KR101364184B1 - Partial cooling system and method for electric vechele medium and large sized battery - Google Patents

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Abstract

본 발명의 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 시스템은 배터리 셀이 적층된 구조의 다수개의 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈 수에 맞게 각각의 배터리 모듈에 설치되는 냉각팬; 상기 다수개의 배터리 모듈에 각각 설치되는 수냉판; 상기 수냉판과 수로에 의해 연결되어 각각의 수로를 통해 상기 수냉판으로 유체를 분배하는 매니폴드; 상기 수냉판과 상기 매니폴드 사이의 수로의 압력을 일정하게 유지시키는 유량제어밸브; 및 냉각 시스템의 상태를 감지하는 각종 센서로부터 전송되는 냉각 시스템 상태 데이터를 수신하여 냉각 시스템의 구동 상태에 따라 상기 유량제어밸브와 각 배터리 모듈에 설치되는 냉각팬을 제어하는 제어기를 포함한다. 본 발명에 의하면, 배터리 셀 온도가 설정 온도값에 다다르지 않는 부분까지 에너지를 소비하며 냉각을 할 필요없이 설정 온도값을 초과한 배터리 셀과 모듈에만 냉각을 수행하게 됨으로써 부수적 에너지 손실을 최소화할 수 있고, 배터리 셀 간 온도를 평형화(equalizing)할 수 있는 효과가 있다.The partial cooling system of the electric vehicle medium-to-large battery of the present invention comprises a plurality of battery modules having a structure in which battery cells are stacked; A cooling fan installed in each battery module according to the number of battery modules; A water cooling plate installed in each of the plurality of battery modules; A manifold connected by the water cooling plate and a water channel to distribute fluid to the water cooling plate through each water channel; A flow control valve for maintaining a constant pressure in the channel between the water cooling plate and the manifold; And a controller configured to receive cooling system state data transmitted from various sensors for detecting a state of the cooling system and to control the flow control valve and the cooling fan installed in each battery module according to the driving state of the cooling system. According to the present invention, energy consumption is consumed to a portion where the battery cell temperature does not reach the set temperature value, and cooling is performed only on the battery cells and modules exceeding the set temperature value without the need for cooling, thereby minimizing incidental energy loss. In addition, there is an effect capable of equilibrating the temperature between battery cells.

Description

전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 시스템 및 방법{PARTIAL COOLING SYSTEM AND METHOD FOR ELECTRIC VECHELE MEDIUM AND LARGE SIZED BATTERY}PARTIAL COOLING SYSTEM AND METHOD FOR ELECTRIC VECHELE MEDIUM AND LARGE SIZED BATTERY}

본 발명은 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차 및 배터리 컴포넌트 기반 전기에너지를 사용하여 주행이 가능한 모바일 시스템에 탑재되는 중대형 배터리의 전체 배터리 팩에 대한 냉각을 수행하는 것이 아니라 배터리 모듈 내부에 적층된 셀의 온도값을 기반으로 냉각팬 및 냉각수를 해당 수냉판에 유입시키는 부분/국부적 냉각(local cooling) 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a partial cooling system and method for an electric vehicle medium and large battery, and more particularly, to cooling the entire battery pack of a medium and large battery mounted in a mobile system capable of traveling using electric energy based on electric vehicles and battery components. Rather, the present invention relates to a partial / local cooling system and method for introducing cooling fans and cooling water into a corresponding water cooling plate based on temperature values of cells stacked inside a battery module.

전기자동차 및 기타 응용 시스템에 탑재되는 배터리는 일반적으로 20kW 이상의 고용량 에너지를 확보하고 운용하게 된다. 이로 인해 수십개에서 수백개의 배터리 셀이 전기적으로 직렬 연결되게 된다. 비교적 큰 공간과 무게를 차지하는 배터리 팩은 다수의 배터리 셀을 적층하고 일정량 전압을 만들 수 있는 배터리 모듈 단위로 구분되게 된다. 공냉 및 수냉식 냉각방식은 배터리 모듈 단위로 이루어지게 된다.Batteries installed in electric vehicles and other application systems generally have high capacity energy of 20 kW or more. This results in dozens or hundreds of battery cells being electrically connected in series. Battery packs that occupy a relatively large space and weight are divided into battery module units that can stack a plurality of battery cells and generate a certain amount of voltage. Air-cooled and water-cooled cooling is performed in units of battery modules.

