KR101681352B1

KR101681352B1 - 배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101681352B1
Application number: KR1020127000680A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 디. 루트코우스키; 브라이언 씨. 무어헤드
Original assignee: 에이일이삼 시스템즈, 엘엘씨
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2016-12-12
Anticipated expiration: 2030-06-08
Also published as: CN102460819A; GB2483210B; US9035610B2; WO2010144396A3; GB2483210A; WO2010144396A2; GB201200045D0; KR20120049225A; US20120074904A1

Abstract

배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 일 예에서, 배터리 팩 콘택터가 배터리 팩 전류에 응답하여 개방된다. 시스템 및 방법은 배터리 팩 저하를 줄이고 시스템 유연성을 증가시킬 수 있다.

Description

배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING OUTPUT OF A BATTERY PACK}

관련 출원들에 대한 교차 참조

이 출원은 2009년 6월 10일자로 출원된 U.S. 가특허 출원 번호 제61/185,763호, 명칭 "ROBUST LIMIT BATTERY FUSE"으로부터 우선권을 주장하고, 그 전체는 모든 의도 및 목적을 위해 참고로 본원에 포함된다.

기술분야

본 설명은 배터리 팩의 출력을 제어하는 것에 관한 것이다. 일 예에서, 배터리 팩은 차량(vehicle)에 전력을 제공한다.

배터리 팩은 동작 중에 전류를 소싱(source) 또는 싱크(sink)할 수 있고, 전류의 양은 다양한 제약들로 인해 제한될 수 있다. 배터리 팩 한계들 내에 있도록 하기 위해, 배터리 팩은 배터리 팩과 통신하는 외부 부하 또는 소스가 배터리 팩 한계들에 맞추기 위해 부하 또는 소스의 동작을 조정할 수 있도록 배터리 팩 소싱 및/또는 싱크 능력들(battery pack souring and/or sinking capacities)을 외부 컨트롤러에 전송할 수 있다. 또한, 하드웨어를 통해 배터리 팩 전류 싱크 및/또는 소싱 한계들을 둘 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩의 안과 밖으로의 전류 흐름을 제한하기 위해 배터리 셀들과 외부 부하 또는 소스 사이에 퓨즈들이 배치될 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 저하(degradation)는 하드웨어와 소프트웨어의 결합에 의해 제한될 수 있다. 그러나, 끊어진 퓨즈를 교체하기 위해 배터리 팩에 액세스하는 것은 번거로울 수 있다. 또한, 배터리 팩의 외부의 부하 또는 소스는 저하의 기간(periods of degradation) 중에, 또는 일시적 동작 중에 원하는 만큼 배터리 한계들을 정확하게 따르는 능력을 갖지 않을 수 있다. 또한, 전류 한계들이 부과되는 정도는 과전류 상태들이 지속되는 기간 및 전류가 규정된 한계를 넘는 정도를 포함하는 동작 상태들에 의존할 수 있다.

본원의 발명자는 위의 이슈들을 인식하고 그것들을 해결하기 위해 다양한 접근법을 개발하였다. 일 접근법에서, 배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 방법은, 상기 배터리 팩의 트랙 변수(tracked variable)와 관련된 인티그레이트된(integrated) 변수 또는 파라미터가 임계량을 초과할 때 상기 배터리 팩의 외부의 전기 회로에 상기 배터리 팩을 전기적으로 결합하는 콘택터(contactor)를 개방(open)하는 단계를 포함하고, 상기 인티그레이트된 변수 또는 파라미터는 상기 배터리 팩의 상기 트랙 변수가 임계량보다 클 때 인티그레이트된다.

배터리 팩의 전류의 인티그레이트된 양이 임계 레벨을 초과할 때 배터리 팩의 외부에 있는 회로에 배터리 팩을 전기적으로 결합하는 콘택터를 개방함으로써, 배터리 팩에 액세스하고 퓨즈를 교체할 필요 없이 배터리 팩 저하의 가능성을 줄이는 것이 가능하다. 특히, 콘택터는 전류 센서의 출력에 응답하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 배터리가 규정된 한계들 내에서 동작하고 있는 기간 중에, 콘택터는 차량을 동작시키기 위한 요청들에 응답하여 제어될 수 있다. 그러나, 배터리에 들어가거나 나오는 전류가 임계 전류량을 초과하는 경우, 임계값을 초과하는 전류량이 인티그레이트될 수 있다. 인티그레이트된 전류의 값이 임계값을 초과할 때, 콘택터가 개방될 수 있다. 이러한 식으로, 배터리 팩의 안과 밖으로의 전류 흐름이 하드웨어 퓨즈 또는 외부 컨트롤러에 의존할 필요 없이 제어될 수 있다. 또한, 전류는 콘택터들을 개방하기 전에 장기간 동안 한계를 약간 넘도록 허용될 수 있는 반면, 전류는 콘택트들을 개방하기 전에 단기간 동안만 한계를 크게 넘도록 허용될 수 있다는 점에서, 접근법은 과전류 동작의 정도를 그 상태의 지속기간에 상관시킨다. 이러한 식으로, 과전류 동작의 정도와 지속기간 사이의 상관성을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 접근법은 불필요한 콘택터 개방을 줄일 수 있고, 이로써 드라이브 동작에서의 개입(intervening)을 줄일 수 있다. 일부 애플리케이션들은 더 길지만, 더 낮은, 과전류 상태들이 되기가 더 쉬울 수 있고, 다른 애플리케이션들은 더 짧지만 더 높은, 과전류 상태들이 되기가 더 쉬울 수 있기 때문에, 위의 접근법은 두 상태들 및 그 사이의 다양한 결합들을 수용한다.

본 설명은 몇 가지 이점을 제공할 수 있다. 특히, 방법은 하드웨어를 교체하거나 외부 시스템들에 의존할 필요 없이 배터리 팩 저하를 줄일 수 있다. 또한, 본 설명은 배터리 팩 저하 보호의 부가적인 측정들을 제공한다. 또한, 임계 전류의 레벨은 하드웨어 또는 소프트웨어를 변경할 필요 없이 상이한 능력의 배터리 팩들에 대해 조정될 수 있다. 또한, 임계 전류의 레벨은 배터리 온도, 충전 레벨(charge level), 또는 수명에 따라 동적으로 변경될 수 있다.

본 설명의 위의 이점들 및 다른 이점들, 및 특징들은 단독으로 또는 첨부 도면들과 함께 취해질 때 다음의 상세한 설명으로부터 쉽게 명백할 것이다.

위의 요약은 상세한 설명에서 더 설명되는 개념들의 선택을 간략한 형태로 소개하기 위해 제공되는 것임을 이해해야 한다. 그것은 청구된 요지의 중요한 또는 필수적인 특징들을 식별하기 위한 것이 아니고, 그의 범위는 상세한 설명을 뒤따르는 청구항들에 의해 고유하게 정의된다. 또한, 청구된 요지는 본 개시의 임의의 부분에서 또는 위에서 언급한 임의의 단점들을 해결하는 구현들로 한정되지 않는다.

도 1은 배터리 팩 또는 어셈블리의 확대된 개략도.
도 2는 예시적인 배터리 모듈의 개략도.
도 3은 예시적인 배터리 셀 스택의 확대된 개략도.
도 4는 배터리 팩 출력을 제어하기 위한 전기적 개략도.
도 5는 배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 방법의 흐름도.

