KR100320508B1 - 전기 자동차의 배터리 온도 조절 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

배터리가 내장되어 있는 트레이의 공기 유입구에 입력 전원이 극성 변화에 따라 히팅 또는 냉각 작동을 하는 열전기 모듈(THERMO-ELECTRIC MODULE)을 구비하여 상기 배터리가 내장된 트레이의 내의 온도 변화에 따라 상기 열전기 모듈을 제어하여 배터리가 작동영역에서 정상적인 작동이 가능하도록 하기 위한 목적으로,
트레이와; 상기 트레이 내에 위치하여 전기 자동차의 동력원으로 사용되는 메인 배터리와; 상기 트레이 양측중 임의의 한측에 홀을 형성하여 공기를 트레이 내로 유입하는 공기 유입구와; 상기 트레이 한측에 형성된 공기 유입구의 반대측에 홀을 형성하여 트레이 내에 유입된 공기를 배출하는 공기 배출구와; 상기 공기 배출구 홀 내에 구비되어 트레이 내의 유입된 공기를 강제 배출하는 쿨링 팬과; 상기 트레이 내의 온도를 검출하는 온도센서와; 상기 온도센서에서 검출된 온도에 따라 상기 쿨링 팬의 동작을 제어하는 제어장치로 구성된 전기 자동차의 배터리 온도 조절 장치에 있어서, 상기 유입구 홀 내에 구비되어 온,냉방을 수행하는 열전기 모듈과; 상기 열전기 모듈의 온,냉방 상태를 제어하기 위해 릴레이로 구성되어 있어 상기 제어장치에서 출력되는 제어신호에 의해 제어되는 제어기와; 상기 제어기에 전원을 공급하는 보조 배터리를 포함하여 이루어져 있어, 트레이 내에 구비된 메인 배터리가 효율적으로 작용할 수 있는 온도 조건을 조성하여 메인 배터리의 성능을 극대화하고, 메인 배터리의 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전기 자동차의 배터리 온도 조절 장치 및 그 방법{BATTERY THERMAL MANAGEMENT SYSTEM AND THE METHOD FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 자동차의 주 동력원인 메인 배터리의 온도를 효율적으로 관리하기 위한 전기 자동차의 배터리 온도 조절 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
전기 자동차의 구성은 크게 모터(전동기), 컨트롤러, 인버터, 충전기, DC/DC 컨버터, 배터리 등으로 나뉘어 구성되어 있다.
상기 구성으로 이루어진 전기 자동차를 구동시키기 위한 구동원은 배터리로서, 상기 배터리는 온도에 대하여 매우 민감하다.
즉, 상기 배터리는 충전시나 방전시 열을 발생하며, 상기 발생된 열이 소정의 온도 이상으로 상승할 경우, 배터리가 손상되거나 심하게는 폭발되는 문제점과, 대기온이 낮을시 전지 용량이 10∼20%를 사용할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 충,방전시에 발생되는 열에 의해 배터리의 온도가 상승되는 것을 방지하기 위하여 종래에는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 메인 배터리(20)를 트레이(10) 내에 삽입하고, 상기 트레이(10) 양쪽 임의의 부분에 공기가 유입될 수 있는 공기 유입구(30)와 상기 유입된 공기를 배출할 수 있는 배출구(50)를 형성하고, 상기 배출구(50)에는 유입된 공기를 강제 배출시킬 수 있는 쿨링 팬(60)을 구비하였다.
또한, 상기 트레이(10) 내에 온도 센서(70)를 구비하여 메인 배터리(20)에서 발생되는 열을 검출게 하고, 상기 온도 센서(70)를 제어장치(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM : BMS)(80)와 연결시킨 다음, 상기 온도 센서(70)에서 검출된 메인 배터리(20)의 온도가 소정의 기준온도 이상으로 상승함이 판단되면, 제어장치(80)는 소정의 제어신호를 트레이(10)의 배출구에 구비된 쿨링 팬(60)에 출력하여 상기 쿨링 팬(60)의 구동을 제어함으로서 트레이(10)내로 유입되는 공기에 의해 메인 배터리(20)에서 발생되는 열을 식힘으로 트레이(10) 내의 온도가 소정의 기준 온도 이상으로 상승됨을 방지하였다.
