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KR101856332B1 - 고전압 배터리 정합 장치 및 충전 방법 - Google Patents

고전압 배터리 정합 장치 및 충전 방법 Download PDF

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KR101856332B1
KR101856332B1 KR1020160081051A KR20160081051A KR101856332B1 KR 101856332 B1 KR101856332 B1 KR 101856332B1 KR 1020160081051 A KR1020160081051 A KR 1020160081051A KR 20160081051 A KR20160081051 A KR 20160081051A KR 101856332 B1 KR101856332 B1 KR 101856332B1
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장정문
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 고전압 배터리 정합 장치 및 충전 방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 전기자동차용 고전압 배터리 정합 장치는, 복수의 버스 바에 의해 상호 병렬 연결되는 복수의 고전압 배터리; 상기 복수의 고전압 배터리의 양극과 각기 연결되는 복수의 커넥터; 상기 복수의 고전압 배터리와 상기 복수의 커넥터 사이에 각기 직렬 연결되는 복수의 제1릴레이; 및 상기 복수의 커넥터 중 적어도 하나에 적어도 하나의 충전 커플러가 연결되면, 상기 복수의 제1릴레이를 단락 제어하여 상기 적어도 하나의 충전 커플러로부터 전원이 상기 복수의 고전압 배터리에 전달되도록 하는 제어 유닛를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고전압 배터리 정합 장치 및 충전 방법{Junction Apparatus and Charging Method for High Voltage Battery}
본 발명은 고전압 배터리 충전 기술에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 배터리 고속 충전을 위한 고전압 배터리 정합 장치 및 충전 방법에 관한 것이다.
도 1a와 같이, 전기자동차는 표준 충전구 하나에 충전 커플러를 연결하여 도 1b와 같이 배터리의 배터리 관리 유닛(BMU; Battery Management Unit)과 (급속)충전기의 통신을 통해 충전 전류를 결정하여 충전된다. 구체적으로, 배터리 관리 유닛은 충전소와 통신하여 메인 릴레이 연결, 충전기의 충전 시작 및 충전 종료 등의 협력 제어된다.
이때, 전기자동차의 충전시간은 충전기 하나의 최대 출력 기준에 의하여 결정된다. 예를 들어, 충전기의 최대 출력이 25kWh일 경우(주행거리 100km 수준), 충전시간은 30분 정도 소요된다.
이 같이 전기자동차는 배터리를 사용하여 1회 배터리 충전에 의한 주행거리가 가장 큰 관심사이다.
종래의 주행거리를 증가시키는 대표적인 방법으로, 배터리 팩 내 병렬 연결되는 셀을 늘려 배터리 용량을 증가시키는 방법이 있다.
그런데, 셀 병렬 연결을 통한 배터리 용량 증대 방법은 충전 시간을 증가를 수반한다. 구체적으로, 도 1c와 같이 셀을 3배로 증가시키면, 충전 시간은 3배 증가한다.
또한, 충전 시간을 줄이고자, 배터리 충전 전류를 증가시키면, 충전기에 의해 측정되는 충전 전류에 오차가 발생하여 전류 센서를 추가 사용할 필요가 있다. 더욱이, 충전 전류를 고전류로 사용하려면, 충전기와 배터리 간에 케이블 굵기도 증가시킬 필요가 있어, 이를 위한 추가 비용이 발생한다.
