 손상을 방지하도록 상기 배터리 그룹을 일괄적으로 가열할 수 있도록 한다.
또한, 전기차의 핵심 부품 중 하나인 상기 분전함(3)은 상기 배터리 모듈(1)의 출력을 제어하고 분배한다. 상기 분전함의 제어 및 분배 방법은 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명하며, 본 명세서에서는 자세히 기술되지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구조를 나타내는 개략도이며 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다. 구체적인 회로 연결은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명된다.
배터리 그룹 113(예를 들어, 최초 배터리 그룹)의 음극은 릴레이 K1을 통하여 상기 제어 모듈(2)의 양(positive)의 인출 단자와 연결된다. 배터리 그룹 114(예를 들어, 중간 배터리 그룹 중 하나)는 릴레이 K2를 통하여 상기 제어 모듈(2)의 상기 양(positive)의 인출 단자에 연결되며, 상기 배터리 그룹 114는 릴레이 K11을 통하여 상기 IGBT 모듈(23)에 연결된다.
배터리 그룹 115(예를 들어, 중간 배터리 그룹 중 하나)의 음극은 릴레이 K3을 통하여 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자와 연결되며, 상기 배터리 그룹 115는 릴레이 K12를 통하여 상기 IGBT 모듈(23)에 연결된다. 배터리 그룹 116(예를 들어, 중간 배터리 그룹 중 하나)의 양극은 릴레이 K4를 통하여 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자와 연결되며, 상기 배터리 그룹 116은 릴레이 K13을 통하여 상기 IGBT 모듈(23)에 연결된다.
배터리 그룹 117(예를 들어, 중간 배터리 그룹 중 하나)의 음극은 릴레이 K5를 통하여 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자와 연결되며, 상기 배터리 그룹 117은 릴레이 K14를 통하여 상기 IGBT 모듈(23)에 연결된다. 배터리 그룹 118(예를 들어, 중간 배터리 그룹 중 하나)의 양극은 릴레이 K6을 통하여 상기 제어 모듈(2)의 양 인출 단자와 연결되며, 상기 배터리 그룹 118은 릴레이 K15를 통하여 상기 IGBT 모듈(23)에 연결된다.
배터리 그룹 119(예를 들어, 중간 배터리 그룹 중 하나)의 음극은 릴레이 K7을 통하여 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자와 연결되며, 상기 배터리 그룹 119는 릴레이 K16을 통하여 상기 IGBT 모듈(23)에 연결된다. 배터리 그룹 120(예를 들어, 중간 배터리 그룹 중 하나)의 양극은 릴레이 K8을 통하여 상기 제어 모듈(2)의 양 인출 단자와 연결되며, 상기 배터리 그룹 120은 릴레이 K17을 통하여 상기 IGBT 모듈(23)에 연결된다.
배터리 그룹 121(예를 들어, 중간 배터리 그룹 중 하나)의 음극은 릴레이 K9를 통하여 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자와 연결되며, 상기 배터리 그룹 121은 릴레이 K18을 통하여 상기 IGBT 모듈(23)에 연결된다. 배터리 그룹 122(예를 들어, 최종 배터리 그룹)의 양극은 릴레이 K10을 통하여 상기 IGBT 모듈(23)에 연결된다.
배터리 그룹 114와 115는 릴레이 K21을 통하여 직렬로 연결된다. 배터리 그룹 116와 117은 릴레이 K22를 통하여 직렬로 연결된다. 배터리 그룹 118과 119는 릴레이 K23을 통하여 직렬로 연결된다. 배터리 그룹 120과 121은 릴레이 K24를 통하여 직렬로 연결된다.
상기 배전 시스템의 작동 방법은 아래에서 설명될 수 있다.
(1) 상기 시스템은 전기차에 전력을 공급하기 위하여 배터리 그룹의 직렬 연결을 구현할 수 있다.