그러나, 상기한 종래의 장치와 방법은 공기의 온도가 높은 지역에서는 쿨링 효과가 저감됨에 따라 배터리의 작동영역 내에서 정상적인 작동에 문제가 있으며,또한 공기의 온도가 낮은 곳에서도 배터리의 작동영역 내에서 정상적인 작동에 문제가 발생되어 차량 주행성능 및 가속성능을 급격히 감소시키는 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리가 내장되어 있는 트레이의 공기 유입구에 입력 전원이 극성 변화에 따라 히팅 또는 냉각 작동을 하는 열전기 모듈(THERMO-ELECTRIC MODULE)을 구비하여 상기 배터리가 내장된 트레이의 내의 온도 변화에 따라 상기 열전기 모듈을 제어하여 배터리가 작동영역에서 정상적인 작동이 가능하도록 하기 위한 전기 자동차의 배터리 온도 조절 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명에 적용되는 전기 자동차의 배터리 온도 조절장치 구성 블럭도,
도 2는 도 1의 전기 자동차 배터리 온도 조절장치 상세 회로도,
도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 온도 조절 방법 동작 순서도,
도 4는 종래 전기 자동차의 배터리 온도 조절장치 구성 블럭도이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 트레이와; 상기 트레이 내에 위치하여 전기 자동차의 동력원으로 사용되는 메인 배터리와; 상기 트레이 양측중 임의의 한측에 홀을 형성하여 공기를 트레이 내로 유입하는 공기 유입구와; 상기 트레이 한측에 형성된 공기 유입구의 반대측에 홀을 형성하여 트레이 내에 유입된 공기를 배출하는 공기 배출구와; 상기 공기 배출구 홀 내에 구비되어 트레이 내의 유입된 공기를 강제 배출하는 쿨링 팬과; 상기 트레이 내의 온도를 검출하는 온도센서와; 상기 온도센서에서 검출된 온도에 따라 상기 쿨링 팬의 동작을 제어하는 제어장치로 구성된 전기 자동차의 배터리 온도 조절 장치에 있어서,
상기 유입구 홀 내에 구비되어 온,냉방을 수행하는 열전기 모듈과;
상기 열전기 모듈의 온,냉방 상태를 제어하기 위해 릴레이로 구성되어 있어상기 제어장치에서 출력되는 제어신호에 의해 제어되는 제어기와;
상기 제어기에 전원을 공급하는 보조 배터리를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이를 실현하기 위한 또 다른 본 발명은,
트레이 내의 온도를 검출하는 단계와;
상기 단계에서 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제1 기준온도보다 높은가를 판단하는 단계와;
상기 단계에서 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제1 기준온도보다 높다고 판단되면, 제1 릴레이 '온' 및 제2,3 릴레이 '온' 제어신호를 출력하는 단계와;
상기 단계에서 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제1 기준온도보다 낮다고 판단되면, 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제2 기준온도보다 낮은가를 판단하는 단계와;
상기 단계에서 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제2 기준온도보다 낮다고 판단되면, 제1 릴레이 '온', 제2,3 릴레이 '오프' 제어신호를 출력하는 단계와;
상기 단계에서 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제2 기준온도보다 높다고 판단되면, 제1 릴레이 '오프' 제어신호를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기의 목적을 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 적용되는 전기 자동차의 배터리 온도 조절 장치 구성 블럭도로서, 트레이(10)와, 상기 트레이(10) 내에 위치하여 전기 자동차의 동력원으로 사용되는 메인 배터리(20)와, 상기 트레이(10) 양측중 임의의 한측에 홀을 형성하여 공기를 트레이(10) 내로 유입하는 공기 유입구(30)와, 상기 유입구(30) 홀 내에 구비되어 온,냉방을 수행하는 열전기 모듈(40)과, 상기 트레이(10) 한측에 형성된 공기 유입구의 반대측에 홀을 형성하여 트레이(10) 내에 유입된 공기를 배출하는 공기 배출구(50)와, 상기 공기 배출구(50) 홀 내에 구비되어 트레이 내의 유입된 공기를 강제 배출하는 쿨링 팬(60)과, 상기 트레이(10) 내의 온도를 검출하는 온도센서(70)와; 상기 온도센서에서 검출된 온도에 따라 상기 쿨링 팬의 동작을 제어하는 제어장치(80)와, 상기 열전기 모듈(40)의 온,냉방 상태를 제어하기 위해 릴레이로 구성되어 있어 상기 제어장치(80)에서 출력되는 제어신호에 의해 제어되는 제어기(90)와, 상기 제어기에 전원을 공급하는 보조 배터리(91)로 구비되어 이루어져 있다.