더불어, 종래의 셀 병렬 연결을 통한 배터리 용량 증대 방법은 고전류로 인한 충전중 릴레이 오동작이나, 케이블 무게로 인해 충전 커플러 빠짐 등의 문제가 발생할 가능성이 크다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 복수의 고전압 배터리를 각기 충전함에 따라 고속 충전할 수 있는 고전압 배터리 정합 장치 및 충전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일면에 따른 전기자동차용 고전압 배터리 정합 장치는, 복수의 버스 바에 의해 상호 병렬 연결되는 복수의 고전압 배터리; 상기 복수의 고전압 배터리의 양극(Dual Polar)과 각기 연결되는 복수의 커넥터; 상기 복수의 고전압 배터리와 상기 복수의 커넥터 사이에 각기 직렬 연결되는 복수의 제1릴레이; 및 상기 복수의 커넥터 중 적어도 하나에 적어도 하나의 충전 커플러가 연결되면, 상기 복수의 제1릴레이를 단락 제어하여 상기 적어도 하나의 충전 커플러로부터 전원이 상기 복수의 고전압 배터리에 전달되도록 하는 제어 유닛를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 면에 따른 복수의 버스 바에 의해 상호 병렬 연결되는 복수의 고전압 배터리; 상기 복수의 고전압 배터리의 양극(Dual Polar)과 각기 연결되는 복수의 커넥터; 상기 복수의 고전압 배터리와 상기 복수의 커넥터 사이에 직렬 연결되거나, 복수의 고전압 배터리 간의 병렬 연결하는 복수의 릴레이; 및 상기 복수의 릴레이를 제어하는 제어 유닛에 의한 전기자동차용 고전압 배터리 충전 방법은, 상기 복수의 커넥터 중 적어도 하나에 적어도 하나의 충전 커플러가 연결되는지를 확인하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 충전 커플러가 연결되면, 상기 적어도 하나의 충전 커플러로부터 전원에 의해 상기 복수의 고전압 배터리가 충전되도록 상기 복수의 릴레이를 단락 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 배터리를 구비한 자동차의 배터리 충전 속도를 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 1b는 종래의 배터리 충전을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리 정합 장치를 도시한 도면.
도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리 정합 장치의 사용 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리 충전 방법을 도시한 흐름도.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리 정합 장치를 도시한 도면이고, 도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리 정합 장치의 사용 예를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리 정합 장치(20)는 복수의 고전압 배터리(BAT1~3), 제1버스바(Bar1), 제2버스바(Bar2), 복수의 커넥터(Con1~3), 복수의 릴레이(SW1~5) 및 제어 유닛(U1)을 포함한다.
복수의 고전압 배터리(BAT1~3)는 전기자동차의 차량 구동용 모터에 구동 전압을 공급한다.
복수의 고전압 배터리(BAT1~3) 각각에는 제어 유닛(U1)에 의해 제어되는 릴레이가 내장된다.
이때, 각 내장 릴레이(Ir1~3)는 그 일단은 각 고전압 배터리(BAT1~3)의 양(+)극과 연결되고, 그 타단은 제1버스바(Bar1)와 연결된다.
이러한, 각 내장 릴레이(Ir1~3)는 차량 이그니션 온 시에 단락되어, 각 고전압 배터리(BAT1~3)로부터의 전압이 제1버스바(Bar1)를 통해 차량 소자로 전달되도록 한다. 반면, 각 내장 릴레이(Ir1~3)는 차량 이그니션 오프 시에는 개방 되어, 고전압 배터리(BAT1~3)로부터 전류 누설이 없도록 한다.
복수의 고전압 배터리(BAT1~3)는 제1 및 제2버스바(Bar1,2)에 의해 상호 병렬 연결된다. 이하의 명세서에서는 설명의 편의성을 위해서 복수의 고전압 배터리(BAT1~3)가 3개 구비되어, 총 3개의 커넥터와 총 5개의 릴레이가 구비되는 경우를 예로 들어 설명한다.
제1버스바(Bar1)는 각 내장 릴레이(Ir1~3)의 타단과 상호 연결되어, 복수의 고전압 배터리(BAT1~3)의 양극(Dual Polar)을 차량 소자에 연결한다. 그리고 제2버스바(Bar2)는 복수의 고전압 배터리(BAT1~3)의 음극을 차량 소자에 연결한다.
제1 내지 제3 커넥터(Con1~3)는 충전소에 구비된 충전 커플러와 각기 연결된다. 여기서, 각 커넥터(Con1~3)는 도 1a와 같은 형태로 구성될 수 있다.
제1 내지 제3 커넥터(Con1~3)에는 충전 커플러로부터의 충전 전원, 감지 신호 및 통신 신호 등이 인가된다.
여기서, 충전 전원은 복수의 릴레이(SW1~5)를 거쳐 복수의 고전압 배터리(BAT1~3)를 충전한다. 그리고 감지 신호는 제어 유닛(U1)에 전달되어, 충전 커플러의 연결 여부를 감지하는 수단으로 사용된다. 또한, 통신 신호는 제어 유닛(U1)에 전달되어 충전 시작, 충전 전력, 충전 종료 등을 확인하는데 사용될 수 있다.
복수의 릴레이(SW1~5)는 제1 내지 제3 고전압 배터리(BAT1~3)와 제1 내지 제3 커넥터(Con1~3) 간을 직렬 연결하는 복수의 제1릴레이(SW1~3); 및 제1 내지 제3 커넥터(Con1~3) 간을 병렬 연결하는 복수의 제2릴레이(SW4~5)를 포함한다.