본 설명은 배터리 팩의 출력을 제어하는 것에 관한 것이다. 일 실시예에서, 도 2-3에 예시된 것과 같은 배터리 셀들은 도 1에 예시된 것과 같은 배터리 팩에 결합될 수 있다. 도 1-3의 배터리 셀들로부터의 전력은 도 4에 도시된 바와 같이 콘택터를 통해 배터리 팩의 외부의 부하에 선택적으로 전달될 수 있다. 도 5의 방법에 의해 예시되는 일 예에서, 도 4의 시스템의 배터리 팩 출력은 배터리 팩에 들어가거나 나오는 전류가 임계 레벨 또는 양을 초과할 때 부하 또는 소스로부터 분리된다.

도 1은 배터리 어셈블리(1)의 확대도를 도시한다. 배터리 어셈블리는 커버(10), 커플링 디바이스들(12), 제1 냉각 서브시스템(14)(예를 들어, 냉각판), 복수의 배터리 모듈(16), 제2 냉각 서브시스템(18)(예를 들어, 냉각판), 및 트레이(20)를 포함할 수 있다. 커버는 조립될 때, 커플링 디바이스들, 냉각 서브시스템들, 및 배터리 모듈들을 둘러싸는 하우징을 형성하기 위해 적절한 커플링 디바이스(예를 들어, 볼트, 접착제 등)를 통해 트레이에 부착될 수 있다.

배터리 모듈들(16)은 에너지를 저장하도록 구성되는 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈이 예시되지만, 다른 예들에서는 단일 배터리 모듈이 활용될 수 있다는 것을 알 것이다. 배터리 모듈들(16)은 제1 냉각 서브시스템(14)과 제2 냉각 서브시스템(18) 사이에 삽입될 수 있고, 배터리 모듈들은 냉각 서브시스템들 사이에서 대면하는(facing out) 측면(21) 상에 그들의 전기 단자들과 배치된다.

각각의 배터리 모듈은 제1 측면(23) 및 제2 측면(25)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 측면은 각각 꼭대기 및 바닥 측면이라고 할 수 있다. 꼭대기 및 바닥 측면들은 본원에서 도 2-3과 관련하여 더 상세하게 논의되는 전기 단자들을 측면에 배치할 수 있다. 이 예에서, 각각의 배터리 모듈의 꼭대기 측면은 배터리 어셈블리의 공통면에 배치된다. 마찬가지로, 각각의 배터리 모듈의 바닥 측면은 배터리 어셈블리의 다른 공통면에 배치된다. 그러나, 다른 예들에서, 각각의 배터리 모듈의 꼭대기 측면 또는 바닥 측면만이 공통면에 배치될 수 있다. 이러한 식으로, 냉각 서브시스템들은 본원에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 열 전달을 증가시키고 냉각 능력을 향상시키기 위해 배터리 모듈들의 꼭대기 측면들 및 바닥 측면들과의 직접 콘택을 유지할 수 있고, 냉각 서브시스템들 및 배터리 모듈들은 면 공유(face-sharing) 콘택하고 있을 수 있다. 예시적인 배터리 모듈의 부가적인 상세들은 본원에서 도 2-3과 관련하여 설명된다. 대안적인 예들에서, 상부 냉각 서브시스템(이 예에서는 서브시스템(14))과 같은, 냉각 서브시스템들 중 하나만이 배터리 어셈블리(1)에 포함될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 냉각 서브시스템들의 위치, 크기, 및 기하학적 구조는 사실상 예시적이다. 따라서, 제1 및/또는 제2 냉각 서브시스템들의 위치, 크기, 및/또는 기하학적 구조는 다른 예들에서 배터리 어셈블리의 다양한 설계 파라미터들에 기초하여 변경될 수 있다.

배터리 어셈블리(1)는 또한 전기 분배 모듈(electrical distribution module; EDM)(33), 모니터 및 밸런스 보드들(monitor and balance boards; MBB)(35), 및 배터리 제어 모듈(battery control module; BCM)(37)을 포함할 수 있다. 배터리 모듈들(16)의 배터리 셀들의 전압은 배터리 모듈들(16) 상에 통합되는 MBB들에 의해 모니터링 및 밸런싱될 수 있다. 배터리 셀들의 밸런싱은 배터리 셀 스택의 복수의 배터리 셀 사이의 전압들을 동등하게 하는 것을 가리킨다. 또한, 배터리 셀 스택들 사이의 배터리 셀 전압들은 동등하게 될 수 있다. MBB들은 복수의 전류, 전압, 및 다른 센서들을 포함할 수 있다. EDM은 배터리 팩으로부터 배터리 부하로의 전력의 분배를 제어한다. 특히, EDM은 인버터와 같은 외부 배터리 부하에 고전압 배터리 전력을 결합하기 위한 콘택터들을 포함한다. BCM은 배터리 팩 시스템들에 대한 감시 제어를 제공한다. 예를 들어, BCM은 EDM 및 셀 MBB와 같은 배터리 팩 내의 보조 모듈들을 제어할 수 있다. 또한, BCM은 MBB들 및 다른 배터리 팩 모듈들뿐만 아니라 배터리 팩 외부의 시스템들과 통신하기 위한 컨트롤러 영역 네트워크(controller area network; CAN) 포트, 출력 포트들, 실시간 클록, 입력 포트들, 리드 온리 메모리 및 랜덤 액세스 메모리를 갖는 마이크로프로세서로 이루어질 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된, 복수의 배터리 모듈(16)에 포함될 수 있는 예시적인 배터리 모듈(200)을 도시한다. 배터리 모듈(200)은 복수의 스택(stacked) 배터리 셀 및 출력 단자들(201)을 갖는 배터리 셀 스택을 포함할 수 있다. 스택 배열은 배터리 셀들이 배터리 모듈 내에 조밀하게 팩킹(pack)될 수 있게 한다.

도 3은 예시적인 배터리 셀 스택(300)의 일부분의 확대도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 배터리 셀 스택은 하우징 열 싱크(housing heat sink)(310), 배터리 셀(312), 컴플라이언트 패드(compliant pad)(314), 배터리 셀(316) 등의 순서로 구축된다. 그러나, 다른 배열이 가능하다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 배터리 셀 스택은 하우징 열 싱크, 배터리 셀, 하우징 열 싱크 등의 순서로 구축될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 하우징 열 싱크는 배터리 셀들 내로 통합될 수 있다.

배터리 셀(312)은 버스 바(도시되지 않음)에 접속하기 위한 캐소드(318) 및 애노드(320)를 포함한다. 버스 바는 한 배터리 셀로부터 다른 배터리 셀로 전하(charge)를 라우팅한다. 배터리 모듈은 직렬 및/또는 병렬로 결합되는 배터리 셀들로 구성될 수 있다. 버스 바들은 배터리 셀들이 병렬로 결합될 때 배터리 셀 단자들처럼 결합한다. 예를 들어, 제1 배터리 셀의 포지티브 단자는 배터리 셀들을 병렬로 결합하기 위해 제2 배터리 셀의 포지티브 단자에 결합된다. 버스 바들은 또한 배터리 모듈의 전압을 증가시키는 것이 바람직할 때 배터리 셀 단자들의 포지티브 및 네거티브 단자를 결합한다. 배터리 셀(312)은 전해 화합물을 포함하는 각기둥형 셀(324)을 더 포함한다. 각기둥형 셀(324)은 셀 열 싱크(326)와 열적 통신한다. 셀 열 싱크(326)는 플랜지 에지(flanged edge)를 형성하기 위해 하나 이상의 측면에서 90도 휘어진 에지들을 갖는 금속판으로 형성될 수 있다. 도 3의 예에서, 2개의 대향하는 측면들은 플랜지 에지를 포함한다. 그러나, 다른 기하학적 구조가 가능하다. 배터리 셀(312)은 배터리 셀(316)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 유사한 부분들이 그에 따라 라벨링된다. 배터리 셀들(312 및 316)은 정렬되고 노출된 그것들의 단자들로 배열된다. 도 2에 도시된 배터리 모듈(200)에서, 전기 단자들은 에너지가 배터리 모듈의 각각의 셀로부터 추출될 수 있도록 결합된다. 도 3을 참조하면, 컴플라이언트 패드(314)는 배터리 셀(312)과 배터리 셀(316) 사이에 삽입된다. 그러나, 다른 예들에서, 컴플라이언트 패드는 배터리 셀 스택에 포함되지 않을 수 있다.