도 2는 도 1에 도시되어 있는 제어기의 상세한 구성 회로도로서, 제어장치(80)에서 출력되는 제어신호에 의해 제어되어 접점이 '온'되면 보조 배터리(91)의 전원을 공급하는 제1 릴레이(RLY1)와, 상기 제어장치(80)에서 출력되는 제어신호에 의해 제어되어, 상기 제1 릴레이(RLY1)에 의해 공급되는 보조 배터리(91)의 전원을 열전기 모듈(40)에 공급하여 냉각을 실행케하는 제2 릴레이(RLY2)와, 상기 제어장치(80)에서 출력되는 제어신호에 의해 제어되며, 전원 결합관계가 상기 제2 릴레이(RLY2)와 반대로 결합되어 있어, 상기 제1 릴레이(RLY1)에 의해 공급되는 보조 배터리(91)의 전원을 열전기 모듈(40)에 공급하여 히팅을 실행케하는 제3 릴레이(RLY2)로 구비되어 이루어져 있다.
상기 열전기 모듈(40)은 일측에 양극(+) 전원이 인가되고 타측에 음극(-)전원이 인가될 때, 냉각 기능을 수행하며, 일측에 음극(-) 전원이 인가되고 타측에 양극(+) 전원이 인가될 때, 히팅 기능을 수행한다.
또한, 제2 릴레이(RLY2)는 접점 A의 일측이 제1 릴레이(RLY1)의 타측과 연결되어 있어 보조 배터리 전원의 양극(+)과 연결되어 있고, 접점 B의 일측이 음극(-)과 연결되어 있으며, 접점 A,B의 타측은 함께 결합되어 있어 열전기 모듈(40)의 일측과 결합되어 있다.
그리고, 제3 릴레이(RLY3)은 접점 A의 일측이 음극(-)과 연결되어 있고, 접점 B의 일측이 제2 릴레이(RLY2)의 접점 A의 일측과 연결되어 있어 제1 릴레이(RLY1)를 걸쳐 보조 배터리(91)의 양극(+)과 연결되어 있으며, 접점 A,B의 타측은 함께 결합되어 있어 열전기 모듈(40)의 타측가 결합되어 있다.
상기한 구성으로 이루어진 전기 자동차의 배터리 온도 조절장치의 그 방법을 첨부한 도 3을 참조하여 설명한다.
전기 자동차에 전원을 인가하여 주행을 시작하면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 온도센서(70)는 상기 전기 자동차의 동력원으로 사용되는 메인 배터리(20)가 내장된 트레이(10)내의 온도를 검출한다.
상기 메인 배터리(20)는 전원을 충전할 때와 차량이 주행할 때 및 차량에 구비된 각종 전기 장치의 동작으로 인한 방전시에 높은 열을 발생하여 상기 메인 배터리(20)를 구비하고 있는 트레이(10)내의 온도가 상승하게 된다.
따라서, 제어장치(80)는 상기 온도센서(70)에 소정의 제어신호를 출력하여 검출된 트레이(10) 내의 온도(BW)를 인가 받는다(S100).
이어서, 제어장치(80)는 인가 받은 트레이(10) 내의 구비된 메인 배터리(20)에서 발생된 열의 온도(BW) 소정의 제1 설정 기준 온도(예:28℃)보다 높은가를 판단한다(S110).
상기 검출된 트레이(10) 내의 온도(BW)가 소정의 제1 설정 기준 온도(예:28℃)보다 높다고 판단되면, 제어장치(80)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 제어기(90)를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력하고 트레이(10) 내의 온도를 검출하는 단계(S100)로 리턴한다(S120).
상기 제어장치(80)에서 출력되는 소정의 제어신호는 제1 릴레이(RLY1)와 제2,3 릴레이(RLY2,3)를 동작 '온'시키기 위한 제어신호이다.
따라서, 제어기(90)는 상기 제어장치(80)에서 출력되는 제어신호에 의해 제어되어 제1 릴레이(RLY1)가 동작 '온'되어지며, 상기 제1 릴레이(RLY1)의 일측에 구비되어 있는 보조 배터리(91)에서 공급되는 전원을 타측으로 인가한다.