충/방전을 통해 발열(heat generation)이 발생하게 되는 배터리는 발열의 문제를 해소하기 위해 배터리 모듈에 취부된 냉각팬을 동작할 수 있고, 발열이 상대적으로 많은 배터리 모듈에 대해 취부된 수냉판으로 냉각수를 유입시켜 냉각을 할 수 있다.Batteries that generate heat through charging / discharging can operate a cooling fan attached to the battery module to solve the problem of heat generation, and a water cooling plate installed for a battery module having a relatively high heat generation. Cooling can be performed by introducing coolant.

기존의 배터리 시스템은 공랭식 기반의 냉각팬 장치를 이용한 배터리 팩 전체를 대상으로 냉각을 수행하거나, 또는 수냉식 배터리에도 배터리 팩 전체에 대한 동시, 공통 냉각을 수행하였다. 그러나 동시에 배터리 모듈 수에 준하는 다수의 냉각팬을 구동하고 수냉판에 냉각수를 유입하는 등의 냉각 시스템을 동시에 구동하기에는 많은 전기적 에너지가 소비되며, 에너지 효율이 저하될 수 있고 부수적인 배터리 방전에 의한 발열을 유도할 수 있는 요인이 될 수 있는 문제점이 있었다.Existing battery systems perform cooling for the entire battery pack using an air-cooled cooling fan device, or perform simultaneous and common cooling for the entire battery pack even for a water-cooled battery. However, at the same time, a large amount of electrical energy is consumed to simultaneously drive a cooling system corresponding to the number of battery modules and to introduce cooling water into the water cooling plate, which may lower energy efficiency and generate heat due to incidental battery discharge. There was a problem that can be a factor inducing.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전기자동차 및 배터리 컴포넌트 기반 전기에너지를 사용하여 주행이 가능한 모바일 시스템에 탑재되는 중대형 배터리의 전체 배터리 팩에 대한 냉각을 수행하는 것이 아니라, 배터리 셀이 적층된 배터리 모듈별로 냉각팬 및 냉각수를 해당 수냉판에 유입시켜 부분적으로 냉각이 이루어질 수 있도록 한 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 시스템 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention was devised to solve such a problem, and does not perform cooling of an entire battery pack of a medium-large battery mounted in a mobile system that can be driven by using electric vehicles and battery component-based electric energy. An object of the present invention is to provide a partial cooling system and method for an electric vehicle medium-large battery, in which cooling fans and cooling water are introduced into a corresponding water cooling plate to partially cool the battery modules.

또한, 전기자동차에 탑재되는 중대형 배터리의 냉각시 부수적으로 발생되는 에너지 손실을 최소화하고, 셀 간 온도의 이퀄라이징(equalizing)이 이루어질 수 있도록 한 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 시스템 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.In addition, the present invention aims to provide a partial cooling system and method of an electric vehicle medium and large battery that minimizes incidental energy loss during cooling of the medium and large battery mounted in the electric vehicle and enables equalization of temperature between cells. do.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 시스템의 일 측면에 따르면, 배터리 셀이 적층된 구조의 다수개의 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈 수에 맞게 각각의 배터리 모듈에 설치되는 냉각팬; 상기 다수개의 배터리 모듈에 각각 설치되는 수냉판; 상기 수냉판과 수로에 의해 연결되어 각각의 수로를 통해 상기 수냉판으로 유체를 분배하는 매니폴드; 상기 수냉판과 상기 매니폴드 사이의 수로의 압력을 일정하게 유지시키는 유량제어밸브; 및 냉각 시스템의 상태를 감지하는 각종 센서로부터 전송되는 냉각 시스템 상태 데이터를 수신하여 냉각 시스템의 구동 상태에 따라 상기 유량제어밸브와 각 배터리 모듈에 설치되는 냉각팬을 제어하는 제어기를 포함한다.According to an aspect of a partial cooling system of an electric vehicle medium-large battery according to the present invention for achieving the above object, a plurality of battery modules having a structure in which battery cells are stacked; A cooling fan installed in each battery module according to the number of battery modules; A water cooling plate installed in each of the plurality of battery modules; A manifold connected by the water cooling plate and a water channel to distribute fluid to the water cooling plate through each water channel; A flow control valve for maintaining a constant pressure in the channel between the water cooling plate and the manifold; And a controller configured to receive cooling system state data transmitted from various sensors for detecting a state of the cooling system and to control the flow control valve and the cooling fan installed in each battery module according to the driving state of the cooling system.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 방법의 일 측면에 따르면, (a) 제어기가 냉각 시스템의 상태를 체크하는 단계; (b) 상기 제어기가 상기 냉각 시스템의 상태가 정상이면 상기 냉각 시스템을 구동하기 위한 중대형 배터리 에너지의 잔량을 확인하는 단계; (c) 상기 제어기가 상기 중대형 배터리 에너지의 잔량이 기 설정된 기준용량 이상이면 순환펌프를 구동시키는 단계; (d) 상기 제어기가 현재 배터리 각 셀의 온도값과 기 설정된 온도값을 연속적으로 비교하는 단계; 및 (e) 상기 제어기가 현재 배터리 각 셀의 온도값이 기 설정된 온도값을 초과하는 경우 해당 배터리 셀이 적층된 배터리 모듈의 냉각팬을 구동시키는 단계를 포함한다.In addition, according to one aspect of the method for partially cooling an electric vehicle medium-large battery according to the present invention for achieving the above object, (a) the controller checks the state of the cooling system; (b) the controller checking the remaining amount of medium and large battery energy for driving the cooling system when the state of the cooling system is normal; (c) driving, by the controller, a circulating pump when the remaining amount of the medium-large battery energy is greater than or equal to a predetermined reference capacity; (d) the controller continuously comparing a temperature value of each cell of the current battery with a preset temperature value; And (e) driving, by the controller, a cooling fan of a battery module in which the battery cells are stacked when the temperature value of each cell of the current battery exceeds a preset temperature value.

