KR100658623B1 - 이차 전지 모듈 온도 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지 모듈의 온도에 따라 전지 모듈로 냉각용 공기를 공급하는 쿨링팬을 미세하게 제어할 수 있도록, 전지 모듈의 온도 제어 방법에 있어서, 상기 전지 모듈로 공급되는 냉각매체의 유통을 온/오프 시키는 단계와, 상기 냉각매체의 유통량을 조절하는 단계를 포함하는 이차 전지 모듈 온도 제어 방법을 제공한다.

전지모듈, 하우징, 구동모터, 컨트롤러

Description

이차 전지 모듈 온도 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 개략적인 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 온도 제어 방법의 흐름도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 전지를 연결하여 전지 모듈을 구성하는 경우 전지 모듈의 온도를 최적 상태로 제어할 수 있도록 된 이차 전지 모듈 온도 제어 방법에 관한 것이다.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지의 경우 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로 는 원통형, 각형을 들 수 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지를 복수개 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.

이와같이 하나의 대용량 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위전지라 칭한다)로 이루어지며, 상기 각각의 단위전지는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.

그리고 각각의 단위전지는 통상 다수개가 간격을 두고 배열되어 각 단자간 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지 모듈을 구성하게 된다.

여기서 상기한 전지모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 따라 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 한다. 이차 전지 모듈의 열 방출 특성은 전지의 성능을 좌우할 정도로 매우 중요하다.

열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우 각 단위 전지간에 온도 편차가 발생되어 충/방전 효율을 떨어뜨리게 되고, 단위 전지에서 발생되는 열에 의해 전지내부의 온도가 상승되어 결과적으로 전지의 성능이 저하되며 심한 경우 폭발의 위험을 초래하게 된다.

특히, 상기 전지 모듈이 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 자동차)의 모터 구동용의 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우 대전류로 충,방전되므로 사용 상태에 따라서 이차 전지의 내부 반응에 의해 열이 발생하여 상당한 온도까지 올라가게 되고, 이는 전지 특성에 영향을 주어 전지 고유의 성능을 저하시키게 된다. 따라서 열 방출은 무엇보다 중요하다 할 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전지 모듈의 온도에 따라 전지 모듈로 냉각용 공기를 공급하는 쿨링팬을 미세하게 제어할 수 있도록 된 이차 전지 모듈 온도 제어 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전지 모듈의 온도 제어 방법은 전지 모듈로 공급되는 냉각매체의 유통을 온/오프 시키는 단계와 상기 냉각매체의 유통량을 조절하는 단계를 포함한다.

여기서 상기 냉각매체의 유통을 온/오프 시키는 단계는 전지 모듈로 냉각매체를 유통시키기 위한 구동부를 작동시키는 단계와, 설정된 시간 경과 후 상기 전지 모듈의 온도를 검출하는 단계, 상기 전지 모듈의 온도와 기 설정된 다단계의 온도조건을 비교하는 단계, 상기 전지 모듈의 최대 온도가 설정된 최하 단계의 온도조건보다 낮은 경우 상기 구동부를 멈추는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각매체의 유통량을 조절하는 단계는 전지 모듈로 냉각매체를 유통시키기 위한 구동부를 작동시키는 단계와, 설정된 시간 경과 후 상기 전지 모 듈의 온도를 검출하는 단계, 상기 전지 모듈의 온도와 기 설정된 다단계의 온도조건을 비교하는 단계, 상기 전지 모듈의 최대 온도가 상기 설정된 각 단계의 온도조건보다 높은 경우 해당 온도에 따라 상기 구동부의 출력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 설정된 시간 경과 후 상기 전지모듈의 온도가 기 설정된 최하 온도조건보다 높은 경우 이상 신호를 출력하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 설정된 시간 경과 후 상기 전지모듈의 온도가 기 설정된 최하 온도조건보다 낮은 경우 상기 구동부를 해당 출력 조건으로 계속 구동하는 단계를 포함할 수 있다.

