KR102575558B1 - 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 제어하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 차량(1)의 비가동(downtime) 단계시 충전기(3)를 통해 배전 네트워크(31)에 접속되는 전기 차량(1)의 트랙션 배터리(2)의 충전 레벨을 조절하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은, 상기 트랙션 배터리에 연관되어 있는 방전 회로(5)로 수행되며, 상기 트랙션 배터리의 최소 전압으로 상기 트랙션 배터리를 느리게 그리고 완전히 방전하도록 상기 트랙션 배터리의 공칭 용량(nominal capacity)에 대한 강도로 교정된 방전 전류로 상기 트랙션 배터리를 강제 방전하는 제1 단계, 상기 트랙션 배터리의 유용한 충전 레벨에 이르기까지 상기 트랙션 배터리를 충전하도록 상기 충전기 또는 트랙션 배터리에 의해 규정된 설정치 충전 전류로 상기 트랙션 배터리를 정상 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 제어하는 방법 및 장치
본 발명은 전기 차량의 트랙션 배터리(traction battery)의 충전 레벨을 조절하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 충전식 하이브리드 전기 차량용 리튬 이온(Li 이온) 배터리의 충전 레벨을 관리하는 분야에 적용되지만, 이에 국한되지 않는다.
현재까지, 전기 차량의 사용이 증가하는 것에 대해 제한하는 주된 요소들 중 하나가 배터리 충전 시간, 구체적으로는 연소 차량에 연료를 채우는 데 필요한 시간에 비견되는 배터리 충전 시간이었다. 따라서, 자동차 부문에 적합한 새로운 "고속" 또는 "초고속" 충전 리튬 이온 배터리 기술이 개발됨으로써, 배터리 충전 시간이 상당히 감소하게 될 수 있었다. 그러나 이러한 고속 또는 초고속 충전을 허용하는 배터리, 다시 말하면 대량의 충전 전류를 허용할 수 있는 배터리에는, 시간 경과에 따라 배터리의 특성이 저하하게 된다는 취약성이 있음을 관측하게 되었다. 바꾸어 말하면, 배터리가 고속 또는 초고속 충전을 허용하는 능력은 물리 화학적 기원의 배터리 노화 메커니즘을 발생시킬 확률이 높아지게 한다. 이러한 메커니즘은 특정 충전 시간의 임계값 미만에서 대량의 전류가 흐르게 되어 배터리 용량이 감소하게 되며, 그럼으로써 차량의 주행거리가 심각하게 영향을 받을 수 있게 된다. 그러므로 고속 또는 초고속 충전은 리튬 이온 배터리의 노화, 결과적으로는 차량의 성능에 부정적인 영향을 미친다.
그럼에 불구하고, 배터리의 특성이 신속하게 노화되는 것을 제한하면서, 배터리를 고속으로 충전시키는 문제를 해결하기 위한 한 가지 공지된 해결수법은 배터리의 충전 상태 및 온도에 따라 충전 전류 레벨을 조정하는 것이다. 그러나 충전 시간의 감소에 대한 일정 수요를 넘어서면서는, 이러한 해결수법이 저속 충전과 비교하여 배터리의 용량의 저하가 증가하는 것을 방지하지 못함을 관측하게 되었다.
또한, 어느 중간 레벨의 충전 또는 지나치게 높은 온도는 배터리의 사용 기간에 부정적인 영향을 미치는 조건일 수 있음이 입증되었다. 본 출원인의 명의로 출원된 특허 문헌 FR2992779에는 쌍방향 충전기를 통해 배전 네트워크에 연결된 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 방법이 개시되어 있으며, 이러한 방법은 배터리의 사용 기간이 최대화되는 것을 허용한다. 상기 문헌에 기재되어 있는 상기 방법은 배터리가 사용되고 있지 않을 때 과도하게 높은 충전 레벨로 배터리에 의해 소비되는 시간을 제한하는 원리를 기반으로 이루어진다. 따라서 차량이 사용되고 있지 않은 단계에서는, 차량의 배터리가 충전중일 경우, 배터리의 사용 기간을 최대화하기 위해 가능한 한 많은 에너지를 배전 네트워크로 되돌려 보내게 하고, 그리고 나서 나중에 전기 차량이 실제로 다시 사용되기 직전에 이러한 에너지를 다시 가져오게 한다. 따라서, 이러한 방법은 먼저 쌍방향 충전기를 통해 배터리를, 배터리가 사용되지 않게 될 추정 시간의 함수로서 배터리의 용량 손실을 최소화하는 것을 허용하는 최적의 충전 레벨에 이르기까지, 배전 네트워크로 방전시키는 단계, 및 그 후에 미리 알려진 여정에 필요한 충전 레벨에 이르기까지 배터리를 충전시키는 단계를 포함한다.