본 발명에 의하면, 배터리 셀 온도가 설정 온도값에 다다르지 않는 부분까지 에너지를 소비하며 냉각을 할 필요없이 설정 온도값을 초과한 배터리 셀과 모듈에만 냉각을 수행하게 됨으로써 부수적 에너지 손실을 최소화할 수 있고, 배터리 셀 간 온도를 평형화(equalizing)할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, energy consumption is consumed to a portion where the battery cell temperature does not reach the set temperature value, and cooling is performed only on the battery cells and modules exceeding the set temperature value without the need for cooling, thereby minimizing incidental energy loss. In addition, there is an effect capable of equilibrating the temperature between battery cells.

또한, 다수의 배터리 셀 온도를 일정하게 최소의 편차를 가지고 운용이 가능하게 됨으로써 배터리 셀 수명을 연장하고, 전체 냉각에 들어가는 소비전력을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to operate a plurality of battery cell temperature with a constant minimum deviation to extend the battery cell life, there is an effect that can minimize the power consumption to enter the overall cooling.

또한, 배터리 냉각 시스템의 신뢰성과 완성도를 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 배터리 어플리케이션 시장에 활력을 줄 수 있고, 배터리 운용 및 제어 기술 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to improve the reliability and completeness of the battery cooling system, which can revitalize the battery application market and improve the battery operation and control technology.

또한, 관련 센서 및 액츄에이터에 대한 사용 빈도가 커지고 수요를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that the frequency of use for the relevant sensor and actuator is increased and the demand can be increased.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 방법을 나타내는 도면.1 is a view showing the configuration of a partial cooling system of an electric vehicle medium-large battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a partial cooling method of an electric vehicle medium-large battery according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a partial cooling system of an electric vehicle medium-large battery according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 셀 온도 기반의 부분적 냉각을 수행하기 위한 시스템에서, 보조탱크(Reservoir tank)(10)는 냉각수가 채워진다.As shown in FIG. 1, in the system for performing partial cooling based on the battery cell temperature of the present invention, the reservoir tank 10 is filled with cooling water.

순환펌프(20)는 냉각수의 압력차를 통해 각 수로(cooling water path)(30)에 냉각수가 유입될 수 있도록 수압을 생성한다. 즉, 순환펌프(20)는 냉각수의 압력차를 발생시켜 각 수로(30)에 냉각수의 순환을 가능하게 한다.The circulation pump 20 generates water pressure so that the coolant flows into each of the cooling water paths 30 through the pressure difference of the coolant. In other words, the circulation pump 20 generates a pressure difference between the cooling water to enable circulation of the cooling water in the respective channels 30.

열교환기(40)는 냉각수온을 설정된 값으로 일정하게 유지시킨다.The heat exchanger 40 keeps the cooling water temperature constant at a set value.