하우징 열 싱크(310)는 플랜지 에지를 형성하기 위해 하나 이상의 측면들에서 90도 휘어진 에지들을 갖는 베이스(328)를 갖는 금속판에 의해 형성될 수 있다. 도 3에서 세로로 정렬된 에지(330) 및 수직으로 정렬된 에지들(332)은 휜 플랜지 에지들이다. 도시된 바와 같이, 하우징 열 싱크는 하나 이상의 배터리 셀을 받아들이도록 크기 조정된다(sized). 다시 말해, 하나 이상의 배터리 셀은 베이스(328) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 배터리 셀들의 플랜지 에지들은 하우징 열 싱크와 접촉하여 있을 수 있고, 배터리 셀(312)의 밑면(329)은 하우징 열 싱크의 베이스와 접촉하여 있을 수 있어, 열 전달을 용이하게 한다.

하우징 열 싱크(310)의 세로로 정렬된 에지들(332) 중 하나는 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(200)의 꼭대기 측면(202)의 일부분을 형성할 수 있다. 유사하게, 세로로 정렬된 에지들(332) 중 하나는 배터리 모듈의 바닥 측면의 일부분을 형성할 수 있다. 따라서, 하우징 열 싱크의 세로로 정렬된 에지들은 열 전달을 향상시키기 위해 제1 및 제2 냉각 서브시스템들과 접촉하여 있을 수 있다. 이러한 식으로, 열은 배터리 셀들로부터 배터리 모듈의 외부에 전달될 수 있다.

배터리 셀들은 결합 밴드들(204 및 205)에 의해 함께 스트랩될(strapped) 수 있다. 결합 밴드들은 배터리 셀 스택 둘레를 둘러쌀 수 있거나, 배터리 셀 스택의 앞으로부터 배터리 셀 스택의 뒤로 간단히 연장할 수 있다. 후자의 예에서, 결합 밴드들은 배터리 커버에 결합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 결합 밴드들은 끝에서 볼트로 죄는 나삿니가 있는 스터드들(threaded studs)(예를 들어, 금속 나삿니가 있는 스터드들)로 이루어질 수 있다. 또한, 스택 내로 함께 셀들을 결합하기 위해 다양한 다른 접근법들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 원하는 압축을 제공하기 위해 종판에 접속되는 나삿니가 있는 로드들(threaded rods)이 이용될 수 있다. 다른 예에서, 셀들은 원하는 압축력을 제공하기 위해 셀들에 대해 앞뒤로 슬라이드할 수 있는 일단에 플레이트를 갖는 강성 프레임에 스택될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 코터 핀들에 의해 고정되는 로드들은 배터리 셀들을 제자리에 고정하는 데 이용될 수 있다. 따라서, 셀 스택을 함께 유지하기 위해 다양한 결합 메커니즘들이 이용될 수 있고, 애플리케이션은 금속 또는 플라스틱 밴드들로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 커버(206)는 복수의 배터리 셀로부터 배터리 모듈의 출력 단자들로 전하를 라우팅하는 배터리 버스 바들(도시되지 않음)에 대한 보호를 제공한다.

배터리 모듈은 또한 배터리 셀 스택에 결합되는 전단 커버(208) 및 후단 커버(210)를 포함할 수 있다. 전단 및 후단 커버들은 모듈 개구들(module openings)(26)을 포함한다. 그러나, 다른 예들에서 모듈 개구들은 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈의 일부분에 포함될 수 있다.

배터리 충전 상태(battery state of charge)를 결정하기 위해 다양한 방법들이 이용가능하다. 배터리 셀의 충전 상태를 아는 것에 의해, 배터리 셀이 부가적인 충전을 수락할 수 있는지 여부를 결정하는 것이 가능하다. 또한, 배터리 셀의 충전 상태를 아는 것에 의해, 배터리 셀을 방전하는 것이 바람직하지 않을 때를 결정하는 것이 가능하다. 배터리 충전 상태를 결정하는 하나의 방법은 배터리 셀 전압을 결정하는 것을 포함한다.

이제 도 4를 참조하면, 배터리 팩 출력을 제어하기 위한 개략도가 도시된다. 이 예에서, 배터리 팩(400)은 점선으로 표시된 바와 같이 2개의 배터리 셀 스택들(402 및 414)을 포함한다. 배터리 셀들(412 및 424)은 동일하게 구성되고 직렬로 접속된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 배터리 셀 스택들은 상이한 수의 배터리 셀들로 구성될 수 있고, 배터리 셀들은 필요에 따라 상이하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀들(412 및 424)은 각각 8개의 배터리 셀들로 이루어진다. 배터리 셀들 중 4개는 직렬로 배열된다. 또한, 4개의 배터리 셀들은 직렬로 배열되는 4개의 다른 배터리 셀들과 병렬로 배열된다. 이 구성에서, 각각의 배터리 셀 스택(402 및 414)은 각각의 배터리 셀의 개별 전압 출력뿐만 아니라 직렬로 접속된 배터리 셀들의 수와 관련되는 전압을 출력한다. 그리고, 위에서 논의한 바와 같이, 배터리 셀 스택의 전류 용량 또는 시간당 암페어 정격(amp-hour rating)은 병렬로 접속된 배터리 셀들의 수와 관련될 수 있다. 병렬로 배열된 배터리 셀들의 수가 증가함에 따라, 배터리 셀 스택의 시간당 암페어 정격은 증가한다. 직렬로 배열된 배터리 셀들의 수가 증가함에 따라, 배터리 셀 스택의 출력 전압은 증가한다. 따라서, 배터리 팩의 전압 출력은 직렬 접속으로 배열된 배터리 셀들의 수를 변경함으로써 증가 또는 감소될 수 있다. 마찬가지로, 배터리 팩의 시간당 암페어 정격은 병렬로 배열된 배터리 셀들의 수를 변경함으로써 증가 또는 감소될 수 있다. 따라서, 이 예에서, 배터리 팩 전압은 배터리 셀 스택들(402 및 414)의 배터리 셀들과 직렬로 부가적인 배터리 셀들을 추가함으로써 증가될 수 있다. 대안적으로, 배터리 셀 스택의 시간당 암페어 정격은 배터리 셀들(412 및 524)에 병렬로 더 많은 배터리 셀들을 추가함으로써 증가될 수 있다.

배터리 셀 스택들(402 및 414)은 배터리 셀들(412 및 424)에 각각 ADC들(406 및 418)을 선택적으로 결합하기 위한 입력 스위치들(404 및 416)을 포함한다. MCU들(410 및 422)은 각각의 MCU들로부터 디지털 출력들에 의해 스위치들(404 및 416)의 상태를 제어한다. 입력 스위치들(404 및 416)은 ADC들(406 및 418)이 측정되는 배터리 셀과 직렬로 배치될 수 있는 배터리 셀들의 전압에 의해 영향을 받지 않고 배터리 셀 전압을 측정하기 위해 개별 배터리 셀들에 결합될 수 있도록 구성된다. 일 실시예에서, 각각의 MCU(410 및 422)는 각각의 ADC들(406 및 418)에 각각의 직렬 접속된 배터리 셀을 결합할 수 있다. 배터리 셀들이 병렬로 결합될 때, 입력 스위치들(404 및 416)은 병렬로 결합되는 셀 스택의 배터리 셀들에 ADC들(406 및 418)을 결합한다. 따라서, 배터리 셀 스택에 결합되는 각각의 ADC는 각각의 배터리 셀 스택 내에 병렬로 결합된 하나 이상의 배터리 셀의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.