상기 제1 릴레이(RLY1)이 동작 '온'됨과 연동하여 제2 및 제3 릴레이(RLY2,3)가 함께 동작 '온'되어진다.
이 때, 제2 및 제3 릴레이(RLY2,3)은 접점 A가 도통되어 지며, 상기 제2 릴레이(RLY2)는 제1 릴레이(RLY1)의 타측으로부터 공급되는 보조 배터리(91)의 양극(+)전원을 열전기 모듈(40)의 일측으로 공급하고, 제3 릴레이(RLY3)는 접점 A가 도통되어 음극(-)전원을 상기 열전기 모듈(40)의 타측에 공급한다.
따라서, 상기 열전기 모둘(40)은 냉각기능을 수행하게 된다.
또한, 제어장치(80)는 상기 제어기(90)에 제어신호를 출력함과 동시에 트레이(10) 양측중 임의의 한측에 위치한 공기 배출구(50) 내에 구비된 냉각 팬(60)을 구동하기 위한 제어신호를 출력한다.
상기 냉각 팬(60)은 제어장치(80)로부터 출력되는 제어신호에 의해 제어되어 구동되어지고, 공기 유입구(30)을 통하여 열전기 모듈(40)에 의해 냉각되어진 공기를 트레이(10)내로 유입시킴과 함께 트레이(10) 내에 있는 공기를 대기중으로 배출시킨다.
이로써, 메인 배터리(20)에서 발열된 열을 냉각시켜, 트레이(10) 내의 온도를 임의의 설정 기준 온도까지 저하시킨다.
그러나, 상기(S100)에서 검출된 트레이(10) 내의 온도(BW)가 임의의 제 1 설정 기준온도(예:28℃)보다 낮다고 판단되면, 제어장치(80)는 상기 검출된 트레이(10) 내의 온도(BW)가 임의의 제 2 설정 기준 온도(예:23℃) 보다 낮은가를 판단한다(S130).
상기에서 상기 검출된 트레이(10) 내의 온도(BW)가 임의의 제 2 설정 기준 온도(예:23℃) 보다 낮다고 판단되면, 제어장치(80)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 제어기(90)를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력하고 트레이(10) 내의 온도를 검출하는 단계(S100)로 리턴한다(S140).
상기 제어장치(80)에서 출력되는 소정의 제어신호는 제1 릴레이(RLY1)와 제2,3 릴레이(RLY2,3)를 동작 '오프'시키기 위한 제어신호이다.
따라서, 제어기(90)는 상기 제어장치(80)에서 출력되는 제어신호에 의해 제어되어 제1 릴레이(RLY1)가 동작 '온'되어지며, 상기 제1 릴레이(RLY1)의 일측에 구비되어 있는 보조 배터리(91)에서 공급되는 전원을 타측으로 인가한다.
상기 제1 릴레이(RLY1)이 동작 '온'됨과 연동하여 제2 및 제3 릴레이(RLY2,3)가 함께 동작 '오프'되어진다.
이 때, 제2 및 제3 릴레이(RLY2,3)은 접점 B가 도통되어 지며, 상기 제3 릴레이(RLY3)는 제1 릴레이(RLY1)의 타측으로부터 공급되는 보조 배터리(91)의 양극(+)전원을 열전기 모듈(40)의 타측으로 공급하고, 제2 릴레이(RLY2)는 접점 B가 도통되어 음극(-)전원을 상기 열전기 모듈(40)의 일측에 공급한다.
따라서, 상기 열전기 모둘(40)은 히팅기능을 수행하게 된다.
또한, 제어장치(80)는 상기 제어기(90)에 제어신호를 출력함과 동시에 트레이(10) 양측중 임의의 한측에 위치한 공기 배출구(50) 내에 구비된 냉각 팬(60)을 구동하기 위한 제어신호를 출력한다.
상기 냉각 팬(60)은 제어장치(80)로부터 출력되는 제어신호에 의해 제어되어 구동되어지고, 공기 유입구(30)을 통하여 열전기 모듈(40)에 의해 히팅되어진 공기를 트레이(10)내로 유입시킴과 함께 트레이(10) 내에 있는 공기를 대기중으로 배출시킨다.
이로써, 트레이(10) 내의 온도를 임의의 설정 기준 온도까지 상승시킨다.