그러나 이러한 방법이 배터리의 캘린더 노화(calendar aging)에 대한 저항이 증가하게 되는 것을 제공하지만(다시 말하면, 배터리가 휴지 상태에 있을 때 용량의 손실을 제한하지만), 상기 방법은 위에서 언급한 바와 같이 전기 차량의 주행거리의 손실 문제를 해결해 주지 않는데, 이는 연속적인 고속 충전 동작들, 특히 지속기간이 배터리의 화학 반응에 대한 결정적인 임계값 미만인 충전 동작으로 인한 배터리 용량의 저하 때문이다.
또한, 위에서 언급한 문헌에서는, 배터리의 사용 기간을 최대화하기 위해 배터리가 사용되고 있지 않은 단계에서 배터리의 충전 상태 레벨을 수정하는 단계의 구현은 에너지를 배전 네트워크로 다시 보낼 수 있게 하는 쌍방향 충전기의 사용을 필요로 한다. 이는 이러한 해결수법의 효율적인 사용을 제한하게 하는 상대적으로 복잡하고 고가의 장치이다.
문헌 US5942878A에는 Ni-Cd 및 Ni-MH 배터리의 메모리 효과를 저감시키는 방법이 개시되어 있으며, 이러한 메모리 효과는 리튬 이온 배터리 상에 존재하지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 구현하기가 간단하며, 적어도 부분적으로는 고속 충전 리튬 이온 배터리, 특히 전기 차량용 트랙션 배터리의 사이클 구현으로 인한 용량 손실 문제를 극복하는 것을 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 전기 차량의 비가동(downtime) 단계시 충전기를 통해 배전 네트워크에 접속되는 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은,
상기 배터리에 연관되어 있는 방전 회로로 수행되며, 상기 배터리의 최소 전압으로 상기 배터리를 느리게 그리고 완전히 방전하도록 상기 배터리의 공칭 용량(nominal capacity)에 대한 강도로 교정된 방전 전류로 상기 배터리를 강제 방전하는 제1 단계,
상기 배터리의 유용한 충전 레벨에 이르기까지 상기 배터리를 충전하도록 상기 충전기 또는 배터리에 의해 규정된 설정치 충전 전류로 상기 배터리를 정상 충전하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 의하면, 상기 배터리를 정상 충전하는 단계 이전에, 상기 배터리를 충전 및 방전하는 적어도 하나의 중간 시퀀스가 수행되며, 상기 적어도 하나의 중간 시퀀스는,
상기 배터리의 최대 전압에 이르기까지 상기 배터리를 느리게 충전하도록 상기 설정치 충전 전류보다 작은 제한된 충전 전류로 상기 배터리를 제한 충전하는 단계, 및
상기 배터리에 연관되어 있는 방전 회로로 수행되며, 상기 배터리의 최소 전압에 이르기까지 상기 배터리를 다시 느리게 그리고 완전히 방전하도록 상기 교정된 방전 전류로 상기 배터리를 강제 방전하는 제2 단계
를 연속하여 포함한다.
바람직하게는, 상기 배터리를 강제 방전하는 제1 및 제2 단계는 방전 저항기(discharge resistor)로 수행되고, 상기 방전 저항기는 상기 강제 방전하는 제1 및 제2 단계 동안 상기 배터리의 단자들에 접속되며 상기 정상 및 제한 충전 단계 동안 상기 배터리의 단자들로부터 접속해제되고, 상기 방전 저항기는 상기 교정된 방전 전류를 설정한다.