상기 배터리 그룹 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121 및 122는 모듈 간 연결 시트를 통하여 각각 직렬 및 쌍으로 연결된다. 상기 릴레이 K21, K22, K23 및 K24는 상기 배터리 그룹 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120 및 121의 직렬 연결을 허용하기 위하여 켜져 있다. 따라서, 상기 릴레이 K1, K21, K22, K23, K24 및 K10이 켜져 있고, 다른 릴레이들은 꺼져 있으면, 상기 배터리 모듈(1)의 양극은 상기 제어 모듈(2)의 양 인출 단자에 연결되고, 상기 배터리 모듈(1)의 음극은 상기 IGBT 모듈(23)에 연결되어, 배터리 모듈에 의한 전체 전기차에 대한 전력 공급을 실현한다.
(2) 상기 시스템은 순차적으로, 둘 또는 넷의 인접한 배터리 그룹의 상기 제어 모듈(2)과의 연결 및 가열을 구현할 수 있다.
인접한 두 개의 배터리 그룹의 가열은 다음과 같이 수행될 수 있다.
릴레이 K1과 K11은 켜져 있고, 다른 릴레이들은 꺼져 있어 배터리 그룹 113과 114는 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자 및 상기 IGBT 모듈(23)과 연결된다. 따라서 상기 배터리 그룹 113과 114는 상기 IGBT 모듈(23)에 의하여 가열된다.
릴레이 K3과 K13은 켜져 있고, 다른 릴레이들은 꺼져 있어 배터리 그룹 115와 116은 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자 및 상기 IGBT 모듈(23)과 연결된다. 따라서 상기 배터리 그룹 115와 116은 상기 IGBT 모듈(23)에 의하여 가열된다.
릴레이 K5와 K15는 켜져 있고, 다른 릴레이들은 꺼져 있어 배터리 그룹 117과 118은 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자 및 상기 IGBT 모듈(23)과 연결된다. 따라서 상기 배터리 그룹 117과 118은 상기 IGBT 모듈(23)에 의하여 가열된다.
릴레이 K7과 K17은 켜져 있고, 다른 릴레이들은 꺼져 있어 배터리 그룹 119와 120은 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자 및 상기 IGBT 모듈(23)과 연결된다. 따라서 상기 배터리 그룹 119와 120은 상기 IGBT 모듈(23)에 의하여 가열된다.
릴레이 K9와 K10은 켜져 있고, 다른 릴레이들은 꺼져 있어 배터리 그룹 121과 122는 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자 및 상기 IGBT 모듈(23)과 연결된다. 따라서 상기 배터리 그룹 121과 122는 상기 IGBT 모듈(23)에 의하여 가열된다.
인접한 네 개의 배터리 그룹의 가열은 다음과 같이 수행될 수 있다.
릴레이 K1, K13 및 K21은 켜져 있고, 다른 릴레이들은 꺼져 있어 배터리 그룹 113, 114, 115 및 116은 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자 및 상기 IGBT 모듈(23)과 연결된다. 따라서, 상기 배터리 그룹 113, 114, 115 및 116은 상기 IGBT 모듈(23)에 의하여 가열된다.
릴레이 K3, K15 및 K22는 켜져 있고, 다른 릴레이들은 꺼져 있어 배터리 그룹 115, 116, 117 및 118은 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자 및 상기 IGBT 모듈(23)과 연결된다. 따라서, 상기 배터리 그룹 115, 116, 117 및 118은 상기 IGBT 모듈(23)에 의하여 가열된다.
릴레이 K5, K17 및 K23은 켜져 있고, 다른 릴레이들은 꺼져 있어 배터리 그룹 117, 118, 119 및 120은 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자 및 상기 IGBT 모듈(23)과 연결된다. 따라서, 상기 배터리 그룹 117, 118, 119 및 120은 상기 IGBT 모듈(23)에 의하여 가열된다.
릴레이 K7, K10 및 K24는 켜져 있고, 다른 릴레이들은 꺼져 있어 배터리 그룹 119, 120, 121 및 122는 상기 제어 모듈(2)의 양의 인출 단자 및 상기 IGBT 모듈(23)과 연결된다. 따라서, 상기 배터리 그룹 119, 120, 121 및 122는 상기 IGBT 모듈(23)에 의하여 가열된다.