제어 유닛(U1)은 제1 내지 제3 커넥터(Con1~3)에의 충전 커플러의 연결 여부에 따라 복수의 릴레이(SW1~5)의 개방 또는 단락을 제어한다.
제어 유닛(U1)은 제1 내지 제3 커넥터(Con1~3) 모두에 각기 충전 커플러(Coupler)가 연결되면, 도 3a와 같이, 복수의 제1릴레이(SW1~3)를 단락시킨다. 이때, 제어 유닛(U1)은 각 내장 릴레이(Ir1~3)를 개방 제어할 수 있다.
이 경우, 복수의 고전압 배터리(BAT1~3)는 복수의 충전 커플러(Coupler)로부터의 충전 전류에 의해 각기 충전된다. 이때에는, 종래에 비하여 복수의 고전압 배터리(BAT1~3)의 개수만큼 충전 속도를 증가시킬 수 있다.
제어 유닛(U1)은 제1 내지 제3 커넥터(Con1~3)의 개수 미만의 충전 커플러(Coupler)가 연결되면, 도 3b와 같이, 복수의 릴레이(SW1~5)를 단락시킨다. 이때, 제어 유닛(U1)은 각 내장 릴레이(Ir1~3)를 개방 제어할 수 있다.
이 경우, 복수의 고전압 배터리(BAT1~3)는 연결된 충전 커플러(Coupler)로부터의 충전 전류에 의해 충전된다. 이때에는, 연결된 충전 커플러(Coupler)의 개수만큼 충전 속도를 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 복수의 고전압 배터리와 충전 커플러의 개수에 대응하여 충전 속도를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 종래의 인프라(충전 커플러)를 그대로 사용하면서도, 내부 릴레이 연결 구조를 변경하여 종래의 전기자동차에 용이하게 적용될 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리 충전 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고전압 배터리 충전 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 제어 유닛(U1)은 제1 내지 제3 커넥터(Con1~3) 중 충전 커플러(Coupler)와 연결된 커넥터가 있는지를 확인한다(S410).
제1 내지 제3 커넥터(Con1~3) 중 충전 커플러(Coupler)와 연결된 커넥터가 있으면, 제어 유닛(U1)은 복수의 커넥터(Con1~3)의 개수에 대응하는 충전 커플러(Coupler)가 연결되었는지를 확인한다(S420). 이때, 제어 유닛(U1)은 내장 릴레이(Ir1~3)를 개방 제어할 수 있다.
여기서, 복수의 커넥터(Con1~3)의 개수는 복수의 고전압 배터리(BAT1~3)의 개수에 대응할 수 있다. 예를 들어, 복수의 고전압 배터리(BAT1~3)의 개수가 3개이면, 복수의 커넥터(Con1~3)의 개수도 3개일 수 있다.
복수의 커넥터(Con1~3)의 개수에 대응하는 충전 커플러(Coupler)가 연결되면, 제어 유닛(U1)은 복수의 제1릴레이(SW1~3)를 단락 제어하고, 복수의 제2릴레이(SW4~5)를 개방 제어한다(S430). 이 경우, 충전 커플러(Coupler)로부터의 충전 전류가 각기 복수의 고전압 배터리(BAT1~3)를 충전할 수 있다.
복수의 커넥터(Con1~3)의 개수 미만의 충전 커플러(Coupler)가 연결되면, 제어 유닛(U1)은 복수의 릴레이(SW1~5)를 모두 단락 제어한다(S430). 이 경우, 충전 커플러(Coupler)로부터의 충전 전류가 분할되어, 복수의 고전압 배터리(BAT1~3)로 인가될 수 있다.
제어 유닛(U1)은 고전압 배터리 충전을 관리하면서, 충전 커플러(Coupler)의 연결이 해제되는지를 확인한다(S440). 또는, 제어 유닛(U1)은 충전소로부터 충전 완료를 나타내는 메시지의 수신 여부를 확인할 수 있다.