바람직하게는, 상기 교정된 방전 전류는 많아 봐야 상기 배터리의 공칭 용량 값의 1/10 정도이다.
바람직하게는, 상기 제한된 충전 전류는 많아 봐야 상기 배터리의 공칭 용량 값의 1/10 정도이다.
바람직하게는, 상기 설정치 충전 전류는 상기 배터리를 고속 충전하기에 적합하다.
본 발명은 또한 전기 차량의 비가동 단계시 충전기를 통해 배전 네트워크에 접속되는 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 장치에 관한 것이며, 상기 장치는, 상기 배터리에 전기적으로 접속될 수 있는 배터리 방전용 방전 회로 및 상기 배터리를 방전하도록 상기 방전 회로를 상기 배터리에 선택적으로 접속하여 위에서 설명한 바와 같은 방법을 구현하도록 구성된 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 방전 회로는 방전 저항기를 포함하고, 상기 방전 저항기의 각각의 단자는 상기 방전 저항기의 단자들을 상기 배터리의 단자들에 접속하고 상기 방전 저항기의 단자들을 상기 배터리의 단자들로부터 접속해제하기 위한 2가지 위치 사이로 상기 제어 모듈에 의해 구동되는 가동 접촉자(movable contact)를 포함하는 스위치를 통해 상기 배터리의 대응 단자들에 접속된다.
바람직하게는, 상기 방전 저항기는 상기 배터리의 하우징 내에 통합된다.
본 발명은 또한 위에서 설명한 바와 같은 장치를 포함하는 전기 차량에 관한 것이다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부도면들을 참조하여 비-제한적인 표시를 통해 주어진 본 발명의 한 특정 실시 예의 이하에 제공되는 설명을 읽으면 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리의 충전 레벨을 조절하는 장치가 구비된 전형적인 전기 차량의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 방법의 2가지 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 1은 전기 모터(도시되지 않음)가 구비된 전기 자동차(1)에서 본 발명을 전형적으로 구현하는 회로도이다. 본 예에 따른 전기 자동차의 전기 모터는, 자체적으로 공지된 방식으로 공칭 전압을 공급하도록 구성된 충전식 전기화학 시스템을 포함하는 복수 개의 전기 화학 축전지들(22), 또는 전지들이 직렬로 배열된 배터리 하우징(21)을 포함하는 리튬 이온 유형의 트랙션 배터리(2)에 의해 전력 공급이 이루어지게 된다.
본 예의 전기 자동차는 또한 배터리 충전기(3)를 포함한다. 상기 배터리 충전기(3)는 차량용 배터리의 충전을 위해 배전 네트워크(31)에 접속되도록 구성된다. 상기 배터리 충전기(3)는 제어 모듈(4)에 의해 구동되며, 상기 제어 모듈(4)은, 상기 전기 자동차가 정지되어 있고 충전을 위해 상기 배전 네트워크(31)에 접속될 때, 상기 충전기(3)를 통한 상기 배전 네트워크(31)로부터의 상기 트랙션 배터리(2)의 충전을 제어하도록 구성된 컴퓨터를 포함한다.
상기 전기 자동차가 정지되어 있고 상기 배전 네트워크(31)에 접속되는 이러한 문맥에서, 본 발명은 특히 상기 트랙션 배터리가 이전에 경험한 고속 충전 단계의 종료시에 손실된 배터리 용량의 일부를 복구하는 것을 가능하게 하는 프로토콜의 구현을 제안한다.