두 개 또는 네 개의 배터리 그룹의 동시 가열 이외에도, 실시 형태에 따라 어떠한 수의 배터리 그룹도 가열될 수 있음에 주목해야 한다.
(3) 상기 시스템은 배터리 그룹 간의 전압 평형을 구현할 수 있다.
배터리 그룹 113과 배터리 그룹 114, 배터리 그룹 115와 배터리 그룹 116 , 배터리 그룹 117과 배터리 그룹 118, 배터리 그룹 119와 배터리 그룹 120, 배터리 그룹 121과 배터리 그룹 122는 각각 직렬 모듈 12, 직렬 모듈 13, 직렬 모듈 14, 직렬 모듈 15, 직렬 모듈 16을 형성하기 위하여 직렬 및 쌍으로 연결된다. 임의의 두 개의 직렬 모듈은 병렬로 연결될 수 있기 때문에, 전압 평형이 필요한 경우, 입력되는 전압 신호에 따라, 전압 평형을 구현하기 위하여 최대 전압을 가지는 하나의 직렬 모듈과 최소 전압을 가지는 하나의 직렬 모듈이 병렬로 연결될 수 있다.
전압 평형 구현 방법은 이하에서 설명될 수 있다.
직렬 모듈 12와 직렬 모듈 13 간의 전압 평형을 구현하기 위하여, 릴레이 K1, 릴레이 K11, 릴레이 K3 및 릴레이 K13은 켜지고, 다른 릴레이들은 꺼지므로, 상기 직렬 모듈 12와 직렬 모듈 13은 병렬로 연결된다.
직렬 모듈 12와 직렬 모듈 14 간의 전압 평형을 구현하기 위하여, 릴레이 K1, 릴레이 K11, 릴레이 K5 및 릴레이 K15는 켜지고, 다른 릴레이들은 꺼지므로, 상기 직렬 모듈 12와 직렬 모듈 14는 병렬로 연결된다.
직렬 모듈 12와 직렬 모듈 15 간의 전압 평형을 구현하기 위하여, 릴레이 K1, 릴레이 K11, 릴레이 K7 및 릴레이 K17는 켜지고, 다른 릴레이들은 꺼지므로, 상기 직렬 모듈 12와 직렬 모듈 15는 병렬로 연결된다.
직렬 모듈 12와 직렬 모듈 16 간의 전압 평형을 구현하기 위하여, 릴레이 K1, 릴레이 K11, 릴레이 K9 및 릴레이 K10은 켜지고, 다른 릴레이들은 꺼지므로, 상기 직렬 모듈 12와 직렬 모듈 16은 병렬로 연결된다.
직렬 모듈 13과 직렬 모듈 14 간의 전압 평형을 구현하기 위하여, 릴레이 K3, 릴레이 K13, 릴레이 K5 및 릴레이 K15는 켜지고, 다른 릴레이들은 꺼지므로, 상기 직렬 모듈 13과 직렬 모듈 14는 병렬로 연결된다.
직렬 모듈 13과 직렬 모듈 15 간의 전압 평형을 구현하기 위하여, 릴레이 K3, 릴레이 K13, 릴레이 K7 및 릴레이 K17은 켜지고, 다른 릴레이들은 꺼지므로, 상기 직렬 모듈 13과 직렬 모듈 15는 병렬로 연결된다.
직렬 모듈 13과 직렬 모듈 16 간의 전압 평형을 구현하기 위하여, 릴레이 K3, 릴레이 K13, 릴레이 K9 및 릴레이 K10은 켜지고, 다른 릴레이들은 꺼지므로, 상기 직렬 모듈 13과 직렬 모듈 16은 병렬로 연결된다.
직렬 모듈 14와 직렬 모듈 15 간의 전압 평형을 구현하기 위하여, 릴레이 K5, 릴레이 K15, 릴레이 K7 및 릴레이 K17은 켜지고, 다른 릴레이들은 꺼지므로, 상기 직렬 모듈 14와 직렬 모듈 15는 병렬로 연결된다.