ADC들(406 및 418)은 MCU들(410 및 418)로부터 외부에 있거나 오프 칩(off chip)인 고해상도(예를 들어, 12 또는 16 비트 해상도 ADC들) 디바이스들로서 구성되지만, ADC들은 다른 실시예들에서 온 칩(on chip)일 수 있고 상이한 해상도(예를 들어, 8 비트 해상도)를 가질 수 있다. 일 예에서, ADC들(406 및 418)은 SPI 포트들에 의해 각각 MCU들(410 및 422)과 통신한다. SPI 포트들은 개별 MCU들이 배터리 셀들(412 및 424)을 각각 순환(cycle through)하도록 입력 스위치들(404 및 416)에 명령할 때 각각의 MCU에 배터리 셀 전압들을 전달하는 데 이용된다. 스위치들을 순환하는 것에 의해, 개별 직렬 배터리 셀들은 배터리 셀 전압들을 결정하기 위해 ADC들(406 및 418)에 결합된다.

ADC들(408 및 420)은 MCU들(410 및 422)에 통합되는 저해상도(예를 들어, 8 비트 해상도) 디바이스들이다. 대안적인 실시예들에서, ADC들(408 및 420)은 고해상도(예를 들어, 12 또는 16 비트 해상도)로 될 수 있고 MCU들(410 및 422)로부터 외부에 있을 수 있다. ADC들(408 및 420)은 각각의 배터리 셀 스택들(402 및 414)에 대해 배터리 셀들(412 및 424)에 의해 제공되는 직렬 전압을 측정하도록 구성된다. 예를 들어, ADC(408)는 4개의 다른 배터리 셀들, 412로 표시된 배터리 셀들에 병렬로 결합된 4개의 배터리 셀들의 직렬 결합에 의해 제공된 전압을 측정하도록 구성된다. 따라서, MBB의 ADC는 배터리 셀 스택의 배터리 셀들의 직렬 결합을 측정하도록 구성된다. 물론, 배터리 셀 스택에 결합되는 MBB의 ADC는 도 4에 도시된 4개의 배터리 셀들보다 더 적거나 부가적인 배터리 셀들의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 또한, 위에서 논의한 바와 같이, 배터리 셀들(412)의 직렬 결합은 배터리 셀 스택(402)의 출력 전압을 증가시키는 작용을 한다.

MCU들(410 및 422)은 ADC들(406 및 408, 418, 및 420)뿐만 아니라 입력 스위치들(404 및 416)을 제어한다. 또한, MCU들(410 및 422)은 각각의 배터리 전압들을 메모리에 저장하고 ADC들(406, 408, 418, 및 420)에 의해 캡처되는 배터리 전압 데이터에 대해 산술 및 논리 연산들을 수행할 수 있다.

BCM(438)은 CAN 버스(440)에 의해 배터리 셀 스택들(402 및 414)의 MCU들(410 및 422)과 통신하지만, 다른 타입의 통신 링크들이 가능하고 예상된다. BCM(438)은 배터리 셀 스택들(402 및 414)로부터 배터리 전압들 및 상태 표시자들(예를 들어, ADC, 배터리 셀, 또는 MCU의 저하를 표시하는 플래그들)을 취득할 수 있다. BCM(438)은 또한 콘택터들(450 및 448)을 개방하고 폐쇄하기 위해 하드와이어드(hardwired) 디지털 입력들 및 출력들을 통해 EDM(442)과 통신한다. 대안적인 실시예에서, BCM(438)은 배터리 부하 또는 소스에 배터리 셀 스택들(402 및 414)을 결합하는 것이 결정될 때 콘택터들(450 및 448)을 폐쇄하기 위한 명령어들을 전송하기 위해 CAN(440)을 통해 EDM(442)과 통신할 수 있다. 콘택터들(450 및 448)은 전기 제어 스위치들로서 작용하고 BCM(438)으로부터의 명령어 없이 쇼트 회로 전류를 인터럽트하지 않는다. 일 예에서, 콘택터들(450 및 448)은 정상 개방(normally open)이고, 폐쇄 코일(closing coil) 및 폐쇄 코일을 동작시킴으로써 금속 전류 운반 도전체들과 인게이지(engage) 및 디스인게이지(disengage)될 수 있는 금속 콘택들을 포함한다. 일 예에서, 콘택터들은 물리적으로 떨어져서 이동함으로써 개방한다. 배터리 출력 요건들이 더 낮은 애플리케이션들에서, 배터리 출력 콘택터들은 실리콘 기반 콘택터들, 예를 들어 FET들 또는 IGBT들일 수 있다.

CSM(444)은 콘택터들(450 및 448)의 배터리 측면 상에 배터리 팩 전류를 측정하기 위한 ADC(446)를 포함한다. 전류 션트(472)는 CSM(444) 내의 마이크로컨트롤러에 배터리 팩에 들어가거나 나오는 전류 흐름에 비례하는 전압을 제공한다. 대안적으로, 전류는 Hall 디바이스 또는 다른 타입의 전류 센서(예를 들어, 코일)에 의해 감지될 수 있다. CSM 마이크로컨트롤러는 ADC(446)를 통해 배터리 팩 전류를 디지털 데이터로 변환한다. 마이크로컨트롤러는 CAN 버스(440)를 통해 전류 데이터를 BCM(438)으로 전송한다. 다른 예에서, 배터리 셀 스택들로부터의 전류 센서 데이터는 BCM이 배터리 팩 전류를 결정할 수 있도록 BCM(438)과 통신될 수 있다. BCM(438)은 또한 CAN 버스(460)를 통해 차량 컨트롤러와 통신한다. 퓨즈(462)는 배터리 팩에 대해 전류 제한 보호를 제공한다.

따라서, 도 4의 시스템은 배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 시스템을 제공하고, 상기 시스템은, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 통신하는 전류 센서; 상기 복수의 배터리 셀 및 상기 배터리 팩의 외부의 부하와 전기적으로 통신하는 콘택터; 및 상기 전류 센서 및 상기 콘택터와 통신하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 인티그레이트된 전류가 임계 전류를 초과할 때 상기 콘택터를 개방하기 위한 명령어들을 포함한다. 컨트롤러는 배터리 팩 컨트롤러일 수 있고, 시스템은 상기 배터리 팩 내에 CAN 링크를 더 포함할 수 있고, 상기 CAN 링크는 상기 전류 센서로부터 상기 컨트롤러에 전류 데이터를 제공한다. 시스템은 상기 컨트롤러와 차량 컨트롤러 사이에 CAN 링크를 더 포함할 수 있다. 시스템은 또한 상기 복수의 배터리 셀로 이루어지는 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있고, 상기 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 전류가 임계 전류보다 클 때 상기 전류 센서로부터의 데이터를 인티그레이트하기 위한 명령어들, 및 미리 결정된 시퀀스후에 상기 콘택터를 폐쇄하기 위한 명령어들을 더 포함한다. 전류 센서는 션트 디바이스일 수 있다.

