KR100912350B1 - 배터리 장치의 가열방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리의 온도를 측정하여, 측정된 온도가 배터리가 비정상적으로 동작할 것으로 판단되는 저온이하이면, 강제방전을 이용한 SOC 밸런싱을 이행하여 상기 강제방전으로 인한 발열을 통해 배터리를 가열하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는, 다수의 배터리 셀을 구비하는 배터리 장치의 가열방법은, 상기 배터리 장치의 온도를 센싱하는 단계; 상기 센싱된 온도가 소정 온도 이하이면, 상기 다수의 배터리 셀에 대해 강제 방전을 통한 SOC 밸런싱을 이행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따르는, 다수의 배터리 셀을 구비하는 배터리 장치의 가열장치는, 상기 배터리 장치의 온도를 센싱하는 온도 센서; 상기 다수의 배터리 셀에 각각 대응되는 다수의 강제 방전 소자; 상기 다수의 배터리 셀과 상기 다수의 강제 방전 소자 사이를 연결 또는 해제하는 스위칭부; 상기 온도 센서를 통해 센싱된 온도가 소정 온도 이하이면, 상기 다수의 배터리 셀의 일부를 상기 강제 방전 소자와 연결하도록 상기 스위칭부를 제어하여 SOC 밸런싱을 이행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 장치의 가열방법 및 장치{method and apparatus of heating for battery}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치의 온도보상장치의 구성도.

도 2는 도 1의 일부 구성에 대한 상세 구성도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 장치의 온도보상방법의 흐름도.

본 발명은 배터리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저온 성능을 향상시키기 위한 배터리 장치의 가열방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 하이브리드 전기자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)의 보조 동력원으로써 리튬 이온 폴리머 전지 시스템에 대한 개발이 진행되어 지고 있다. 이 리튬 이온 폴리머 전지는 Ni-MH(니켈-금속수소) 전지에 비해 전압이 3배 이상 높으며, 상온에서 출력이 매우 높은 것으로 알려져 있다.

따라서 고출력 고밀도 전지인 리튬 이온 폴리머 전지는 자동차 패키징 및 출 력 특성을 보완할 수 있는 전지로 개발이 진행되어지고 있다.

연료 전지 하이브리드 전기자동차(FCHEV)는 주동력원으로 스택(stack)을 사용하며, 보조 동력원으로 리튬 이온 폴리머 전지 시스템을 사용하게 된다. 리튬 이온 폴리머 전지 시스템은 리튬 이온 폴리머 전지의 직렬/병렬로 연결되어 원하는 전압 범위 및 전지 용량을 가지게 되며, 전지 관리를 위해 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS라 함), 퓨즈, 안전 스위치 등이 있고, 차량과의 인터페이스(interface)를 위해 릴레이(relay)와 케이블 커넥터들로 구성되어 있다.

그리고 연료 전지 하이브리드 전기자동차는 주동력원인 스택에 의해 구동시 가속, 출발 등에 리튬 이온 폴리머 전지 시스템의 동력을 합하여 모터를 구동하게 되어 있다.

또한 리튬 이온 폴리머 전지 시스템의 출력 성능은 상온(25℃)을 기준할 때 Ni-MH의 출력이 20kW인 것에 대하여 리튬 이온 폴리머 전지는 27kW로 출력 성능이 매우 우수하다. 따라서 연료 전지 하이브리드 전기자동차의 가속 성능 및 최고속도 등에 좋은 영향을 끼칠 수 있다.

그런데, 상기한 리튬 이온 폴리머 전지는 저온, 즉 -20℃ 이하에서는 전지 출력이 상온 대비 약 16%(4.4kW/27kW)정도로 매우 낮은 값을 나타낸다. 이는 리튬 이온 폴리머 전지 내의 저온시 이온 전도도가 급격하게 떨어지고, 전하 이동 저항(charge transfer resistance)이 증가하기 때문인 것으로 알려져 있다.