직렬 모듈 14와 직렬 모듈 16 간의 전압 평형을 구현하기 위하여, 릴레이 K5, 릴레이 K15, 릴레이 K9 및 릴레이 K10은 켜지고, 다른 릴레이들은 꺼지므로, 상기 직렬 모듈 14와 직렬 모듈 16은 병렬로 연결된다.
직렬 모듈 15와 직렬 모듈 16 간의 전압 평형을 구현하기 위하여, 릴레이 K7, 릴레이 K17, 릴레이 K9 및 릴레이 K10은 켜지고, 다른 릴레이들은 꺼지므로, 상기 직렬 모듈 15와 직렬 모듈 16은 병렬로 연결된다.
상기 실시예들에 따르면, 상기 배전 시스템은 전력을 공급하기 위하여 모든 배터리 그룹 간의 직렬 연결, 임의의 개수의 배터리 그룹에 대한 순차적인 가열을 구현할 수 있으며, 직렬 모듈 12, 13, 14, 15 및 16 중 임의의 두 개의 직렬 모듈에 대한 병렬 평형 전압을 구현할 수 있다.
예시적인 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 원리를 벗어나지 않는 범위에서 실시예의 변경, 대안 및 수정이 이루어질 수 있음이 당해 기술 분야의 통상의 기술자들에 의해 이해될 것이다. 이러한 변경, 대안 및 수정은 모두 특허 청구 범위 및 그 등가물의 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 적어도 두 개의 직렬 모듈을 포함하고, 각각의 직렬 모듈은 직렬로 연결되는 적어도 두 개의 배터리 그룹을 포함하는 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈에 연결되는 제어 모듈; 및
    상기 제어 모듈에 연결되는 분전함을 포함하며,
    상기 제어 모듈은,
    IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 모듈;
    복수 개의 릴레이를 포함하고, 상기 각각의 직렬 모듈이 연결되며, 상기 IGBT 모듈에 연결되는 릴레이 모듈; 및
    하나 또는 그 이상의 직렬 모듈을 선택하기 위하여 각각의 릴레이의 ON 또는 OFF를 제어함으로써 선택된 하나 또는 그 이상의 직렬 모듈과 상기 IGBT 모듈이 연결되어 회로를 형성하도록 하는 릴레이 제어 모듈;
    을 포함하고,
    상기 배터리 모듈은,
    직렬로 연결되는 제1 릴레이를 통하여 상기 분전함과 연결되는 하나의 최초 배터리 그룹;
    복수 개의 중간 배터리 그룹; 및
    직렬로 연결되는 제4 릴레이를 통하여 상기 IGBT 모듈과 연결되는 하나의 최종 배터리 그룹을 포함하며,
    상기 복수 개의 중간 배터리 그룹은, 각각의 중간 배터리 그룹이 상기 각각의 중간 배터리 그룹과 직렬로 연결되는 제2 릴레이를 통하여 상기 분전함과 연결되고, 상기 중간 배터리 그룹과 직렬로 연결되는 제3 릴레이를 통하여 상기 IGBT 모듈과 연결되며,
    상기 최초 배터리 그룹, 상기 복수 개의 중간 배터리 그룹 및 상기 최종 배터리 그룹은 상기 적어도 두 개의 직렬 모듈에 속하며, 상기 IGBT 모듈은 상기 분전함과 연결되고, 인접하는 두 개의 직렬 모듈은 제5 릴레이를 통하여 연결되는 배전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 직렬 모듈은 직렬로 연결되는 두 개의 배터리 그룹을 포함하는 배전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이는 전자 릴레이(electromagnetic relay)인 배전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이 제어 모듈은 단일 칩 마이크로 컴퓨터(single-chip microcomputer)인 배전 시스템.