구체적으로는, 연속적인 고속 충전 동작들로 인한 리튬 이온 배터리의 이러한 용량 손실이 대량의 충전 전류에 의해 악화 되는 기생 전기화학 반응(parasitic electrochemical reactions), 특히 음극이 침지되는 전해질과 반응하는 음극의 표면 상의 리튬 금속 증착("리튬 도금(Li Plating)")이 이루어지는 기생 전기화학 반응에 기인한 것일 수 있음이 관측되었다. 본 발명의 원리는 이러한 현상에 연관되어 있는 배터리 용량의 일시적으로 손실된 가역적인 부분(reversible portion)을 복구하고 그럼으로써 고속 충전의 구현에 불구하고 전기 자동차의 사용 기간을 늘리기 위해 특정 프로토콜에 연관된 간단한 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 장치는 상기 트랙션 배터리(2)에 연관되어 있는 방전 회로(5)를 포함한다. 이러한 방전 회로는 단일의 방전 저항기(51)를 포함하며, 상기 방전 저항기(51)는 상기 전지들(22)이 배열되어 있는 배터리 하우징(21) 내에 용이하게 통합될 수 있다. 더 정확하게 말하면, 상기 방전 저항기(51)의 한 단자(51a)는 릴레이와 같은 제1 스위치(54)의 가동 접촉자(52)를 통해 상기 트랙션 배터리(2)의 양극 단자에 접속되고 상기 방전 저항기(51)의 다른 한 단자(51b)는 릴레이와 같은 제2 스위치(54)의 가동 접촉자(52)를 통해 상기 트랙션 배터리의 음극 단자에 접속된다. 상기 제1 및 제2 스위치(54)의 가동 접촉자(52)는 2가지 위치, 다시 말하면 상기 방전 저항기(51)의 단자들(51a, 51b)이 도 1에 도시어 있는 바와 같이 상기 트랙션 배터리의 양극 및 음극 단자에 접속되지 않는 제1 "개방" 위치, 및 상기 방전 저항기(51)의 단자들(51a, 51b)이 상기 트랙션 배터리의 양극 및 음극 단자에 접속되는 제2, "폐쇄" 위치를 각각 취할 수 있다.
상기 트랙션 배터리에 연관되어 있는 방전 시스템의 제1 및 제2 스위치(54)의 위치들은 상기 제어 모듈(4)에 의해 제어되며, 상기 제어 모듈(4)은, 이하에서 더 구체적으로 설명되겠지만 전기 자동차가 정지되어 있고 충전을 위해 상기 배전 네트워크에 접속되는 경우에 본 발명이 운전자에게 제공할 수 있는 서로 다른 충전 전략들에 따라 상기 제1 및 제2 위치 중에서 상기 제1 및 제2 스위치들의 가동 접촉자(52)의 위치를 결정하도록 구성된다.
본 발명의 방법은 도 2에서 Mode_1 및 Mode_2로 나타나 있는 적어도 2가지 전략을 제공하여 특히 고속 충전 단계의 종료시에 손실된 배터리 용량의 가역적인 부분의 회복을 허용하는 것을 가능하게 한다.
양자 모두의 전략들에 대하여는, 상기 트랙션 배터리의 강제 방전이 먼저 제1 단계 E1에서 제어된다. 따라서, 이러한 제1 단계에서는, 상기 릴레이들(54)이 폐쇄 위치에 있도록 상기 제어 모듈(4)을 통해 상기 릴레이들(54)의 2개의 가동 접촉자(52)를 구동함으로써 상기 트랙션 배터리의 단자들 사이에 접속된다. 결과적으로 상기 트랙션 배터리에 접속된 방전 저항기(51)는 상기 방전 단계 E1에서 유효한 방전 전류가 설정되는 것을 허용한다. 본 발명에 의하면, 상기 방전 저항기는 매우 적은 방전 전류만이 흐르는 것을 허용하도록 사이즈화되어, 상기 트랙션 배터리의 최소 전압으로 상기 트랙션 배터리를 느리게 방전할 수 있게 한다. 바람직한 전형적인 실시 예를 제공하기 위해, 상기 방전 저항기(51)는 상기 방전 전류의 강도를 많아 봐야 상기 트랙션 배터리의 공칭 용량의 대부분의 1/10 정도로 조정하도록 사이즈화된다. 이는 0.1C로 방전하는 것이라 언급되며, 여기서 C는 총 방전 시간이 10시간에 걸쳐 이루어짐을 고려하여 Ah 단위로 표기되는 상기 트랙션 배터리의 공칭 에너지 용량이다. 이것이 의미하는 것은 상기 트랙션 배터리가 이러한 방전 단계 E1에서 10시간의 기간에 걸쳐 상기 트랙션 배터리의 용량보다 10배 적은 강도로 전류를 공급하게 된다는 것이다. 다시 말하면, 본 전형적인 실시 예에 의하면, 상기 트랙션 배터리는 10시간의 기간에 걸쳐 느리게 방전하게 된다.
