KR101650991B1 - 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하우징의 내측면 및 상기 하우징 내에 수용된 배터리의 외측면에 도전성(electro conductive) 부재를 도포함으로써, 배터리에 스웰링(Swelling)이 발생하여 하우징 내측 및 배터리 외측 간의 이격거리가 좁혀지는 경우 각각의 도전성 부재 간의 정전용량 변화를 감지하여 배터리의 스웰링 여부를 판단할 수 있으며, 또한 별도의 접촉식 정전감지센서를 배제함으로써 하우징의 부피를 최소화하고 보다 협소한 공간에서도 안정적이고 신속하게 배터리의 스웰링 여부를 판단할 수 있는 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하우징의 내측면 및 상기 하우징 내에 수용된 배터리의 외측면에 도전성(electro conductive) 부재를 도포함으로써, 배터리에 스웰링(Swelling)이 발생하여 하우징 내측 및 배터리 외측 간의 이격거리가 좁혀지는 경우 각각의 도전성 부재 간의 정전용량 변화를 감지하여 배터리의 스웰링 여부를 판단할 수 있으며, 또한 별도의 접촉식 정전감지센서를 배제함으로써 하우징의 부피를 최소화하고 보다 협소한 공간에서도 안정적이고 신속하게 배터리의 스웰링 여부를 판단할 수 있는 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 또는 가정용 또는 산업용으로 이용되는 중대형 배터리를 이용하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
이차전지는 휴대 단말 등의 배터리로 구현되는 경우는 반드시 그러하지 않을 수 있으나, 상기와 같이 전기 차량 또는 에너지 저장원 등에 적용되는 배터리는 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 집합되는 형태로 사용되어 고용량 환경에 적합성을 높이게 된다.
이와 같은 배터리, 특히 다수의 2차 전지가 충전과 방전을 번갈아 가면서 수행하는 경우에는 이들의 충방전을 효율적으로 제어하여 배터리가 적정한 동작 상태 및 성능을 유지하도록 관리할 필요성이 있다.
이를 위해, 배터리의 상태 및 성능을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 구비된다. BMS은 배터리의 전류, 전압 및 온도 등을 검출하여 이를 바탕으로 SOC(State of Charge)산출, 셀 전압 균등화, 배터리의 스웰링 여부를 감지 및 판단하고, 배터리의 이상 여부를 감지 시에는 배터리 팩을 보호하기 위해 선로를 비가역적으로 단선시켜 충방전 전류를 차단하는 역할을 수행한다.
일반적으로 배터리 팩은 배터리 자체가 안전성이 취약하고 각종 전자부품을 사용한 안전장치를 포함하여 구성하더라도 자체의 문제로 인해 발화, 발연, 폭발 등에 안전사고가 발생되고 있는 실정이다.
또한, 배터리를 사용하는 기기들은 사용환경 및 사용자의 행동에 의하여 충격, 과열, 과충전, 단락 등의 문제에 노출될 수 있으며 이러한 환경에서는 배터리의 안정성에 문제가 발생하고 발화나 폭발을 일으킬 수도 있다.
이러한 안전사고가 발생하기 전 단계에는 배터리가 부풀려지는 스웰링(swelling) 현상이 동반되는데 이런 징후를 통해 사전에 배터리의 폭발이나 발화를 감지할 수 있다.
따라서, 이러한 배터리의 스웰링 현상을 감지할 필요성이 부각되었고 다양한 감지 또는 검출 장치가 고안되었다.
종래의 배터리 스웰링 감지 장치는 이러한 배터리의 스웰링을 감지하기 위해 배터리의 하우징 내에 경제적인 측면에서도 비효율적이고 비교적 복잡한 구조를 가진 압력 센서나 온도 센서 등이 부착되어 장치의 가격을 상승시키고 설치를 위한 공간이 추가로 요구되어 부피가 커지는 문제점이 있었다. 또한 상기 센서들은 고온, 고압하에서 고장이 발생하는 문제점도 있었다.