따라서 이러한 출력 성능 저하로 인하여 연료 전지 하이브리드 전기자동차에 보조 동력원인 리튬 이온 폴리머 전지 시스템은 출력 성능을 정상적으로 발휘할 수 없게 되어 차량 운전에 매우 큰 영향을 끼치게 될 수 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 배터리의 온도를 측정하여, 측정된 온도가 배터리가 비정상적으로 동작할 것으로 판단되는 저온이하이면, SOC 밸런싱을 위해 구비된 강제방전 기능을 이용하여 강제방전을 이행하고, 그 강제방전으로 인한 발열을 통해 배터리를 가열하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는, 다수의 배터리 셀을 구비하는 배터리 장치의 가열방법은, 상기 배터리 장치의 온도를 센싱하는 단계; 상기 센싱된 온도가 소정 온도 이하이면, SOC 밸런싱을 위해 구비된 강제방전 기능을 이용하여 다수의 배터리 셀에 대해 강제 방전을 이행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따르는, 다수의 배터리 셀을 구비하는 배터리 장치의 가열장치는, 상기 배터리 장치의 온도를 센싱하는 온도 센서; 상기 다수의 배터리 셀에 각각 대응되며, SOC 밸런싱을 위해 구비된 다수의 강제 방전 소자; 상기 다수의 배터리 셀과 상기 다수의 강제 방전 소자 사이를 연결 또는 해제하는 스위칭부; 상기 온도 센서를 통해 센싱된 온도가 소정 온도 이하이면, 상기 다수의 배터리 셀의 일부를 상기 강제 방전 소자와 연결하도록 상기 스위칭부를 제어하여 강제방전을 이 행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 배터리의 온도를 측정하여, 측정된 온도가 배터리가 비정상적으로 동작할 것으로 판단되는 저온이하이면, SOC 밸런싱을 위해 구비된 강제방전기능을 수행하고, 상기 강제방전으로 인한 발열을 통해 배터리를 가열한다.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 구성을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

배터리 관리 장치는 크게 배터리 팩(100), 스위칭부(102), 방전회로(104), 제어부(106), 메모리부(108), 온도센서(110)로 구성된다.

상기한 배터리 팩(100)은 다수의 배터리 셀(1001~100N)로 구성되고, 방전회로(104)는 상기 다수의 배터리 셀(1001~100N)에 각각 대응되는 다수의 저항(1061~106N)으로 구성되며, 각 저항은 발열소자로서 각 배터리 셀에 밀착설치되어 발열된 열을 각 배터리 셀에 공급한다. 특히, 상기 저항은 열전도성이 높은 구리로 배터리 셀의 리드와 접촉됨으로써, 상기 저항에 의한 저항열은 상기 리드를 통해 전지 내부까지 전달되고, 상기 저항에 의한 대류열은 전지 외부를 가열하는 데에 사용된다. 또한 전기 및 열의 양도체는 저항에서 발생하는 열을 충분히 전지 내부의 전극에 전달할 수 있는 소정의 길이와 폭, 두께로 저항과 리드와 열결되며, 상기 저항에서 전지 리드까지의 거리는 열이 양도체에서 저항열을 다른 열원으로 뺏기지 않을 수 있는 짧은 거리로 한정된다.

스위칭부(102)는 상기 다수의 배터리 셀(1001~100N)과 다수의 저항(1061~106N)간을 연결 또는 해제하는 다수의 스위치소자(1021~102N)으로 구성된 다.

제어부(106)는 시동시 온도 센서(110)를 통해 배터리 팩(100)의 온도를 센싱하고, 상기 온도가 미리 정해둔 소정 온도 이하이면, 다수의 배터리 셀(1001~100N)의 SOC를 측정하여, SOC가 미리 정해둔 방전 한계치 이상인지를 체크하고, 상기 SOC가 미리 정해둔 방전 한계치 이상이면 다수의 배터리 셀(1001~100N)을 강제방전하기 위해 해당 배터리 셀과 강제 방전용 저항을 연결하도록 스위치부(102)를 제어한다.

이에, 다수의 배터리 셀(1001~100N)이 강제 방전됨과 아울러, 강제 방전으로 인해 발열된 열이 배터리 팩(100)에 공급되어, 배터리 팩(100)의 온도가 신속하게 정상온도 범위로 진입할 수 있게 한다. 여기서, 제어부(106)는 배터리 셀의 SOC가 미리 정해둔 방전 한계치 이하로 방전되지 않도록 스위칭부를 제어한다.