도 4의 시스템은 또한 배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 시스템을 제공하고, 상기 시스템은, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 통신하는 전류 센서; 상기 복수의 배터리 셀 및 상기 배터리 팩의 외부의 부하와 전기적으로 통신하는 콘택터; 및 상기 전류 센서 및 상기 콘택터와 통신하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 트랙 변수와 관련된 인티그레이트된 변수 또는 파라미터가 임계량을 초과할 때 상기 콘택터를 개방하기 위한 명령어들을 포함하고, 상기 트랙 변수는 상기 전류 센서로부터의 전류이다.

도 4의 시스템은 또한 배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 시스템을 도시하고, 상기 시스템은, 복수의 배터리 셀; CAN 링크; 콘택터; 상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 통신하는 전류 센서; 제1 컨트롤러를 포함하는 제1 모듈 - 상기 제1 컨트롤러는 상기 CAN 링크를 통해 제2 모듈에 디지털 포맷의 배터리 팩 전류 데이터를 중계(relay)하기 위한 명령어들을 포함함 - ; 및 제2 컨트롤러를 포함하는 제2 모듈을 포함하고, 상기 제2 컨트롤러는 상기 CAN 링크를 통해 상기 디지털 포맷의 상기 배터리 팩 전류 데이터를 수신하기 위한 명령어들을 포함하고, 상기 제2 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 인티그레이트된 전류가 임계 전류를 초과할 때 상기 콘택터를 개방하기 위한 명령어들을 더 포함한다. 또한, 제2 모듈은 배터리 제어 모듈일 수 있고, 상기 배터리 제어 모듈은 상기 CAN 링크를 통해 복수의 모니터 및 밸런싱 모듈들에 전기적으로 결합될 수 있다. 콘택터는 정상 개방 콘택터일 수 있고, 폐쇄 코일 및 금속 콘택들을 포함하고, 상기 제1 모듈은 전류 감지 모듈이다. 복수의 모니터 및 밸런스 모듈들은 각각 컨트롤러 및 배터리 셀 전압 모니터링 회로를 포함할 수 있다. 복수의 배터리 셀들은 리튬 이온 배터리 셀들일 수 있고, 컨트롤러는 시퀀스의 미리 결정된 상태들이 충족된 후에 상기 콘택터를 폐쇄하기 위한 명령어들을 더 포함할 수 있다.

도 4의 시스템은 배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 시스템을 제공하고, 상기 시스템은, 복수의 배터리 셀; 통신 링크; 콘택터; 상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 통신하는 전류 센서; 제1 컨트롤러를 포함하는 제1 모듈 - 상기 제1 컨트롤러는 상기 통신 링크를 통해 제2 모듈에 디지털 포맷의 배터리 팩 전류 데이터를 중계하기 위한 명령어들을 포함함 - ; 및 제2 컨트롤러를 포함하는 제2 모듈을 포함하고, 상기 제2 컨트롤러는 상기 통신 링크를 통해 상기 디지털 포맷의 상기 배터리 팩 전류 데이터를 수신하기 위한 명령어들을 포함하고, 상기 제2 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 트랙 변수와 관련된 인티그레이트된 변수 또는 파라미터가 임계량을 초과할 때 상기 콘택터를 개방하기 위한 명령어들을 더 포함하고, 상기 트랙 변수는 상기 전류 센서로부터의 전류이다.

이제 도 5를 참조하면, 배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 방법의 흐름도가 도시된다. 흐름도는 마이크로컨트롤러(예를 들어, 도 4의 BCM(438)의 마이크로컨트롤러)에 의해 컴퓨터 판독 가능한 명령어들로 실행될 수 있다. 502에서, 루틴(500)은 배터리 팩의 트랙 변수들을 결정한다. 트랙 변수들은 배터리 전압, 배터리 전류, 배터리 저장 용량, 배터리 전력, 배터리 셀 전압, 배터리 출력 콘택터 양단의 전압, 및 배터리 에너지를 포함할 수 있지만, 이것들로 한정되지 않는다. 또한, 트랙 변수들은 배터리 팩의 외부의 소스(예를 들어, 모터 또는 인버터)에 의해 영향을 받을 수 있다. 일 예에서, 배터리 팩 전류는 전류 션트(예를 들어, 도 4의 472)를 통해 결정된다. 배터리 팩으로 또는 배터리 팩으로부터 배터리 팩의 외부의 부하 또는 소스로 흐르는 전류에 비례하는 전류 션트 양단의 전압이 발생한다(develop). 일 예에서, 배터리 팩은 차량을 나아가게 하기 위해 부하에 전류를 소싱(source)하고 보조 차량 전력 시스템들에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리 팩은 차량 모터로부터 또는 충전 시스템으로부터 전류를 싱크할 수 있다. 따라서, 전류는 포지티브 및 네거티브일 수 있다. 다른 예에서, 배터리 팩 전압은 배터리 팩 출력 콘택터를 개방할 때를 결정하는 데 이용되는 트랙 변수이다. 또한, 배터리 팩 출력 콘택터를 개방할 때를 결정하기 위해 위의 트랙 변수들 중 하나 이상을 트랙하는 것이 가능하다. 일 예에서, 감지된 배터리 트랙 변수로부터의 데이터는 CAN 버스 또는 다른 타입의 통신 링크를 통해 BCM에 전송된다. 루틴(500)은 배터리 팩 전류를 결정한 후에 504로 진행한다.

504에서, 루틴(500)은 배터리 팩 전류의 트랙 변수가 임계 전류보다 작은지를 판정한다. 임계값은 배터리 팩 동작 상태들에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 임계 전류는 배터리 팩의 온도가 증가함에 따라 감소될 수 있다. 다른 예에서, 임계 전류는 배터리 용량의 손실 또는 배터리 수명에 대해 조정될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩이 새로운 것일 때, 배터리 소싱 임계 전류는 제1 레벨이다. 배터리 팩 수명 및 일부 배터리 팩 전하 저장 용량이 상실될 때, 배터리 소싱 임계 전류는 제2 레벨로 조정될 수 있고, 제2 레벨은 제1 레벨보다 낮다. 마찬가지로, 배터리 팩 임계 전류는 배터리 팩이 전류를 싱크하고 있을 때의 상태들에 대해 조정될 수 있다. 따라서, 배터리 팩은 전류를 싱크하고 소싱하기 위한 상이한 전류 임계들을 가질 수 있다. 유사한 임계값들이 배터리 전류 이외의 트랙 변수들에 적용된다.

504에서 루틴(500)은 하나 이상의 트랙 변수들이 트랙 변수에 대한 임계값 또는 양보다 작을 때 0의 양 또는 레벨로 트랙 변수와 관련되는 하나 이상의 인티그레이트된 파라미터들을 설정하는 것 이외의 어떠한 작용도 하지 않는 컨트롤러로서 작용한다. 504에서 트랙 변수가 임계 레벨을 초과하는 경우, 루틴(500)은 본질적으로 하나 이상의 트랙 변수와 관련된 하나 이상의 파라미터를 인티그레이트하기 시작한다.

배터리 팩 트랙 변수가 임계 레벨보다 작으면, 루틴(500)은 516으로 진행한다. 그렇지 않으면, 루틴(500)은 506으로 진행한다.