매니폴드(50)(Manifold)는 냉각수 분배기로서 각 수냉판(60)으로 냉각수를 분배/전달한다. 즉, 매니폴드(50)는 다수의 각 수냉판(60)으로 냉각수가 동시에 유입될 수 있도록 분배한다.The manifold 50 (Manifold) distributes / delivers the coolant to each water cooling plate 60 as a coolant distributor. That is, the manifold 50 distributes the cooling water to each of the plurality of water cooling plates 60 at the same time.

유량제어밸브(70)는 수냉판(60)에 유입되는 수량을 결정한다. 즉, 매니폴드(50)의 토출구에는 각 수로(30)의 압력을 일정하게 또는 일정 오차를 가지고 수렴할 수 있도록 하는 솔레노이드식 유량제어밸브(70)가 각각 수로의 중간에 설치된다. 이러한 솔레노이드식 유량제어밸브(70)를 통해 토출된 냉각수는 실질적으로 열원(heat source)인 배터리 모듈(80)과 접촉된 수냉판(60)의 내부로 유입된다. 수냉판(60)으로 전달된 열은 수냉판(60)의 내부로 유입된 냉각수가 최종적으로 열을 흡수하여 밖으로 배출된다.The flow rate control valve 70 determines the quantity of water flowing into the water cooling plate 60. That is, a solenoid flow control valve 70 is provided at the outlet of the manifold 50 so as to converge the pressure of each channel 30 with a constant or a certain error. Cooling water discharged through the solenoid type flow control valve 70 is introduced into the water cooling plate 60 in contact with the battery module 80 which is a heat source. The heat transferred to the water cooling plate 60 is the cooling water introduced into the water cooling plate 60 finally absorbs the heat and is discharged out.

수냉판(Cooling panel)(60)은 수냉식 방법으로 열원(heat source)인 배터리 모듈(80)에 접촉되어 열전도 및 방열을 수행한다.The cooling panel 60 contacts the battery module 80 which is a heat source in a water-cooled manner to perform heat conduction and heat dissipation.

유체 호스(90)는 보조 탱크(10)로 회수되는 라인을 나타낸다.Fluid hose 90 represents the line returned to auxiliary tank 10.

냉각팬(100)은 배터리 모듈 수에 맞게 각각의 배터리 모듈(80)에 설치된다.The cooling fan 100 is installed in each battery module 80 according to the number of battery modules.

배터리 셀 온도감지센서(110)는 각 배터리 셀의 온도를 감지하여 각 배터리 셀 온도값 데이터를 획득한다.The battery cell temperature sensor 110 detects the temperature of each battery cell to obtain data of each battery cell temperature value.

냉각수온 감지센서(120)는 냉각수의 수온을 감지하여 냉각수온 데이터를 획득한다.Cooling water temperature sensor 120 detects the water temperature of the cooling water to obtain the cooling water temperature data.

펌프상태 감지센서(130)는 순환펌프(20)의 상태를 감지하여 펌프 상태 데이터를 획득한다.The pump state sensor 130 detects a state of the circulation pump 20 to obtain pump state data.

냉각수 잔량 감지센서(140)는 냉각수의 잔량을 감지하여 냉각수 잔량 데이터를 획득한다.The coolant remaining amount sensor 140 detects the remaining amount of coolant to obtain coolant remaining amount data.

아날로그/디지털 컨버터(150)는 배터리 셀 온도감지센서(110)와, 냉각수온 감지센서(120)와, 펌프상태 감지센서(130) 및 냉각수 잔량 감지센서(140)에서 각각 감지되어 전송되는 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하여 제어기(160)로 전송한다.The analog / digital converter 150 is an analog value detected and transmitted by the battery cell temperature sensor 110, the coolant temperature sensor 120, the pump state sensor 130, and the coolant remaining amount sensor 140, respectively. Is converted into a digital value and transmitted to the controller 160.

제어기(160)는 아날로그/디지털 컨버터(150)에서 디지털 값으로 변환되어 전송되는 각 센서의 데이터를 수신하여 냉각 시스템의 구동 상태를 점검하고, 냉각 시스템의 구동 상태를 사용자에게 전달/인지하기 위해 캔(CAN : Controller Area Network) 통신매체를 이용하여 클러스터(170) 측으로 송신한다.The controller 160 receives data of each sensor converted into a digital value from the analog / digital converter 150 to check the driving state of the cooling system and transmits / recognizes the driving state of the cooling system to the user. (CAN: Controller Area Network) transmits to the cluster 170 using a communication medium.