따라서 전지 모듈의 온도에 따라 구동부의 출력을 다단계로 조절함으로써 냉각매체의 공급량이 달라져 전지 모듈의 온도를 항상 최적의 상태로 유지시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기 냉각매체는 냉각용 공기가 사용됨이 바람직하며, 냉각용 공기 이외에 냉각수 등의 모든 기체나 유체가 적용될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 구동부는 냉각매체를 강제 유통시키기 위한 것으로 기체를 유통시키기 위한 쿨링팬이나 액체를 유통시키기 위한 펌프 등이 사용될 수 있으며 동력원으로는 구동모터가 이용됨이 바람직하다.

이에 따라 상기 컨트롤러에 의한 구동부 제어는 모터의 회전속도 제어를 통해 이루어질 수 있다.

또한, 상기 기 설정된 온도조건의 각 단계는 1도 또는 2도나 그 이상의 간격으로 설정될 수 있으며, 바람직하게는 2도 간격으로 설정한다.

또한, 상기 기 설정된 온도 조건은 단위 전지의 온도 특성에 따라 최고값과 최저값이 정해질 수 있으며 바람직하게는 최고 40도로 설정되고 최저 36도로 설정된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈을 도시한 개략적인 도면이다.

이하 설명에서는 이차 전지 모듈이 공기를 냉각매체로 사용하는 공냉방식인 경우를 예로서 설명한다.

상기 도면을 참조하여 먼저 전지 모듈에 대해 설명하면, 전지모듈(10)은 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극군을 구비하여 단위 전력을 생산하는 단위 전지(11)와, 상기 단위 전지(11)가 일정 간격을 두고 배열되어 장착되고 상기 단위 전지 사이로 냉각매체인 공기를 유통시키기 위해 양단에 유입구(13)와 배출구(14)가 형성된 하우징(12)을 포함한다.

그리고 상기 전지 모듈(10)은 상기 유입구(13)를 통해 냉각용 공기를 강제 공급하기 위한 쿨링팬(30)과, 상기 전지모듈(10)의 온도에 따라 상기 쿨링팬(30)의 구동모터의 출력을 제어하기 위한 컨트롤러(40)를 포함한다.

또한, 상기 단위 전지(11)와 단위 전지(11) 사이에는 전지격벽(20)이 개재되 어 유입구(13) 를통해 하우징(12)으로 유입된 냉각용 공기가 상기 전지격벽(20)을 통해 단위 전지(11) 사이를 지나 배출구(14)로 빠져나가게 된다.

또한, 상기 컨트롤러(40)는 상기 구동모터를 제어하기 위한 프로그래밍이 내장되어 전지 모듈(10)의 실제 온도와 상기 프로그래밍에 내장된 기 설정 온도 조건을 비교하여 구동모터의 출력을 조절하게 된다.

이에 따라 전지 모듈(10)의 온도에 따라 컨트롤러(40)는 구동모터를 제어작동시켜 전지모듈(10)의 하우징(12)으로 공급되는 냉각용 공기의 공급량을 달리하여 전지 모듈(10)의 온도를 일정하게 최적의 상태로 유지시킬 수 있게 되는 것이다.

상기 컨트롤러(40)에 의해 쿨링팬의 구동모터가 제어작동됨으로써 최종적으로 전지 모듈(10)의 온도가 제어되며 이 과정에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 모듈의 온도 제어 방법의 흐름도이다.

상기한 도면에 의하면, 본 실시예에 다른 온도 제어 방법은 설정된 타이머를 작동시키고 쿨링팬(30)을 작동시켜 냉각용 공기를 유입구(13)를 통해 상기 하우징(12)으로 공급한다.(S100 ~ S110)

이렇게 쿨링팬(30)으로부터 공급된 냉각용 공기는 하우징(12)에 설치된 단위 전지(11)를 거치면서 단위 전지(11)를 냉각시키게 된다.

여기서 상기 쿨링팬(30)의 최초 동작은 구동모터의 회전수가 가장 낮은 단계에서 개시함이 바람직하다.

그리고 상기와 같이 쿨링팬(30)의 작동을 지속시킨 후 설정된 시간이 경과되 면 즉, 본 실시예에서는 상기 시간이 10초로 설정되어 있으므로 10초가 경과되면 컨트롤러(40)는 하우징 내에 설치된 온도센서를 통해 전지 모듈(10) 내부의 온도를 검출하게 된다.(S120 ~ S130)

상기 온도는 전지 모듈(10) 내의 일측 온도를 검출할 수도 있고 각 단위 전지(11)의 온도를 개별적으로 검출할 수도 있다.