506에서, 루틴(500)은 하나 이상의 배터리 팩 트랙 변수들이 트랙 변수에 적용하는 임계 레벨 플러스 버퍼량보다 큰지 여부를 판정한다(예를 들어, 트랙 변수가 전압인 경우, 버퍼 전압은 20 볼트일 수 있다). 각각의 트랙 변수에 대한 버퍼량은 배터리의 동작 상태들에 응답하여 조정되는 가변량일 수 있다. 예를 들어, 트랙 변수가 전류인 경우, 버퍼 전류는 배터리 팩의 온도가 증가함에 따라 감소될 수 있다. 다른 예에서, 버퍼 전류는 배터리 용량의 손실 또는 배터리 수명에 대해 조정될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩이 새로운 것이면, 배터리 버퍼 전류는 제1 레벨이다. 배터리 팩 수명들 및 일부 배터리 팩 전하 저장 용량이 상실(lost)될 때, 배터리 버퍼 전류는 제2 레벨로 조정될 수 있고, 제2 레벨은 제1 레벨보다 낮다. 마찬가지로, 버퍼 전류는 배터리 팩이 전류를 싱크하고 있을 때의 상태들에 대해 조정될 수 있다. 따라서, 배터리 팩은 전류를 싱크하고 소싱하기 위한 상이한 버퍼 전류 임계값들을 가질 수 있다. 마찬가지로, 다른 트랙 변수들(예를 들어, 배터리 전압)에 대한 버퍼량들은 버퍼 전류와 유사하게 조정될 수 있다. 배터리 팩 트랙 변수가 임계량 플러스 버퍼량보다 크지 않으면, 루틴(500)은 510으로 진행한다. 그렇지 않으면, 루틴(500)은 508로 진행한다.

508에서, 루틴(500)은 배터리 팩 트랙 변수와 관련되는 파라미터를 인티그레이트 업한다(integrate up). 파라미터를 인티그레이트 업함으로써, 파라미터의 인티그레이트된 양이 증가한다. 전술한 바와 같이, 하나 이상의 트랙 변수들이 따라서 트랙될 수 있고, 트랙 변수들과 관련된 하나 이상의 파라미터가 인티그레이트된다. 일 예에서, 루틴(500)은 다음의 수학식에 따라 제곱된 배터리 팩 전류 에러를 인티그레이트한다.

여기서, i2tcur는 배터리 전류 에러와 관련된 파라미터와 연관된 인티그레이트된 값이고, dt는 배터리 팩 전류 샘플들 사이의 시간이고, iact는 전류 션트 또는 다른 디바이스로부터의 실제 배터리 팩 전류이고, thescur는 배터리 팩 전류의 임계량이고, buffcur는 버퍼 전류의 양이다. 따라서, 이 예에서, 루틴(500)은 배터리 전류가 임계 전류를 초과할 때 배터리 전류와 관련되는 파라미터를 인티그레이트한다. 이 예에서, 트랙 변수 전류는 제곱되고 시간에 대해 인티그레이트되어 배터리 팩에 들어가거나 나오는 에너지를 결정한다. 또한, 인티그레이트된 값 i2tcur은 iact가 threscur 플러스 buffcur보다 클 때 증가한다. 따라서, 전류의 임계 레벨을 초과하는 전류는 트랙될 수 있는 반면, 임계 전류보다 작은 전류는 트랙되지 않는다. 유사하게, 트랙된 다른 배터리 팩과 관련된 파라미터들이 인티그레이트될 수 있다. 또한 배터리 팩 트랙 변수는 트랙 변수와 관련된 인티그럴(integral) 값에 포함되기 전에, 2 이외의 지수, 예를 들어 1.5에 의해 제곱될 수 있다(raised)는 것에 주목해야 한다. 또한, 배터리 팩 트랙 파라미터는 인티그럴에 포함되기 전에 다른 방식으로 수학적으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 배터리 전류는 인티그럴에 포함되기 전에 배터리 팩 전력을 결정하기 위해 배터리 팩 전압에 의해 곱해질 수 있다. 다른 예들에서, 트랙 변수는 수학적으로 처리되지 않고 인티그럴에 포함될 수 있다. 루틴(500)은 배터리 팩 트랙 변수와 관련된 파라미터를 인티그레이트한 후에 512를 진행한다.

510에서, 루틴(500)은 배터리 팩 트랙 변수와 관련되는 파라미터를 인티그레이트 다운한다(integrate down). 파라미터를 인티그레이트 다운함으로써, 파라미터의 인티그레이트된 양은 감소한다. 위에서 언급한 바와 같이, 하나 이상의 트랙 변수들이 따라서 트랙될 수 있고, 트랙 변수들과 관련된 하나 이상의 파라미터들이 인티그레이트된다. 일 예에서, 루틴(500)은 다음의 수학식에 따라 배터리 팩 전류를 인티그레이트한다.

여기서, 변수들은 전술한 바와 같다. 수학식에 따르면, 510에서 인티그레이트된 값 i2tcur은 iact가 threscur 플러스 buffcur보다 작을 때 감소한다. 결과로서, 임계 레벨을 초과하지만 임계 전류 레벨 플러스 버퍼 레벨보다 작은 전류가 i2tcur의 양을 감소시킨다. 또한, i2tcur의 값은 원하는 경우 제로에서 클리핑될 수 있다. 루틴(500)은 배터리 팩 전류를 인티그레이트한 후에 512로 진행한다.

508 또는 510을 진행함으로써, 루틴(500)은 트랙 배터리 변수와 관련된 파라미터를 인티그레이트한다. 루틴(500)은 트랙 변수가 임계량 플러스 버퍼량보다 클 때 포지티브 에러를 인티그레이트하는 컨트롤러로서 작용하고, 루틴(500)은 트랙 변수가 임계량보다 크지만 임계량 플러스 버퍼량보다 작을 때 네거티브 에러를 인티그레이트하는 컨트롤러로서 작용한다.

512에서, 루틴(500)은 배터리 팩 트랙 변수와 관련된 인티그레이트된 파라미터가 임계 양 또는 레벨을 초과하는지 여부를 판정한다. 일 예에서, 전술한 파라미터들에 기초하여, i2tcur의 레벨이 임계 레벨보다 클 때 루틴(500)은 514로 진행한다. 배터리 팩 트랙 변수와 관련된 인티그레이트된 파라미터에 대한 임계값은 배터리의 동작 상태들에 응답하여 조정되는 것의 가변량일 수 있다. 예를 들어, 임계 배터리 에너지(예를 들어, 인티그레이트된 iact²)는 배터리 팩의 온도가 증가함에 따라 감소될 수 있다. 다른 예에서, 임계 배터리 에너지는 배터리 용량의 손실 또는 배터리 수명에 대해 조정될 수 있다. 예를 들어, 트랙 전류 임계값은 배터리 온도가 증가함에 따라 감소할 수 있다. 마찬가지로, 임계 배터리 에너지는 배터리 팩이 전류를 싱크하고 있을 때의 상태들에 대해 조정될 수 있다. 따라서, 배터리 팩은 전류를 싱크 및 소싱하기 위한 상이한 배터리 에너지 임계값들을 가질 수 있다. 예를 들어, 배터리 에너지 임계값은 전류가 배터리 팩으로부터 소싱될 때 제1 값에 있을 수 있고, 배터리 에너지 임계값은 배터리 팩이 전류를 싱크하고 있을 때 제2 값에 있을 수 있다. 트랙 배터리 변수와 관련된 인티그레이트된 파라미터가 임계 양 또는 값보다 크면, 루틴(500)은 514로 진행한다. 그렇지 않으면, 루틴(500)은 종료(exit)로 진행한다.