메모리부(108)는 제어부(106)의 처리 프로그램을 포함하는 다양한 정보를 저장한다. 특히 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 배터리 셀이 정상적으로 동작하지 않는 소정 온도에 대한 정보, 배터리 셀의 방전 한계치 등의 정보를 저장한다.

온도 센서(110)는 배터리 팩(100)의 온도를 센싱하고, 그 결과를 제어부(106)에 제공한다.

이제, 상기한 배터리 관리 장치의 동작을 도 3의 흐름도를 참조하여 설명한다.

제어부(106)는 초기 시동시 온도 센서(110)를 통해 배터리 팩(100)의 온도를 센싱한다(200단계).

상기 온도가 센싱되면, 제어부(106)는 상기 센싱된 온도가 배터리 셀이 비정상적으로 동작할 것으로 판단되는 소정 온도 이하인지를 체크한다(202단계).

상기 센싱된 온도가 소정 온도 이하이면, 제어부(106)는 다수의 배터리 셀(1001~100N)에 대해 배터리 셀별 SOC를 측정한다(204단계).

상기 배터리 셀별 SOC의 측정이 완료되면, 제어부(106)는 상기 SOC가 미리 정해둔 방전 한계치 이상인지를 체크하여 강제 방전이 가능한지 여부를 체크한다(206단계).

상기 SOC가 미리 정해둔 방전 한계치 이상이면, 제어부(106)는 SOC 밸런싱을 위해 구비된 강제 방전 기능을 이행하여, 상기 강제 방전으로 통해 발열된 열이 상기 배터리 팩(100)에 공급될 수 있게 한다(208단계).

상기한 바와 같이 본 발명은 SOC 밸런싱을 위해 구비된 강제 방전 기능을 통해 배터리 팩의 저온 특성을 개선할 수 있다.

본 발명은 배터리의 온도를 측정하여, 측정된 온도가 배터리가 비정상적으로 동작할 것으로 판단되는 저온이하이면, SOC 밸런싱을 위해 구비된 강제 방전 기능을 이행하여 상기 강제방전으로 인한 발열을 통해 배터리를 가열한다.

이로서 본 발명은 배터리의 저온 특성을 개선하기 위한 구성을 별도로 추가 구비하지 않아도 됨은 물론이며, SOC 밸런싱과 배터리 가열을 동시에 이행함으로써, 배터리 관리 장치의 효율을 개선할 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

1. 다수의 배터리 셀을 구비하는 배터리 장치의 가열방법에 있어서,

   상기 배터리 장치의 온도를 센싱하는 단계; 및

   상기 센싱된 온도가 소정 온도 이하이면, 상기 각 배터리 셀에 대한 SOC를 측정하는 단계; 및

   상기 측정된 SOC가 미리 정해둔 방전 한계치 이상일 때에 상기 배터리 셀의 리드와 밀착 연결되며 SOC 밸런싱을 위해 구비된 저항을 통한 강제 방전에 의해 열을 발생시켜 상기 배터리 장치를 가열하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치의 가열방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 저항과 배터리 셀의 리드간을 연결하는 도체는 소정 길이와 폭, 두께를 가짐을 특징으로 하는 배터리 장치의 가열방법.
5. 다수의 배터리 셀을 구비하는 배터리 장치의 가열장치에 있어서,

   상기 배터리 장치의 온도를 센싱하는 온도 센서;

   상기 다수의 배터리 셀에 각각 대응되고 상기 배터리 셀의 리드와 밀착 연결되며 SOC 밸런싱을 위해 구비된 다수의 저항;

   상기 다수의 배터리 셀과 상기 다수의 저항 사이를 연결 또는 해제 하는 스위칭부; 및

   상기 온도 센서를 통해 센싱된 온도가 소정 온도 이하이면, 상기 각 배터리 셀에 대한 SOC를 측정하고, 상기 SOC가 미리 정해둔 방전 한계치 이상이면 상기 다수의 배터리 셀을 상기 저항과 연결하도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치의 가열장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제5항에 있어서,

   상기 저항과 배터리 셀의 리드간을 연결하는 도체는 소정 길이와 폭, 두께를 가짐을 특징으로 하는 배터리 장치의 가열장치.

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