제어기(160)는 아날로그/디지털 컨버터(150)에서 디지털 값으로 변환되어 전송되는 각 센서의 데이터를 수신하여 제어 로직에 반영한다. 즉, 제어기(160)는 아날로그/디지털 컨버터(150)에서 디지털 값으로 변환되어 전송되는 각 센서의 데이터를 토대로 로직을 운영하여 순환펌프(20), 열교환기(40), 유량제어밸브(70) 및 각 배터리 모듈의 냉각팬(100)을 구동한다.The controller 160 receives data of each sensor that is converted into a digital value by the analog / digital converter 150 and transmitted to the control logic. That is, the controller 160 operates logic based on the data of each sensor that is converted into a digital value from the analog / digital converter 150 and transmitted, thereby providing a circulation pump 20, a heat exchanger 40, and a flow control valve 70. And driving the cooling fan 100 of each battery module.

제어기(160)는 로직 내부에 결정된 값을 토대로 솔레노이드식 유량제어밸브(actuator)(70)에 동작 명령(command)을 디지털/아날로그 변환된 아날로그 신호 또는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM)로 출력한다. 제어기(160)의 로직에 의한 출력으로 순환펌프(20)의 온/오프(On/Off), 열교환기(40)의 대기/오프(Standby/Off), 냉각/히팅 모드 결정을 위한 디지털 또는 아날로그 또는 통신 신호의 인터페이스가 있다.The controller 160 outputs an operation command as a digital / analog converted analog signal or pulse width modulation (PWM) to the solenoid type flow control valve 70 based on a value determined in the logic. do. Output by the logic of the controller 160, digital or analog for on / off of the circulating pump 20, standby / off of the heat exchanger 40, and cooling / heating mode determination Or an interface of a communication signal.

제어기(160)는 각 배터리 셀의 온도를 모니터링하고 셀 온도를 기반으로 해당 모듈의 냉각팬(100) 및 수냉판(60)을 부분적으로 제어할 수 있는 냉각 시스템 제어기 또는 배터리 관리유닛(BMU: Battery Management Unit)의 기능을 수행한다.The controller 160 monitors the temperature of each battery cell and partially controls the cooling fan 100 and the water cooling plate 60 of the module based on the temperature of the battery. Management Unit).

신호증폭기(170)는 제어기(160)에서 출력되는 신호를 증폭하여 순환펌프(20), 열교환기(40), 유량제어밸브(70) 및 각 배터리 모듈의 냉각팬(100)으로 전송한다. 그리고 노이즈 제거를 위한 신호 컨디셔너(signal conditioner) 등이 설치된다.The signal amplifier 170 amplifies the signal output from the controller 160 and transmits it to the circulation pump 20, the heat exchanger 40, the flow control valve 70, and the cooling fan 100 of each battery module. And a signal conditioner (signal conditioner) for removing noise is installed.

전술한 본 발명의 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 시스템은 배터리 셀의 온도에 따라 부분 또는 일부 또는 전체가 동시에 구동할 수 있는 환경이 되기도 한다. 따라서 배터리 셀 온도가 설정 온도값에 다다르지 않는 부분까지 에너지를 소비하며 냉각을 할 필요없이 설정 온도값을 초과한 배터리 셀과 모듈에만 냉각을 수행하게 된다. 이렇게 함으로 셀 간 온도를 평형화(equalizing) 하는데도 도움이 된다. 또한 다수의 배터리 셀 온도를 일정하게 최소의 편차를 가지고 운용이 가능하게 됨으로써 배터리 셀 수명을 연장하고, 전체 냉각에 들어가는 소비전력을 최소화 할 수 있다.
The partial cooling system of the electric vehicle medium-large battery of the present invention described above may be an environment in which a part, a part, or the whole of the electric vehicle may be driven simultaneously depending on the temperature of the battery cell. Therefore, energy is consumed to a portion where the battery cell temperature does not reach the set temperature value, and cooling is performed only to the battery cells and modules exceeding the set temperature value without the need for cooling. This also helps to equalize the temperature between cells. In addition, it is possible to operate a plurality of battery cell temperature with a constant minimum deviation to extend the battery cell life and to minimize the power consumption for the overall cooling.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 방법을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a partial cooling method of an electric vehicle medium-large battery according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 부분 냉각을 위한 배터리 모듈 단위 독립 냉각 시스템 구동 절차와 배터리 셀 온도 기반 부분 냉각에 대한 과정에 대해 설명한다.As illustrated in FIG. 2, a procedure of driving a battery module independent cooling system for partial cooling of a battery pack and a process for partial cooling based on battery cell temperature will be described.