그러나, 상기(S100)에서 검출된 트레이(10) 내의 온도(BW)가 임의의 제1 설정기준 온도보다 낮고, 임의의 제2 설정 기준 온도보다 높다고 판단되면, 상기 트레이(10)의 온도가 메인 배터리(20)의 작동하기 알맞은 온도라고 판단하여, 열전기 모듈(40)의 동작을 차단하기 위한 소정의 제어신호를 상기 제어기(90)로 출력하고 트레이(10) 내의 온도를 검출하는 단계(S100)으로 리턴한다(S150).
상기 제어장치(80)에서 제어기(90)로 출력되는 제어신호는 제1 릴레이(RLY1)를 '오프'제어하기 위한 제어신호로서, 상기 제1 릴레이(RLY1)는 상기 제어장치(80)로부터 출력되는 제어신호에 의해 '오프'제어되어 보조 배터리(91)의 전원이 열전기 모듈(40)로 공급됨을 차단한다.
하지만, 공기 배출구(50) 내에 구비된 냉각 팬(60) 구동 제어신호는 계속 출력한다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 온도 조절 장치 및 그 방법은 메인 배터리를 구비한 트레이 내의 온도를 검출하여 임의의 제1 설정 기준 온도보다 높거나 또는 임의의 제2 설정 기준 온도보다 낮을 때 인가되는 전원의 극성이 서로 다르게 입력될 때마다 냉각 또는 히팅 작용을 하는 열전기 모듈의 동작을 제어함으로서, 트레이 내에 구비된 메인 배터리가 효율적으로 작용할 수 있는 온도 조건을 조성하여 메인 배터리의 성능을 극대화하고, 메인 배터리의 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 트레이와; 상기 트레이 내에 위치하여 전기 자동차의 동력원으로 사용되는 메인 배터리와; 상기 트레이 양측중 임의의 한측에 홀을 형성하여 공기를 트레이 내로 유입하는 공기 유입구와; 상기 트레이 한측에 형성된 공기 유입구의 반대측에 홀을 형성하여 트레이 내에 유입된 공기를 배출하는 공기 배출구와; 상기 공기 배출구 홀 내에 구비되어 트레이 내의 유입된 공기를 강제 배출하는 쿨링 팬과; 상기 트레이 내의 온도를 검출하는 온도센서와; 상기 온도센서에서 검출된 온도에 따라 상기 쿨링 팬의 동작을 제어하는 제어장치로 구성된 전기 자동차의 배터리 온도 조절 장치에 있어서,
    상기 유입구 홀 내에 구비되어 온,냉방을 수행하는 열전기 모듈과;
    상기 열전기 모듈의 온,냉방 상태를 제어하기 위해 릴레이로 구성되어 있어 상기 제어장치에서 출력되는 제어신호에 의해 제어되는 제어기와;
    상기 제어기에 전원을 공급하는 보조 배터리를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 온도 조절 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 제어기는 제1릴레이의 일측이 보조 배터리와 결합되어 있고, 제2 릴레이 접점 A의 일측이 제1 릴레이의 타측과 연결되어 있어 보조 배터리 전원의 양극(+)과 연결되어 있고, 접점 B의 일측이 음극(-)과 연결되어 있으며, 접점 A,B의 타측은 함께 결합되어 있어 열전기 모듈의 일측과 결합되어 있으며, 제3릴레이는 접점 A의 일측이 음극(-)과 연결되어 있고, 접점 B의 일측이 제2 릴레이의 접점 A의 일측과 연결되어 있어 제1 릴레이를 걸쳐 보조 배터리의 양극(+)과 연결되어 있으며, 접점 A,B의 타측은 함께 결합되어 있어 열전기 모듈의 타측가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 온도 조절 장치.
  3. 트레이 내의 온도를 검출하는 단계와;
    상기 단계에서 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제1 기준온도보다 높은가를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제1 기준온도보다 높다고 판단되면, 제1 릴레이 '온' 및 제2,3 릴레이 '온' 제어신호를 출력하는 단계와;
    상기 단계에서 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제1 기준온도보다 낮다고 판단되면, 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제2 기준온도보다 낮은가를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제2 기준온도보다 낮다고 판단되면, 제1 릴레이 '온', 제2,3 릴레이 '오프' 제어신호를 출력하는 단계와;
    상기 단계에서 검출된 트레이 내의 온도가 소정의 제2 기준온도보다 높다고 판단되면, 제1 릴레이 '오프' 제어신호를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 온도 조절 방법.
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