이렇게 전지 모듈(10) 또는 각 단위 전지(11)의 온도를 검출한 후 컨트롤러(40)는 검출된 온도 중 최대값(T₁)을 구하게 된다.(S130)

상기 컨트롤러(40)는 위에서와 같이 구해진 검출 온도의 최대값(T1)과 상기 컨트롤러(40)에 기 설정된 온도 조건을 각 단계별로 비교하게 된다.(140)

먼저 상기 검출된 실제 전지 모듈의 온도 최대값(T1)이 컨트롤러(40)에 설정된 최대값인 40℃ 이상인 경우에는 컨트롤러(40)는 상기 쿨링팬(30)의 구동모터에 출력신호를 인가하여 상기 구동모터를 최대 속도로 구동시키게 된다.(S150)

이에 따라 상기 쿨링팬(30)으로부터 더 많은 양의 냉각용 공기가 하우징(12)으로 공급되어 전지 모듈(10)의 온도를 더욱 신속히 낮출 수 있게 된다.

한편, 상기 전지 모듈(10)의 온도 최대값(T1)이 40℃ 이하인 경우에는 다음 단계로 상기 최대값(T1)이 38℃ 이상인지 여부를 비교하게 된다.(S160)

상기 전지모듈(10)의 온도 최대값(T1)이 38℃ 이상인 경우에는 상기 컨트롤러(40)는 쿨링팬(30)의 구동모터에 출력신호를 인가하여 상기 구동모터의 회전속도를 최대치보다 낮고 최저값보다는 높은 중간값으로 하여 회전속도를 설정하게 된 다.(S170)

이와같이 상기 컨트롤러(40)는 실질적으로 전지 모듈(10)의 온도 조건에 따라 구동모터의 회전속도를 조절하여 알맞은 양의 냉각용 공기를 하우징(12)으로 공급하게 되는 것이다.

여기서 상기 전지 모듈(10)의 온도 최대값(T1)이 38℃ 이하인 경우에는 상기 컨트롤러(40)는 다음 단계로 상기 최대값(T1)이 36℃보다 작은가 여부를 비교하게 된다.(S180)

이에 따라 상기 전지 모듈(10)의 온도 최대값(T1)이 36℃ 이하인 경우에는 냉각용 공기를 공급하지 않아도 전지 모듈(10)의 온도가 충분히 낮은 상태로 컨트롤러(40)는 전지 모듈의 온도가 낮다고 판단하여 쿨링팬(30)에 정지신호를 인가하여 구동모터를 정지시키게 된다.(S190)

그리고 상기 전지 모듈의 온도 최대값(T1)이 36℃ 이상인 경우에는 타이머가 종료되었는지를 확인하고 타이머가 종료될 때까지 상기 과정을 반복하게 된다.

이 상태에서 설정된 타이머가 종료하게 되면 컨트롤러(40)는 상기 전지 모듈의 온도 최대값(T1)이 37℃이상인지의 여부를 재확인하게 된다.(S200 ~ S210)

이에 따라 상기 최대값(T1)이 37℃ 이상인 경우에는 전지 모듈 이상신호를 발생시키게 되고, 상기 최대값(T1)이 37℃ 이하인 경우에는 계속 구동모터를 작동시키고 상기 과정을 반복하게 된다.(S220 ~ S230)

상기한 본 발명의 전지 모듈의 온도 제어 시스템은, 고출력/대용량을 요구받는 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV)용 전지로서 효과적으로 사용될 수 있으나, 반드시 그 용도가 HEV용으로만 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 시스템은 전기 자동차, 스쿠터, 전기 자전거, 전기 청소기 등 다른 모터 구동용 전지 모듈에 효과적으로 사용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 능동적으로 전지 모듈의 온도를 제어할 수 있게 되며, 온도 조절이 용이한 장점이 있다.

또한, 전지 모듈의 온도 조건에 따라 항상 최적의 냉각매체를 공급함으로써 전지 모듈의 온도를 균일하게 유지할 수 있게 된다.