따라서, 상기 트랙션 배터리를 느리게 그리고 완전히 방전하는 이러한 제1 단계 E1은 부분적으로 가역적인 충전 동안 이루어지는 "리튬 도금" 현상을 생기게 함으로써 상기 트랙션 배터리의 용량 일부를 복구하는 것을 가능하게 하며, 이러한 "리튬 도금" 현상은 배터리 저하의 중요한 원천이며 고속 충전을 사용하는 동안 대량의 전류가 흐르게 되는 것이다.
상기 트랙션 배터리의 최소 전압 또는 정지 전압은 상기 트랙션 배터리의 총 방전 임계 값이 결정되는 것을 허용하여 상기 트랙션 배터리가 보호되는 것을 허용한다. 따라서, 상기 제어 모듈(4)이 상기 트랙션 배터리를 형성하는 전지들의 단자들에 배열된 전압 센서들에 의해 상기 최소 전압을 검출하는 즉시, 상기 제어 모듈(4)은 개방 위치에 있도록 상기 릴레이들(54)의 2개의 가동 접촉자(52)를 구동함으로써 상기 트랙션 배터리로부터 상기 방전 저항기(51)를 분리하는 데, 이는 상기 트랙션 배터리의 과충전, 및 배터리 사용 기간에 대한 부정적인 결과가 회피되는 것을 허용한다.
상기 트랙션 배터리를 느리게 그리고 완전히 방전하는 제1 단계 E1의 종료시에, 본 발명의 방법은 제1 "고속" 모드 및 제2 "저속" 모드에 각각 대응되는, 도 2에서 Mode_1 및 Mode_2로 나타나 있는 2가지 전략에 상응하는 2가지 서로 다른 시퀀스에 따라 속행될 수 있다.
상기 제1 단계 E1 다음에 이루어지는 고속 모드에서는, 상기 배전 네트워크에 접속된 충전기(3)를 통해 상기 트랙션 배터리를 정상 충전하는 단계 E2는 제어된다. 이러한 정상 충전 단계 동안, 상기 방전 저항기(51)는 결과적으로 위에서 설명한 바와 같이 상기 트랙션 배터리로부터 접속해제된다. 이러한 정상 충전 단계는 상기 충전기 또는 상기 배터리에 의해 규정된 것인 설정치 충전 전류로 수행된다. 다시 말하면, 정상 충전은 상기 충전기 또는 상기 배터리의 능력에 의해 제한되는 전력의 레벨로 충전하는 것이다.
정상 충전 단계 E2는 또한 이용 가능한 경우, 다시 말하면 높은 충전 전력이 상기 배전 네트워크 및 상기 충전기를 통해 이용 가능한 경우, 고속 충전 체제를 사용하여 수행될 수 있다. 이 경우에, 상기 설정치 충전 전류가 가능하면 신속하게 허용 가능한 충전 레벨을 획득하도록 상기 트랙션 배터리의 충전이 가능한, 배터리의 고속 충전을 허용하도록 하는 값으로 상기 설정치 충전 전류가 설정된다. 예를 들어, 이러한 충전 전류는 배터리 용량 중 적어도 40%로 설정될 수 있을 것이다.
상기 트랙션 배터리는 예를 들어 알려진 여정을 보장하는데 필요한 최소 충전 레벨에 상응하는 충전 요구 레벨로 충전된다.
고속 모드에 따라 상기 전략을 적용함으로써, 상기 트랙션 배터리는, 고속 충전 체제가 배터리 사용 기간에 손실의 원인이 되지 않으면서 고속 충전 체제를 사용하는 것을 포함하여, 상기 제1 저속 방전 단계 E1 직후에 충전 요구 레벨에 이르기까지 충전될 수 있다. 특히, 전기 자동차를 충전하는 다음 단계에서는, 본 발명에 따라 상기 트랙션 배터리를 느리게 방전하는 예비 단계 E1을 적용하는 것은 위에서 설명한 바와 같이 상기 트랙션 배터리의 손실된 용량 일부를 복구하는 것을 가능하게 할 것이다.