제어기는 초기 키(Key)가 켜지게 되면 냉각 시스템 자체의 상태 검사를 수행(S10)하여 냉각수의 잔량, 냉각수온, 펌프 상태 등의 상태에 대한 결함 발생 유무를 판단(S20)한다.When the initial key is turned on, the controller performs a state check of the cooling system itself (S10) to determine whether a defect occurs in a state of remaining amount of cooling water, cooling water temperature, pump state, and the like (S20).

제어기는 냉각 시스템 자체의 결함이 있으면 즉, 검사 파라미터를 OR 논리로 묶어 Fault flag=1이면 순환펌프를 구동할 수 없으며(S30), 클러스터 측으로 데이터를 송신하여 사용자에게 경고 메시지를 띄우게 된다.If the controller has a fault in the cooling system itself, that is, if the test parameters are grouped with OR logic and Fault flag = 1, the controller cannot drive the circulating pump (S30), and transmits data to the cluster to display a warning message to the user.

제어기는 냉각 시스템 자체의 상태에 결함이 없으면 즉, Fault flag=0 인 경우에는 냉각 시스템을 구동하기 위한 중대형 배터리 에너지의 잔량(SoC)이 30% 이상인지를 판단(S40)한다.If there is no fault in the state of the cooling system itself, that is, if Fault flag = 0, the controller determines whether the residual amount of medium-to-large battery energy SoC for driving the cooling system is 30% or more (S40).

제어기는 중대형 배터리 에너지의 잔량이 30% 미만인 경우에는 배터리는 전력 공급이 불가하며, 충전이 필요한 상태이므로 순환펌프를 구동할 수 없다(S30).If the remaining amount of medium and large battery energy is less than 30%, the controller cannot supply power to the battery and cannot drive the circulating pump because charging is necessary (S30).

제어기는 중대형 배터리 에너지의 잔량이 30% 이상이면 배터리는 전력 공급이 가능하므로 순환펌프를 구동(S50)시킨다.The controller drives the circulating pump (S50) because the battery can supply power when the remaining amount of medium and large battery energy is 30% or more.

제어기는 현재 배터리 각 셀의 온도값이 사용자에 의해 설정된 온도값을 연속적으로 비교하여 현재 배터리 각 셀의 온도값이 사용자에 의해 설정된 온도값보다 큰 값인지를 판단(S60)한다.The controller continuously compares the temperature value of each cell of the current battery with the temperature value set by the user, and determines whether the temperature value of each cell of the current battery is greater than the temperature value set by the user (S60).

제어기는 사용자에 의해 설정된 온도값 대비 현재 배터리 셀의 온도값이 높으면, 해당 온도를 갖는 배터리 셀 ID(Identification) 번호를 검색하여 해당 배터리 셀이 적층된 배터리 모듈의 냉각팬을 구동(S70)시키고, 해당 모듈에 취부된 수냉판에도 냉각수 유입을 위해 해당 수냉판 앞단의 유량제어밸브를 개방(S80)시키게 된다.
If the temperature value of the current battery cell is higher than the temperature value set by the user, the controller searches for a battery cell identification number having a corresponding temperature to drive a cooling fan of the battery module in which the battery cells are stacked (S70), The flow control valve at the front end of the water cooling plate is opened (S80) to the cooling water inlet in the water cooling plate mounted on the module.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.

10 : 보조탱크 20 : 순환펌프
30 : 수로 40 : 열교환기
50 : 매니폴드 60 : 수냉판
70 : 유량제어밸브 80 : 배터리 모듈
90 : 유체 호스 100 : 냉각팬
110 : 배터리 셀 온도감지센서 120 : 냉각수온 감지센서
130 : 펌프상태 감지센서 140 : 냉각수 잔량 감지센서
150 : 아날로그/디지털 컨버터 160 : 제어기
170 : 클러스터 180 : 수냉판10: auxiliary tank 20: circulation pump
30: channel 40: heat exchanger
50: manifold 60: water cooling plate
70: flow control valve 80: battery module
90 fluid hose 100 cooling fan
110: battery cell temperature sensor 120: coolant temperature sensor
130: pump status sensor 140: coolant level sensor
150: analog / digital converter 160: controller
170: cluster 180: water cooling plate