Claims (14)

1. 전지 모듈의 온도 제어 방법에 있어서,

   상기 전지 모듈로 냉각매체를 유통시키기 위한 구동부를 작동시키는 단계와,

   설정된 시간 경과 후 상기 전지 모듈의 온도를 검출하는 단계,

   상기 전지 모듈의 온도와 기 설정된 다단계의 온도조건을 비교하는 단계,

   상기 전지 모듈의 온도가 설정된 최하 단계의 온도조건보다 낮은 경우 상기 구동부를 멈추는 단계,

   상기 전지 모듈의 온도가 설정된 각 단계의 온도조건보다 높은 경우 해당 온도에 따라 상기 구동부의 출력을 조절하는 단계,

   설정된 시간 경과 후 상기 전지모듈의 온도가 기 설정된 최하 단계의 온도조건보다 높은 경우 이상 신호를 출력하는 단계,

   설정된 시간 경과 후 상기 전지모듈의 온도가 기 설정된 최하 단계의 온도조건보다 낮은 경우 상기 구동부를 해당 출력 조건으로 계속 구동하는 단계

   를 포함하는 이차 전지 모듈 온도 제어 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각매체는 냉각용 공기인 이차 전지 모듈 온도 제어 방법
7. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부는 구동모터를 동력원으로 사용하는 쿨링팬인 이차 전지 모듈 온도 제어 방법
8. 제 7 항에 있어서, 상기 구동부 제어는 구동모터의 회전속도 제어를 통해 이루어지는 이차 전지 모듈 온도 제어 방법
9. 제 1 항에 있어서, 상기 기 설정된 온도조건의 각 단계는 1도 또는 2도나 그 이상의 간격으로 설정되는 이차 전지 모듈 온도 제어 방법
10. 제 1 항에 있어서, 상기 기 설정된 온도 조건은 최고 40도와 최저 36도 사이에서 다단계로 설정되는 이차 전지 모듈 온도 제어 방법
11. 제 1 항에 있어서, 상기 이차 전지 모듈은 모터 구동용인 이차 전지 모듈 온도 제어 방법.
12. 설정된 타이머를 작동시키고 쿨링팬의 구동모터를 작동시켜 냉각용 공기를 전지 모듈의 하우징으로 공급하는 단계와;

    설정 시간 경과 후 전지 모듈 내부의 온도를 검출하고, 검출된 온도 중 최대값을 구하는 단계;

    상기 검출된 실제 전지 모듈의 온도 최대값이 40℃ 이상인지 여부를 비교하는 단계;

    상기 최대값이 40℃ 이상인 경우 컨트롤러의 출력신호에 따라 구동모터를 최대 속도로 구동시키는 단계;

    상기 최대값이 40℃ 이하인 경우 상기 최대값이 38℃ 이상인지 여부를 비교하는 단계;

    상기 최대값이 38℃ 이상인 경우 컨트롤러의 출력신호에 따라 구동모터를 중 간속도로 구동시키는 단계;

    상기 최대값이 38℃ 이하인 경우 상기 최대값이 36℃ 이하인가 여부를 비교하는 단계;

    상기 최대값이 36℃ 이하인 경우 컨트롤러의 출력신호에 따라 구동모터를 정지시키는 단계;

    상기 최대값이 36℃ 이상인 경우 설정된 타이머의 종료 여부를 확인하고 타이머 종료시까지 상기 과정을 반복하는 단계;

    상기 타이머가 종료된 경우 상기 최대값이 37℃이상인지의 여부를 재확인하는 단계;

    상기 최대값이 37℃ 이상인 경우에는 전지 모듈 이상신호를 발생시키고 상기 최대값이 37℃ 이하인 경우에는 계속 구동모터를 작동시키는 단계

    를 포함하는 이차 전지 모듈 온도 제어 방법
13. 제 12 항에 있어서, 상기 구동부는 최초 가장 낮은 출력상태에서 동작하는 이차 전지 모듈 온도 제어 방법
14. 제 12 항에 있어서, 상기 최대값은 전지 모듈 내의 일측 온도 또는 각 단위 전지의 개별적 온도에서 선택되는 이차 전지 모듈 온도 제어 방법

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