또한, 종래의 배터리 스웰링 감지 장치는 배터리 셀의 외측에 정전감지센서를 구비하고, 배터리 셀의 스웰링에 따라 배터리 셀 외측면이 부풀어오르면서 배터리 셀 외측면과 정전감지센서가 접촉하게 되면 이를 근거로 하여 정전용량 변화를 산출하여 배터리의 스웰링을 감지하는 방법을 이용하였는데, 배터리 셀 외측면에 정전감지센서를 위치시키기 위해서는 일정 공간이 형성되어야 하며 이러한 공간에 만큼 배터리 셀의 크기가 커져야 하고, 결과적으로 배터리 셀이 차지하는 부피가 커져서 다른 디바이스들이 차지하는 공간이 줄어든다는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명자는 상술된 종래의 배터리 스웰링 감지 장치에 대한 문제점을 해결하기 위해, 하우징의 내측면 및 상기 하우징 내에 수용된 배터리의 외측면에 도전성 부재를 도포함으로써, 배터리에 스웰링이 발생하여 하우징 내측 및 배터리 외측 간의 이격거리가 좁혀지는 경우 각각의 도전성 부재 간의 정전용량 변화를 감지하여 배터리의 스웰링 여부를 판단할 수 있으며, 또한 별도의 접촉식 정전감지센서를 배제함으로써 하우징의 부피를 최소화하고 보다 협소한 공간에서도 안정적이고 신속하게 배터리의 스웰링 여부를 판단할 수 있는 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법을 발명하기에 이르렀다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 하우징의 내측면 및 상기 하우징 내에 수용된 배터리의 외측면에 도전성(electro conductive) 부재를 도포함으로써, 배터리에 스웰링(Swelling)이 발생하여 하우징 내측 및 배터리 외측 간의 이격거리가 좁혀지는 경우 각각의 도전성 부재 간의 정전용량 변화를 감지하여 배터리의 스웰링 여부를 판단할 수 있으며, 또한 별도의 접촉식 정전감지센서를 배제함으로써 하우징의 부피를 최소화하고 보다 협소한 공간에서도 안정적이고 신속하게 배터리의 스웰링 여부를 판단할 수 있는 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 하우징 내측면 및 배터리의 외측면에 도전성 부재를 도포하고 도포된 도전성 부재의 접촉여부에 따른 정전용량 변화를 감지함으로써, 종래의 접촉식 정전감지센서가 차지하던 불필요한 부피를 최소화할 수 있는 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 정전 감지부와 도전성 부재를 수평적으로 함께 위치시키지 않음으로써 종래의 접촉식 정전감지센서와 배터리 셀이 수평적으로 위치하여 발생되던 불필요한 공간을 최소화할 수 있는 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 배터리의 외측면 전체에 도전성 부재를 도포함으로써 배터리의 외측면 중 어느 하나 이상의 외측면이 부풀어오르더라도 하나의 정전 감지부를 통해 이를 감지할 수 있는 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 본 발명에 따른 배터리 스웰링 감지 시스템은 배터리를 수용할 수 있도록 구성되는 하우징; 상기 하우징 내에 수용되는 배터리; 상기 하우징 내측 및 상기 배터리 외측에 각각 도포되는 도전성(electro conductive) 부재; 및 상기 하우징 내측에 도포된 도전성 부재 및 상기 배터리 외측에 도포된 도전성 부재 간의 정전용량 변화를 감지하는 정전용량 감지부;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리에 스웰링(Swelling)이 발생하여 상기 하우징 내측 및 상기 배터리 외측 간의 이격거리(separation distance)가 좁혀지는 경우, 상기 정전용량 감지부는 상기 좁혀지는 이격거리에 대한 상기 하우징 내측에 도포된 도전성 부재 및 상기 배터리 외측에 도포된 도전성 부재 간의 정전용량 변화를 감지하여 상기 배터리의 스웰링 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하우징의 내측에는 상기 수용된 배터리의 외측면을 상기 하우징의 내측면으로부터 일정한 간격만큼 이격시키기 위한 하나 이상의 이격부재;가 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배터리는 상기 하나 이상의 이격부재에 강제 끼움 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 도전성 부재는 도전성 잉크(electro conductive-ink), 도전성 유리(electro conductive-glass), 도전성 고무(electro conductive-rubber), 도전성 수지(electro conductive-resin) 및 코팅용 금속 필름(metalized film) 중 어느 하나에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정전용량 감지부는 상기 각각의 도전성 부재와 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 실시예들 중에서, 본 발명에 따른 배터리 스웰링 감지 방법은 (a) 하우징 내측 및 배터리 외측에 각각 도전성(electro conductive) 부재를 도포하는 단계; (b) 상기 하우징 내에 상기 배터리를 수용하는 단계; (c) 상기 하우징 내측에 도포된 도전성 부재 및 상기 배터리 외측에 도포된 도전성 부재가 각각 정전용량 감지부와 전기적으로 연결되는 단계; (d) 정전용량 감지부에서 상기 하우징 내측 및 상기 배터리 외측 간의 이격거리(separation distance)의 변화에 따른 상기 하우징 내측에 도포된 도전성 부재 및 상기 배터리 외측에 도포된 도전성 부재의 정전용량 변화를 감지하는 단계; 및 (e) 상기 정전용량 감지부에서 상기 정전용량 변화에 따른 상기 배터리의 스웰링(Swelling) 여부를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (a) 단계는 (a1) 상기 하우징 내측 및 배터리 외측에 각각 도전성 잉크(electro conductive-ink), 도전성 유리(electro conductive-glass), 도전성 고무(electro conductive-rubber), 도전성 수지(electro conductive-resin) 및 코팅용 금속 필름(metalized film) 중 어느 하나에 해당하는 도전성 부재를 도포하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (a) 단계는 (a2) 상기 도전성 부재가 도포된 상기 하우징 내측에 상기 배터리의 외측면을 상기 하우징의 내측면으로부터 일정한 간격만큼 이격시키기 위한 하나 이상의 이격부재를 구비하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (b) 단계는 (b1) 상기 배터리가 상기 하나 이상의 이격부재에 강제 끼움 결합되는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (e) 단계는 (e1) 상기 (d) 단계를 통해 감지된 정전용량 변화값이 기 설정된 정전용량값 이상에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 및 (e2) 상기 (e1) 단계를 통해 판단된 결과값을 근거로 하여 상기 배터리의 스웰링 여부를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은 하우징 내측면 및 배터리의 외측면에 도전성 부재를 도포하고 도포된 도전성 부재의 접촉여부에 따른 정전용량 변화를 감지함으로써, 종래의 접촉식 정전감지센서가 차지하던 불필요한 부피를 최소화하여 배터리 및 하우징의 크기를 최소화할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 정전 감지부와 도전성 부재를 수평적으로 함께 위치시키지 않음으로써 종래의 접촉식 정전감지센서와 배터리 셀이 수평적으로 위치하여 발생되던 불필요한 공간을 최소화하여 시스템 설계 시 다른 디바이스들의 공간을 보다 효율적으로 확보할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 배터리의 외측면 전체에 도전성 부재를 도포함으로써 배터리의 외측면 중 어느 하나 이상의 외측면이 부풀어오르더라도 하나의 정전 감지부를 통해 이를 감지할 수 있기 때문에, 배터리의 상측면 또는 하측면이 부풀어 오르더라도 부풀어오르는 외측면 위치에 구애 받지 않고도 배터리의 스웰링을 감지할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 시스템(100)이 적용될 수 있는 전기 자동차(1)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리(120)의 스웰링 과정 중에서 하우징(110) 및 배터리(120) 간의 이격거리가 좁혀지지 않은 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 배터리(120)의 스웰링 과정 중에서 하우징(110) 및 배터리(120) 간의 이격거리가 점차적으로 좁혀지는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 배터리(120)의 스웰링 과정 중에서 하우징(110) 및 배터리(120) 간의 이격거리가 완전히 좁혀진 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 스웰링 감지 시스템(100)의 스웰링 판단 과정을 도시한 상태도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리(120)의 스웰링 과정 중에서 하우징(110) 및 배터리(120) 간의 이격거리가 좁혀지지 않은 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 배터리(120)의 스웰링 과정 중에서 하우징(110) 및 배터리(120) 간의 이격거리가 점차적으로 좁혀지는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 배터리(120)의 스웰링 과정 중에서 하우징(110) 및 배터리(120) 간의 이격거리가 완전히 좁혀진 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 