Claims (5)

전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 시스템으로서,
배터리 셀이 적층된 구조의 다수개의 배터리 모듈;
상기 배터리 모듈 수에 맞게 각각의 배터리 모듈에 설치되는 냉각팬;
상기 다수개의 배터리 모듈에 각각 설치되는 수냉판;
상기 수냉판과 수로에 의해 연결되어 각각의 수로를 통해 상기 수냉판으로 유체를 분배하는 매니폴드;
상기 수냉판과 상기 매니폴드 사이의 수로의 압력을 일정하게 유지시키는 솔레노이드식 유량제어밸브; 및
상기 각 배터리 모듈의 배터리 셀 온도를 감지하는 배터리 셀 온도감지센서와, 냉각수의 수온을 감지하는 냉각수온 감지센서와, 냉각수를 각 수로에 유입시키는 순환펌프의 상태를 감지하는 펌프상태 감지센서와, 냉각수의 잔량을 감지하는 냉각수 잔량 감지센서를 포함하는 냉각 시스템의 상태를 감지하는 각종 센서로부터 전송되는 냉각 시스템 상태 데이터를 수신하여 상기 냉각 시스템의 상태를 점검하고 상기 냉각 시스템의 상태를 사용자가 인지할 수 있도록 캔(CAN) 통신매체를 이용하여 클러스터 측으로 송신하며, 상기 냉각 시스템의 상태에 따라 상기 솔레노이드식 유량제어밸브와 각 배터리 모듈에 설치되는 수냉판 및 냉각팬을 부분적으로 제어하여 상기 다수개의 배터리 모듈별로 냉각이 이루어지도록 제어하는 제어기를 포함하는 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 시스템.
Partial cooling system for electric vehicle medium and large battery,
A plurality of battery modules having a stacked structure of battery cells;
A cooling fan installed in each battery module according to the number of battery modules;
A water cooling plate installed in each of the plurality of battery modules;
A manifold connected by the water cooling plate and a water channel to distribute fluid to the water cooling plate through each water channel;
A solenoid flow control valve for maintaining a constant pressure in the channel between the water cooling plate and the manifold; And
A battery cell temperature sensor for detecting the battery cell temperature of each battery module, a coolant temperature sensor for detecting a water temperature of the coolant, a pump state sensor for detecting a state of a circulating pump for introducing coolant into each channel, and Receive cooling system status data transmitted from various sensors for detecting the state of the cooling system including a remaining amount of coolant detection sensor for detecting the remaining amount of coolant to check the state of the cooling system and the user to recognize the state of the cooling system. The plurality of batteries may be transmitted to the cluster side using a CAN communication medium, and partially controlled by the solenoid flow control valve and the water cooling plate and the cooling fan installed in each battery module according to the state of the cooling system. Armature including a controller to control cooling by module Part of the cooling system of a middle- or large-sized primary battery.
삭제delete 삭제delete 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 방법으로서,
(a) 제어기가 다수개의 배터리 모듈의 배터리 셀 온도를 감지하는 배터리 셀 온도감지센서와, 냉각수의 수온을 감지하는 냉각수온 감지센서와, 냉각수를 각 수로에 유입시키는 순환펌프의 상태를 감지하는 펌프상태 감지센서와, 냉각수의 잔량을 감지하는 냉각수 잔량 감지센서를 포함하는 냉각 시스템의 상태를 감지하는 각종 센서로부터 전송되는 냉각 시스템 상태 데이터를 수신하여 상기 냉각 시스템의 상태를 점검하는 단계;
(b) 상기 제어기가 상기 냉각 시스템의 상태가 정상이면 상기 냉각 시스템을 구동하기 위한 중대형 배터리 에너지의 잔량을 확인하는 단계;
(c) 상기 제어기가 상기 중대형 배터리 에너지의 잔량이 기 설정된 기준용량 이상이면 상기 순환펌프를 구동시키는 단계;
(d) 상기 제어기가 상기 다수개의 배터리 모듈의 각 셀의 온도값과 기 설정된 온도값을 연속적으로 비교하는 단계; 및
(e) 상기 제어기가 상기 다수개의 배터리 모듈 중 배터리 각 셀의 온도값이 기 설정된 온도값을 초과하는 배터리 모듈에 설치된 수냉판에 냉각수를 유입시키기 위해 해당 수냉판 앞단의 솔레노이드식 유량제어밸브를 개방시키고, 냉각팬을 구동하여 배터리 모듈별로 냉각이 이루어지도록 제어하는 단계를 포함하며,
상기 단계(a)에서, 상기 제어기는 상기 냉각 시스템의 상태를 사용자가 인지할 수 있도록 캔(CAN) 통신매체를 이용하여 클러스터 측으로 송신하는 단계를 더 포함하는 전기자동차 중대형 배터리의 부분 냉각 방법.As a partial cooling method of an electric vehicle medium and large battery,
(a) The controller detects the battery cell temperature sensor for detecting the battery cell temperature of the plurality of battery modules, the coolant temperature sensor for detecting the temperature of the coolant, and the pump for detecting the state of the circulating pump for introducing the coolant into each channel. Checking a state of the cooling system by receiving cooling system state data transmitted from various sensors detecting a state of a cooling system including a state sensor and a remaining amount of coolant detection sensor to detect a remaining amount of coolant;
(b) the controller checking the remaining amount of medium and large battery energy for driving the cooling system when the state of the cooling system is normal;
(c) driving the circulation pump if the remaining amount of the medium-large battery energy is greater than or equal to a predetermined reference capacity;
(d) the controller continuously comparing the temperature values of each cell of the plurality of battery modules with a preset temperature value; And
(e) the controller opens the solenoid flow control valve at the front end of the water cooling plate in order to introduce cooling water into the water cooling plate installed in the battery module in which the temperature value of each cell of the plurality of battery modules exceeds a predetermined temperature value. And controlling the cooling to be performed for each battery module by driving a cooling fan.
In the step (a), the controller further comprises the step of transmitting to the cluster side using a CAN (CAN) communication medium so that the user can recognize the state of the cooling system. 삭제delete
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210146159A (en) 2020-05-26 2021-12-03 (주)유피티 Battery pack for eco-friendly cars
KR20220166677A (en) 2021-06-10 2022-12-19 (주)유피티 Battery pack to prevent the spread of fire