일 변형 예로서, 상기 트랙션 배터리를 느리게 그리고 완전히 방전하는 제1 단계 E1의 종료시, 본 발명의 방법은 저속 모드로 불리는 제2 모드에 따라 속행될 수 있다.
이러한 저속 모드에서는, 위에서 설명한 바와 같이 상기 트랙션 배터리를 정상 충전하는 단계 E2 이전에 상기 트랙션 배터리를 충전 및 방전하는 중간 시퀀스가 수행된다.
따라서, 이러한 중간 시퀀스 동안, 상기 배전 네트워크에 접속된 충전기(3)를 통해 상기 트랙션 배터리를 제한 충전하는 단계 E12가 먼저 제어된다. 이러한 단계 E12 동안, 상기 방전 저항기(51)가 결과적으로는 또한, 정상 충전 단계 E2에 대한 경우와 같이 위에서 취한 원리들에 따라 상기 트랙션 배터리로부터 접속해제된다. 그러나 이러한 제한 충전 단계 E12는 상기 트랙션 배터리의 최대 전압에 이르기까지 상기 트랙션 배터리를 느리게 충전하도록 상기 충전기 또는 상기 트랙션 배터리에 의해 규정된 최대 충전 전류에 상응하는 설정치 충전 전류보다 낮은 제한 충전 전류로 수행된다. 한 바람직한 전형적인 실시 예에 의하면, 상기 제어 모듈(4)은 많아 봐야 상기 트랙션 배터리의 공칭 용량의 1/10 정도인 레벨로 상기 충전 전류의 강도를 조정한다. 이것이 의미하는 것은 0.1C로 제한 충전한다는 것이다. 이것이 의미하는 것은 상기 트랙션 배터리가 이러한 제한 충전 단계 E12에서 10시간의 기간에 걸쳐 상기 트랙션 배터리의 용량보다 10배 낮은 강도로 전류를 수용하게 된다는 것이다. 다시 말하면, 이러한 전형적인 실시 예에 의하면, 상기 트랙션 배터리는 10시간의 기간에 걸쳐 상기 트랙션 배터리의 최대 전압에 이르기까지 느리게 그리고 완전히 충전되게 된다. 상기 제어 모듈(4)이 최대 전압을 검출하면, 상기 저속 충전이 정지된다.
다음으로는, 여전히 이러한 중간 시퀀스에서, 상기 트랙션 배터리가 완전히 충전되면, 상기 트랙션 배터리를 강제 방전하는 제2 단계 E12가 이어서 상기 제1 방전 단계 E1의 구현 조건들과 동일한 구현 조건들에 따라 제어된다. 따라서, 상기 방전 저항기(51)는 상기 트랙션 배터리의 최소 전압에 도달할 때까지 상기 트랙션 배터리가 0.1C로 느리게 그리고 완전히 방전하게 되도록 상기 트랙션 배터리에 다시 접속된다.
단계 E12에서 구현된 트랙션 배터리를 느리게 그리고 완전히 방전하는 이러한 제2 단계의 종료시, 상기 방전 저항기(51)는 상기 트랙션 배터리로부터 접속해제되고, 상기 트랙션 배터리를 정상 충전하는 단계 E2는 고속 모드 Mode_1을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이 구현된다. 따라서, 이러한 단계 E2 동안, 잠재적으로는 이용 가능하다면 고속 충전 체제를 사용하여 상기 충전기 또는 상기 트랙션 배터리의 능력에 의해 제한된 전력의 레벨로 충전 요구 레벨에 이르기까지 충전이 제공된다.