충전 커플러(Coupler)의 연결이 해제되면, 제어 유닛(U1)은 내장 릴레이를 단락 제어하고, 복수의 릴레이(SW1~5)를 개방 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 복수의 고전압 배터리와 충전 커플러의 개수에 대응하여 충전 속도를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 종래의 인프라(충전 커플러)를 그대로 사용하면서도, 내부 릴레이 연결 구조를 변경하여 종래의 전기자동차에 용이하게 적용될 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
BAT1~3: 복수의 고전압 배터리 Bar1,2: 제1 및 제2버스바
Con1~3: 복수의 커넥터 SW1~5: 복수의 릴레이
Coupler: 충전 커플러

Claims (9)

  1. 전기자동차용 고전압 배터리 정합 장치로서,
    복수의 고전압 배터리;
    상기 복수의 고전압 배터리의 일단을 상호 병렬 연결하는 버스바;
    일단이 상기 복수의 고전압 배터리의 타단에 각기 연결되고, 타단이 상기 버스바에 의해 상기 복수의 고전압 배터리의 일단에 각기 연결되는 복수의 커넥터;
    상기 복수의 고전압 배터리의 타단 및 상기 복수의 커넥터의 일단 사이에 각기 직렬 연결되는 복수의 제1릴레이;
    상기 복수의 커넥터의 타단을 상호 병렬 연결하는 복수의 제2릴레이; 및
    상기 복수의 커넥터에 복수의 충전 커플러가 각기 연결되면 상기 복수의 제1릴레이를 단락 제어하고 상기 복수의 제2릴레이를 개방 제어하여 충전 커플러로부터의 충전 전류가 상기 복수의 고전압 배터리에 각각 전달되도록 하고, 상기 복수의 커넥터 중 적어도 하나에 상기 충전 커플러가 연결되지 않으면 상기 복수의 제1릴레이 및 상기 복수의 제2릴레이를 단락 제어하여 상기 커넥터에 연결된 충전 커플러의 충전 전류가 상기 복수의 고전압 배터리에 각각 전달되도록 하는 제어 유닛
    을 포함하는 고전압 배터리 정합 장치.
  2. 제1항에서, 상기 제어 유닛은,
    상기 복수의 커넥터 중 어느 것에도 상기 적어도 하나의 충전 커플러가 연결되지 않으면, 상기 복수의 제1릴레이 및 상기 복수의 제2릴레이를 개방 제어하는 것인 고전압 배터리 정합 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서, 상기 제어 유닛은,
    상기 복수의 커넥터를 통한 감지 신호에 의해 상기 복수의 커넥터 중에서 상기 충전 커플러가 연결된 커넥터를 감지하는 것인 고전압 배터리 정합 장치.
  6. 복수의 고전압 배터리; 상기 복수의 고전압 배터리의 일단을 상호 병렬 연결하는 버스바; 일단이 상기 복수의 고전압 배터리의 타단에 각기 연결되고 타단이 상기 버스바에 의해 상기 복수의 고전압 배터리의 일단에 각기 연결되는 복수의 커넥터; 상기 복수의 고전압 배터리의 타단 및 상기 복수의 커넥터의 일단 사이에 각기 직렬 연결되는 복수의 제1릴레이와 상기 복수의 커넥터의 타단을 상호 병렬 연결하는 복수의 제2릴레이를 포함하는 복수의 릴레이; 및 상기 복수의 릴레이를 제어하는 제어 유닛에 의한 전기자동차용 고전압 배터리 충전 방법으로서,
    상기 복수의 커넥터 중 충전 커플러가 연결된 커넥터를 확인하는 단계; 및
    상기 복수의 커넥터에 복수의 충전 커플러가 각기 연결되면 상기 복수의 제1릴레이를 단락 제어하고 상기 복수의 제2릴레이를 개방 제어하며, 상기 복수의 커넥터 중 적어도 하나에 상기 충전 커플러가 연결되지 않으면 상기 복수의 제1릴레이 및 상기 복수의 제2릴레이를 단락 제어하는 단계
    를 포함하는 고전압 배터리 충전 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 복수의 커넥터 모두에 상기 적어도 하나의 충전 커플러가 연결되지 않으면, 상기 복수의 제1릴레이 및 상기 복수의 제2릴레이를 개방 제어하는 단계
    를 더 포함하는 고전압 배터리 충전 방법.
  8. 삭제
  9. 제6항에서, 상기 확인하는 단계는,
    상기 복수의 커넥터를 통한 감지 신호에 의해 상기 복수의 커넥터 중에서 상기 충전 커플러가 연결된 커넥터를 감지하는 것인 고전압 배터리 충전 방법.
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