도 5의 루틴은 일부 양태들에서 프로그램 가능한 퓨즈로서 동작한다는 것에 주목한다. 그러나, 또한 배터리 팩 전류는 본 설명의 범위 또는 폭으로부터 벗어나지 않고 대안적인 방법으로 처리될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 예를 들어, 일부 애플리케이션들에서, 전류는 단순히 임계 전류와 비교될 수 있다. 임계 전류가 초과하면, 배터리 팩 콘택터는 배터리 부하로부터 배터리 팩을 분리한다. 또한, 상이한 콘택터 제어 모드들이 상이한 동작 상태들 동안 이용될 수 있다. 예를 들어, 제1 모드 동안, 콘택터들은 위에서 언급한 바와 같이 트랙 배터리 변수와 관련된 인티그레이트된 파라미터에 따라 제어될 수 있는 반면, 다른 모드들 하에서 콘택터들은 전류의 인티그럴과 상관없이 전류가 임계 한계 위에 있을 때 제어(예를 들어, 개방)될 수 있다. 예를 들어, 상이한 콘택터 제어들(예를 들어, 상이한 위의 모드들)이 충전 및 방전 동작 동안 이용될 수 있다.

514에서, 루틴(500)은 배터리 팩이 배터리 팩의 외부의 소스들 및 부하들로부터 전기적으로 분리되도록 개방 상태로 되도록 배터리 팩 콘택터에 명령한다. 일 예에서, 콘택터는 전기 작동 스위치로서 응답하고 차량 전기 시스템으로부터 배터리 팩을 물리적으로 분리한다. 또한, 루틴(500)은 차량 컨트롤러가 배터리 상태에 대해 알게 될 수 있도록 차량 컨트롤러에 상태 신호를 제공한다. 일부 예들에서, 루틴(500)은 또한 차량 드라이버에 배터리 콘택터 개방의 표시를 제공한다. 루틴(500)은 배터리 팩 콘택터가 개방 상태로 되도록 명령받은 후에 종료한다.

일부 시스템들 및 방법들에 대해 콘택터가 도 5의 방법에 의해 개방된 후에 폐쇄될 수 있기 전에 미리 결정된 시퀀스가 활용될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 예를 들어, 차량 컨트롤러는 배터리 출력 콘택터가 폐쇄되기 전에 자체 테스트 진단을 성공적으로 완료해야 할 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 차량 컨트롤러는 콘택터가 폐쇄되기 전에 CAN을 통해 배터리 컨트롤러에 진단의 성공적인 완료의 확인을 전송하도록 요구된다. 또한, 일부 예들에서, 배터리 출력 콘택터는 차량 기술자가 차량 컨트롤러의 코드를 클리어(clear)할 때까지 폐쇄하도록 허용되지 않을 수 있다.

따라서, 도 5의 방법은 배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 방법을 제공하고, 이 방법은, 상기 배터리 팩의 전류의 인티그레이트된 양이 임계 레벨을 초과할 때 상기 배터리 팩의 외부의 전기 회로에 상기 배터리 팩을 전기적으로 결합하는 콘택터를 개방하는 단계를 포함하고, 상기 전류는 상기 전류가 임계 전류량보다 클 때 인티그레이트된다. 위의 수학식들에 의해 예시되는 바와 같이, 상기 전류의 인티그레이트된 양은 상기 배터리 팩의 외부의 부하에 상기 배터리 팩에 의해 공급된 전류의 양과 관련될 수 있다. 또한, 상기 전류의 인티그레이트된 양은 상기 배터리 팩의 외부의 소스에 의해 상기 배터리 팩에 의해 수신된 전류의 양과 관련될 수 있고, 전류는 전류 션트 회로에 의해 모니터링된다. 전류의 인티그레이트된 양은 시간으로 전류를 곱하는 것을 포함할 수 있고, 전류는 임계 전류보다 큰 전류의 양이고, 전류의 값은 CAN 링크를 통해 전송된다. 임계 전류는 또한 배터리 팩의 충전 대 방전과 같은, 상태들에 따라 변화될 수 있다. 또한, 인티그럴은 전류의 절대값에 기초할 수 있다.

또한, 도 5의 방법은 또한 배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 방법의 일 예를 예시하고, 이 방법은, 배터리 팩의 전류를 ADC로 감지하는 단계; 상기 배터리 팩의 상기 전류의 인티그레이트된 양이 임계 레벨을 초과할 때 상기 배터리 팩의 외부의 전기 회로에 상기 배터리 팩을 전기적으로 결합하는 콘택터를 개방하는 단계 - 상기 전류는 상기 전류가 임계 전류량보다 클 때 인티그레이트됨 - ; 및 상기 콘택터의 상태에 대해 차량 컨트롤러에 통지하는 단계를 포함한다. ADC는 도 4에 언급된 바와 같이 상기 콘택터를 갖는 모듈에 포함될 수 있다. ADC로부터의 데이터는 CAN 링크를 통해 배터리 제어 모듈에 공급될 수 있고, 상기 전류의 상기 인티그레이션(integration)은 제1 상태 동안 제로의 값으로 클리핑된다. 콘택터는 차량 컨트롤러가 배터리 팩 컨트롤러로부터 상기 차량 컨트롤러에 전송된 전류 한계들을 따르고 있지 않을 때 개방될 수 있다.

따라서, 도 5의 방법은 또한 배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 방법을 제공하고, 이 방법은, 상기 배터리 팩의 트랙 변수와 관련된 인티그레이트된 변수 또는 파라미터가 임계량을 초과할 때 상기 배터리 팩의 외부의 전기 회로에 상기 배터리 팩을 전기적으로 결합하는 콘택터를 개방하는 단계를 포함하고, 상기 인티그레이트된 변수 또는 파라미터는 상기 배터리 팩의 상기 트랙 변수가 임계량보다 클 때 인티그레이트된다. 방법은 인티그레이트된 변수 또는 파라미터가 상기 배터리 팩의 외부의 부하에 상기 배터리 팩에 의해 공급된 전류의 양과 관련되는 경우를 포함한다. 방법은 또한 인티그레이트된 변수 또는 파라미터가 상기 배터리 팩의 외부의 소스에 의해 영향을 받는 상기 배터리 팩의 배터리 셀 전압과 관련되는 경우를 포함한다. 방법은 또한 인티그레이트된 변수 또는 파라미터가 상기 배터리 팩의 외부의 소스에 의해 영향을 받는 상기 배터리 팩의 전압과 관련되는 경우를 포함한다. 방법은 또한 인티그레이트된 변수 또는 파라미터가 상기 배터리 팩의 외부의 소스에 의해 영향을 받는 상기 배터리 팩의 콘택터 양단의 전압과 관련되는 경우를 포함한다. 방법은 또한 배터리 팩의 트랙 변수와 관련된 인티그레이트된 변수가 배터리 팩의 트랙 변수가 임계 레벨 플러스 버퍼 레벨보다 클 때 증가하는 경우를 포함한다. 일 예에서, 방법은 배터리 팩의 트랙 변수의 값이 배터리 전류이고 CAN 링크를 통해 전송되는 경우를 포함한다.

이러한 식으로, 과전류 동작의 지속기간과 정도 사이의 상호작용을 고려하여, 전류 한계들 내에 있을 때 차량 컨트롤러에 대해 더 큰 유연성을 가능하게 할 수 있다.

본 개의 요지는 본원에 개시된 다양한 시스템들 및 구성들과, 다른 특징들, 기능들, 및/또는 특성들의 모든 신규의 명백하지 않은(nonobvious) 결합들 및 부-결합들(subcombinations)을 포함한다.