상기 저속 모드 Mode_2는 양자 모두의 모드들에서 구현된, 상기 트랙션 배터리를 느리게 그리고 완전히 방전하는 제1 단계 E1에 의해 "리튬 도금" 현상을 적어도 부분적으로 반전시킨다는 측면에서 상기 고속 모드 Mode_1과 동일한 유익한 효과(beneficial effects)를 발휘한다. 또한, 상기 트랙션 배터리를 느리게 그리고 완전히 방전하는 단계 E12가 이어지는, 상기 트랙션 배터리를 느리게 그리고 완전히 충전하는 단계 E1을 따르는 중간 시퀀스는 상기 트랙션 배터리의 리튬 이온 전지들의 내부 충전 상태가 다시 균질화되는 것을 허용하게 되는데, 이는 리튬 이온 전지들의 활성 영역들 중 일부가 과도하게 스트레스를 받는 것을 회피하고 결과적으로는 고속 충전 단계 동안 손실될 수 있는 트랙션 배터리의 용량 대부분을 복구하도록 상기 트랙션 배터리의 전지들의 성능이 조기에 저하되는 것을 회피한다.
상기 저속 모드 Mode_2는 상기 고속 모드 Mode_1에 대해 느리게 호출되는데, 그 이유는 상기 전형적인 실시 예에 따라 상기 저속 모드 Mode_2가 단계들 E1 및 E2 사이에서 0.1C로 느리게 충전 및 방전하는 단계들 E11 및 E12의 중간 시퀀스가 구현됨에 기인하여 20시간 동안 전기 자동차를 추가로 비-가동화(immobilization)하는 것을 포함하기 때문이다. 따라서, 상기 고속 모드는 특히 충전 및 / 또는 주차 시간이 제한될 수 있는 공공 공간에 배치된 충전점(charging point)들을 통한 충전의 경우에 유용할 수 있다.
바람직하게는, 충전 개시 전에, 일단 운전자가 정지하여 충전을 위해 배전 네트워크에 접속하면 위에서 설명한 2가지 모드 중 하나 또는 다른 하나의 모드에 따라 배터리 용량을 복구하는 본 발명에 의해 제공되는 옵션을 운전자가 선택하는 경우 운전자의 전기 자동차가 다시 이용 가능하기까지 소요되는 시간을 운전자에게 알려주는 기능이 제공될 수 있다. 상기 2가지 모드 중 하나 또는 다른 하나의 모드의 구현을 위해 소요되는 이러한 시간은 또한 상기 전기 자동차의 충전 상태에 따라 달라지게 된다.
운전자는 또한, 이러한 2가지 모드의 구현에 소요되는 시간이 운전자의 제약조건에 적합하지 않는 경우, 배터리 용량이 복구되는 것을 허용하는 본 발명의 2가지 모드 중 하나 또는 다른 하나의 모드에 따라 배터리를 충전하지 않도록 선택할 수 있다. 이 경우에는, 일반 충전이 구현된다.
또한, 여기서 유념해야 할 점은 상기 전기 자동차의 정상적인 사용 중에 단계들 E1 및 E12에서와같이 상기 트랙션 배터리를 느리게 그리고 완전히 방전하는 것이 수행될 수 없다는 것이다. 특히, 주행시, 제동 단계들로 인해 간헐적인 충전이 이루어지게 되고, 이러한 간헐적인 충전은 방전을 방해하여 지속적으로 느리고 완전한 방전의 구현을 방지한다. 그러나 차량용 배터리를 충전하는 동안 위에서 설명한 한 바와 같이 배터리 용량을 복구하기 위한 상이한 전략들의 구현을 허용하기 위해, 적어도 단계 E1 이전에 상기 트랙션 배터리의 그러한 방전이 필요하다. 따라서, 상기 제어 모듈(4)에 의해 제어되는 방전 회로(5)를 상기 트랙션 배터리와 연관시킴으로써, 본 발명에 의해 요구되는 트랙션 배터리의 이러한 느리고 완전한 방전이 가능하게 된다.