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016208972A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 주식회사 아모텍 Battery cooling apparatus
KR101924527B1 (en) * 2016-06-16 2018-12-03 주식회사 엘지화학 Energy storage system and temperature control method for the same
CN106981595B (en) * 2017-05-22 2019-11-12 芜湖天量电池系统有限公司 A kind of the Battery case system and automobile of air-cooled accurate temperature controlling
CN111376692B (en) * 2018-12-29 2022-06-07 宇通客车股份有限公司 Vehicle, multi-branch temperature regulation liquid cooling power supply system and control method thereof
US20220271361A1 (en) * 2019-08-01 2022-08-25 Lg Energy Solution, Ltd. Battery Temperature Control Apparatus, Battery System, Energy Storage System and Battery Temperature Control Method
KR20210050256A (en) 2019-10-28 2021-05-07 주식회사 엘지화학 Cooling system of battery module included in energy storage system (ESS) and method thereof
KR20240009808A (en) * 2022-07-14 2024-01-23 주식회사 엘지에너지솔루션 Battery module and device including the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002191104A (en) 2000-10-13 2002-07-05 Honda Motor Co Ltd Battery cooling device for vehicle
KR100471249B1 (en) 2002-08-23 2005-03-10 현대자동차주식회사 Battery temperature management method of electric vehicle
KR100648698B1 (en) 2005-03-25 2006-11-23 삼성에스디아이 주식회사 Secondary battery module
JP2010040420A (en) * 2008-08-07 2010-02-18 Sanyo Electric Co Ltd Power source device for vehicle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002191104A (en) 2000-10-13 2002-07-05 Honda Motor Co Ltd Battery cooling device for vehicle
KR100471249B1 (en) 2002-08-23 2005-03-10 현대자동차주식회사 Battery temperature management method of electric vehicle
KR100648698B1 (en) 2005-03-25 2006-11-23 삼성에스디아이 주식회사 Secondary battery module
JP2010040420A (en) * 2008-08-07 2010-02-18 Sanyo Electric Co Ltd Power source device for vehicle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210146159A (en) 2020-05-26 2021-12-03 (주)유피티 Battery pack for eco-friendly cars
KR20220166677A (en) 2021-06-10 2022-12-19 (주)유피티 Battery pack to prevent the spread of fire

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