  6. 적어도 두 개의 직렬 모듈을 포함하고, 상기 적어도 두 개의 직렬 모듈 각각은 직렬로 연결되는 적어도 두 개의 배터리 그룹을 포함하는 배터리 모듈을 구성하는 단계;
    IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 모듈, 릴레이 모듈 및 릴레이 제어 모듈을 포함하는 제어 모듈을 구성하는 단계; 및
    상기 IGBT 모듈 및 상기 릴레이 모듈 각각에 연결되는 분전함을 구성하는 단계를 포함하며,
    상기 릴레이 모듈은 복수 개의 릴레이를 포함하고, 상기 직렬 모듈 각각은 상기 릴레이 모듈과 연결되며, 상기 릴레이 모듈은 상기 IGBT 모듈과 연결되고, 상기 릴레이 제어 모듈은 하나 또는 그 이상의 직렬 모듈을 선택하기 위하여 각각의 릴레이의 ON 또는 OFF를 제어함으로써 선택된 하나 또는 그 이상의 직렬 모듈과 상기 IGBT 모듈이 연결되어 회로를 형성하며,
    상기 배터리 모듈은,
    하나의 최초 배터리 그룹과 직렬로 연결되는 제1 릴레이를 통하여 상기 분전함과 연결되는 상기 하나의 최초 배터리 그룹;
    복수 개의 중간 배터리 그룹; 및
    하나의 최종 배터리 그룹과 직렬로 연결되는 제4 릴레이를 통하여 상기 IGBT 모듈과 연결되는 상기 하나의 최종 배터리 그룹을 포함하며,
    상기 복수 개의 중간 배터리 그룹은, 각각의 중간 배터리 그룹이 상기 각각의 중간 배터리 그룹과 직렬로 연결되는 제2 릴레이를 통하여 상기 분전함과 연결되고, 상기 중간 배터리 그룹과 직렬로 연결되는 제3 릴레이를 통하여 상기 IGBT 모듈과 연결되며,
    상기 최초 배터리 그룹, 상기 복수 개의 중간 배터리 그룹 및 상기 최종 배터리 그룹은 상기 적어도 두 개의 직렬 모듈에 속하며, 상기 IGBT 모듈은 상기 분전함과 연결되고, 인접하는 두 개의 직렬 모듈은 제5 릴레이를 통하여 연결되는 배터리 그룹 가열 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    전압 평형을 구현하기 위하여 최대 전압을 갖는 직렬 모듈과 최소 전압을 갖는 직렬 모듈을 병렬로 연결하는 단계를 포함하는 배터리 그룹 가열 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 직렬 모듈 각각은 직렬로 연결되는 제1 배터리 그룹과 제2 배터리 그룹을 포함하는 배터리 그룹 가열 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 릴레이 제어 모듈이 릴레이 각각의 ON 또는 OFF를 제어하여,
    제1 직렬 모듈의 제1 배터리 그룹이 상기 분전함에 직접 연결되고, 상기 제1 직렬 모듈의 제2 배터리 그룹이 상기 IGBT 모듈을 통하여 상기 분전함에 연결되도록 구성하는 단계를 포함하는 배터리 그룹 가열 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 릴레이 제어 모듈이 릴레이 각각의 ON 또는 OFF를 제어하여,
    제1 직렬 모듈의 제1 배터리 그룹이 상기 분전함에 직접 연결되고, 제2 직렬 모듈의 제2 배터리 그룹이 상기 IGBT 모듈을 통하여 상기 분전함에 연결되도록 구성하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 직렬 모듈의 상기 제1 배터리 그룹, 상기 제1 직렬 모듈의 제2 배터리 그룹, 상기 제2 직렬 모듈의 제1 배터리 그룹 및 상기 제2 직렬 모듈의 상기 제2 배터리 그룹은 직렬로 연결되는 배터리 그룹 가열 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 릴레이는 전자 릴레이(electromagnetic relay)인 배터리 그룹 가열 방법.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 릴레이 제어 모듈은 단일 칩 마이크로 컴퓨터(single-chip microcomputer)인 배터리 그룹 가열 방법.
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