이 기술분야의 통상의 기술자에 의해 알 수 있는 바와 같이, 도 5에 설명된 루틴들은 컨트롤러에 대한 명령어들에 의해 표현될 수 있고, 이벤트 구동, 인터럽트 구동, 멀티 태스킹, 멀티 스레딩 등과 같은, 임의의 수의 프로세싱 방식들 중 하나 이상에 의해 표현될 수 있다. 이와 같이, 예시된 다양한 단계들 또는 기능들은 예시된 순서로, 병렬로, 또는 일부 경우들에서 생략되어 수행될 수 있다. 마찬가지로, 프로세싱의 순서는 본원에 설명된 목적들, 특징들, 및 이점들을 실현하기 위해 반드시 요구되는 것은 아니고, 예시 및 설명의 용이함을 위해 제공되는 것이다. 명시적으로 예시되지 않지만, 이 기술분야의 통상의 기술자는 예시된 단계들 또는 기능들 중 하나 이상이 이용되는 특정 방식에 따라 반복적으로 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

다음의 청구항들은 특히 신규의 명백하지 않은 것으로서 고려되는 특정 결합들 및 부-결합들을 가리킨다. 이들 청구항들은 요소 또는 "제1" 요소 또는 그의 등가물을 언급할 수 있다. 이러한 청구항들은 2개 이상의 이러한 요소들을 요구하지도 제외하지도 않고, 하나 이상의 이러한 요소들의 통합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 개시된 특징들, 기능들, 요소들, 및/또는 특징들의 다른 결합들 및 부-결합들은 본 청구항들의 보정을 통해 또는 본 또는 관련 출원에의 새로운 청구항들의 제출을 통해 청구될 수 있다. 이러한 청구항들은, 원래의 청구항들에 대한 범위에서 더 넓든지, 더 좁든지, 동일하든지, 상이하든지 간에, 또한 본 개시의 요지 내에 포함되는 것으로서 고려된다.

Claims

배터리 팩(battery pack)의 출력을 제어하기 위한 방법으로서,
상기 배터리 팩의 트랙 변수(tracked variable)와 관련된 변수 또는 파라미터 값의 정도(degree) 및 지속기간(duration)의 인티그레이션(integration)이 임계량을 초과할 때 상기 배터리 팩의 외부의 전기 회로에 상기 배터리 팩을 전기적으로 연결하는 콘택터(contactor)를 개방하는 단계
를 포함하고,
상기 변수 또는 파라미터는 상기 배터리 팩의 상기 트랙 변수가 임계량보다 클 때 인티그레이트되는
배터리 팩의 출력 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 변수 또는 파라미터는 상기 배터리 팩의 외부의 부하에 상기 배터리 팩에 의해 공급되는 전류의 양과 관련되는, 배터리 팩의 출력 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 변수 또는 파라미터는, 상기 배터리 팩의 외부의 소스에 의해 영향을 받는 상기 배터리 팩의 배터리 셀 전압(battery cell voltage)과 관련되는, 배터리 팩의 출력 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 변수 또는 파라미터는 상기 배터리 팩의 외부의 소스에 의해 영향을 받는 상기 배터리 팩의 전압과 관련되는, 배터리 팩의 출력 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 변수 또는 파라미터는 상기 배터리 팩의 외부의 소스에 의해 영향을 받는 상기 배터리 팩의 상기 콘택터의 양단의 전압과 관련되는, 배터리 팩의 출력 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 배터리 팩의 트랙 변수와 관련된 상기 변수는, 상기 배터리 팩의 상기 트랙 변수가 임계 레벨 더하기 버퍼 레벨보다 클 때 증가하는, 배터리 팩의 출력 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 배터리 팩의 상기 트랙 변수의 값은 배터리 전류이고, CAN 링크를 통해 전송되는, 배터리 팩의 출력 제어 방법.
배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 시스템으로서,
복수의 배터리 셀;
상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 통신하는 전류 센서;
상기 복수의 배터리 셀 및 상기 배터리 팩의 외부의 부하와 전기적으로 통신하는 콘택터; 및
상기 전류 센서 및 상기 콘택터와 통신하는 컨트롤러
를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 트랙 변수와 관련된 변수 또는 파라미터 값의 정도 및 지속기간의 인티그레이션이 임계량을 초과할 때 상기 콘택터를 개방하기 위한 명령어들을 포함하고, 상기 트랙 변수는 상기 전류 센서로부터의 전류인
배터리 팩의 출력 제어 시스템.
제8항에 있어서, 상기 배터리 팩 내의 CAN 링크를 더 포함하고, 상기 CAN 링크는 상기 전류 센서로부터 상기 컨트롤러에 전류 데이터를 제공하는, 배터리 팩의 출력 제어 시스템.
제8항에 있어서, 상기 컨트롤러와 차량 컨트롤러(vehicle controller) 사이에 CAN 링크를 더 포함하는, 배터리 팩의 출력 제어 시스템.
제8항에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀로 이루어지는 복수의 배터리 모듈을 더 포함하는, 배터리 팩의 출력 제어 시스템.
제8항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 전류가 임계 전류보다 클 때 상기 전류 센서로부터의 데이터를 인티그레이트하기 위한 명령어들을 더 포함하는, 배터리 팩의 출력 제어 시스템.
제8항에 있어서, 상기 컨트롤러는 미리 결정된 시퀀스를 실행한 후에 상기 콘택터를 폐쇄하기 위한 명령어들을 더 포함하는, 배터리 팩의 출력 제어 시스템.
제8항에 있어서, 상기 전류 센서는 션트 디바이스(shunt device)이고, 상기 컨트롤러는 배터리 팩 컨트롤러인, 배터리 팩의 출력 제어 시스템.
배터리 팩의 출력을 제어하기 위한 시스템으로서,
복수의 배터리 셀;
통신 링크;
콘택터;
상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 통신하는 전류 센서;
제1 컨트롤러를 포함하는 제1 모듈 - 상기 제1 컨트롤러는 배터리 팩 전류 데이터를 디지털 포맷으로 상기 통신 링크를 통해 제2 모듈에 중계(relay)하기 위한 명령어들을 포함함 - ; 및
제2 컨트롤러를 포함하는 제2 모듈 - 상기 제2 컨트롤러는 상기 배터리 팩 전류 데이터를 상기 디지털 포맷으로 상기 통신 링크를 통해 수신하기 위한 명령어들을 포함하고, 상기 제2 컨트롤러는 상기 배터리 팩의 트랙 변수와 관련된 변수 또는 파라미터 값의 정도 및 지속기간의 인티그레이션이 임계량을 초과할 때 상기 콘택터를 개방하기 위한 명령어들을 더 포함하고, 상기 트랙 변수는 상기 전류 센서로부터의 전류임 -
을 포함하는 배터리 팩의 출력 제어 시스템.
제15항에 있어서, 상기 제2 모듈은 배터리 제어 모듈이고, 상기 배터리 제어 모듈은 상기 통신 링크를 통해 복수의 모니터 및 밸런싱(balancing) 모듈들에 전기적으로 결합되고, 상기 통신 링크는 CAN 링크인, 배터리 팩의 출력 제어 시스템.
제15항에 있어서, 상기 콘택터는 정상 개방 콘택터(normally open contactor)이고 또한 폐쇄 코일(closing coil) 및 금속 콘택들(metallic contacts)을 포함하고, 상기 제1 모듈은 전류 감지 모듈인, 배터리 팩의 출력 제어 시스템.
제16항에 있어서, 상기 복수의 모니터 및 밸런싱 모듈들 각각은 컨트롤러 및 배터리 셀 전압 모니터링 회로를 포함하는, 배터리 팩의 출력 제어 시스템.
제15항에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀은 리튬 이온 배터리 셀들인, 배터리 팩의 출력 제어 시스템.
제15항에 있어서, 상기 컨트롤러는 시퀀스의 미리 결정된 상태들이 충족된 후에 상기 콘택터를 폐쇄하기 위한 명령어들을 더 포함하는, 배터리 팩의 출력 제어 시스템.