Claims (10)

  1. 전기 차량(1)의 비가동(downtime) 단계시 충전기(3)를 통해 배전 네트워크(31)에 접속되는 전기 차량(1)의 트랙션 배터리(2)의 충전 레벨을 조절하는 방법에 있어서, 상기 트랙션 배터리는 리튬 이온 유형의 트랙션 배터리이며,
    상기 방법은,
    상기 트랙션 배터리에 연관되어 있는 방전 회로(5)로 수행되며, 상기 트랙션 배터리의 최소 전압으로 상기 트랙션 배터리를 느리게 그리고 완전히 방전하도록 상기 트랙션 배터리의 공칭 용량(nominal capacity)에 대한 강도로 교정된 방전 전류로 상기 트랙션 배터리를 강제 방전하는 제1 단계(E1),
    상기 트랙션 배터리의 유용한 충전 레벨에 이르기까지 상기 트랙션 배터리를 충전하도록 상기 충전기 또는 트랙션 배터리에 의해 규정된 설정치 충전 전류로 상기 트랙션 배터리를 정상 충전하는 단계(E2)
    를 포함하며,
    상기 트랙션 배터리의 유용한 충전 레벨은 알려진 여정을 보장하는데 필요한 최소 충전 레벨에 상응하는 것임을 특징으로 하는, 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트랙션 배터리를 정상 충전하는 단계(E2) 이전에, 상기 트랙션 배터리를 충전 및 방전하는 적어도 하나의 중간 시퀀스가 수행되며, 상기 적어도 하나의 중간 시퀀스는,
    상기 트랙션 배터리의 최대 전압에 이르기까지 상기 트랙션 배터리를 느리게 충전하도록 상기 설정치 충전 전류보다 작은 제한된 충전 전류로 상기 트랙션 배터리를 제한 충전하는 단계(E11), 및
    상기 트랙션 배터리에 연관되어 있는 방전 회로로 수행되며, 상기 트랙션 배터리의 최소 전압에 이르기까지 상기 트랙션 배터리를 다시 느리게 그리고 완전히 방전하도록 상기 교정된 방전 전류로 상기 트랙션 배터리를 강제 방전하는 제2 단계(E12)
    를 연속하여 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 트랙션 배터리를 강제 방전하는 제1 및 제2 단계(E1, E12)는 방전 저항기(discharge resistor)(51)로 수행되고, 상기 방전 저항기는 상기 강제 방전하는 제1 및 제2 단계(E1, E12) 동안 상기 트랙션 배터리의 단자들에 접속되며 상기 정상 및 제한 충전 단계(E2, E11) 동안 상기 트랙션 배터리의 단자들로부터 접속해제되고, 상기 방전 저항기는 상기 교정된 방전 전류를 설정하는 것을 특징으로 하는, 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 교정된 방전 전류는 많아야 상기 트랙션 배터리의 공칭 용량 값의 1/10인 것을 특징으로 하는, 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제한된 충전 전류는 많아야 상기 트랙션 배터리의 공칭 용량 값의 1/10인 것을 특징으로 하는, 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 설정치 충전 전류는 상기 트랙션 배터리를 고속 충전하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는, 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 방법.
  7. 전기 차량(1)의 비가동 단계시 충전기(3)를 통해 배전 네트워크(31)에 접속되는 전기 차량(1)의 트랙션 배터리(2)의 충전 레벨을 조절하는 장치에 있어서, 상기 트랙션 배터리는 리튬 이온 유형의 트랙션 배터리이며,
    상기 장치는, 상기 트랙션 배터리에 전기적으로 접속될 수 있는 배터리 방전용 방전 회로(5) 및 상기 트랙션 배터리를 방전하도록 상기 방전 회로(5)를 상기 트랙션 배터리에 선택적으로 접속하여 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 구현하도록 구성된 제어 모듈(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방전 회로(5)는 방전 저항기(51)를 포함하고, 상기 방전 저항기의 각각의 단자(51a, 51b)는 상기 방전 저항기의 단자들을 상기 트랙션 배터리의 단자들에 접속하고 상기 방전 저항기의 단자들을 상기 트랙션 배터리의 단자들로부터 접속해제하기 위한 2가지 위치 사이로 상기 제어 모듈(4)에 의해 구동되는 가동 접촉자(movable contact)(52)를 포함하는 스위치(54)를 통해 상기 트랙션 배터리의 대응 단자들에 접속되는 것을 특징으로 하는, 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방전 저항기(51)는 상기 트랙션 배터리의 하우징(21) 내에 통합되는 것을 특징으로 하는, 전기 차량의 트랙션 배터리의 충전 레벨을 조절하는 장치.
  10. 제7항에 기재된 장치를 포함하는 전기 차량(1).
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