스웰링 감지 시스템(100)의 스웰링 판단 과정을 도시한 상태도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 시스템(100)이 적용될 수 있는 전기 자동차(1)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 전기 자동차(1)는 배터리(2), BMS(Battery Management System, 3), ECU(Electronic Control Unit, 4), 인버터(5) 및 모터(6)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(2)는 모터(6)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(2)는 모터(6) 또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(5)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.
여기서, 배터리(2)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.
또한, 배터리(2)는 복수의 전지 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 팩으로 형성된다. 그리고, 이러한 팩이 하나 이상 구비되어 배터리(2)를 형성할 수도 있다.
BMS(3)는 배터리(2)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(2)를 관리한다. 예컨대, 배터리(2)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(2) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(2)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(2)의 교체 시기 추정도 가능하다.
ECU(4)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(6)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.
또한, ECU(4)는 BMS(3)에 의해 전달받은 배터리(2)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(2)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(5)에 제어 신호를 보낸다.
인버터(5)는 ECU(4)의 제어 신호에 기초하여 배터리(2)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터(6)는 배터리(2)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(4)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.
상술한 전기 자동차(1)는 배터리(2)의 전기 에너지를 이용하여 구동되므로, 배터리(2)와 모터(6)는 다양한 회로를 통해 연결될 수 있다.
이러한 전기 자동차(10)는 배터리(2)의 전기 에너지를 통해 구동되므로, 배터리(2)의 상태(예를 들어, 배터리의 스웰링 여부)를 정확하게 판단하는 것이 매우 중요하다.
한편, 도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 시스템(100)이 전기 자동차에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 시스템(100)은 전기 자동차 이외에도 가정용 또는 산업용 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등 일차 전지 또는 이차 전지가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 배터리(120)의 스웰링 과정 중에서 하우징(110) 및 배터리(120) 간의 이격거리가 좁혀지지 않은 상태를 도시한 도면이며, 도 4는 도 2에 도시된 배터리(120)의 스웰링 과정 중에서 하우징(110) 및 배터리(120) 간의 이격거리가 점차적으로 좁혀지는 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 도 2에 도시된 배터리(120)의 스웰링 과정 중에서 하우징(110) 및 배터리(120) 간의 이격거리가 완전히 좁혀진 상태를 도시한 도면이다.
도 2 내지 5를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 스웰링 감지 시스템(100)은 하우징(110), 배터리(120), 도전성(electro conductive) 부재(130) 및 정전용량 감지부(140)를 포함한다.
먼저, 하우징(110)은 후술되는 배터리(120)를 수용하는 역할을 수행할 수 있으며, 도 2에서는 하우징(110)의 형상을 모바일 단말 형상으로 도시하였지만 상술한 역할을 수행하는 한, 하우징(110)의 형상은 제한되지 않음을 유의한다.
일 실시예에서, 하우징(110)의 내측면에는 수용된 배터리(120)의 외측면을 하우징(110) 내측면으로부터 일정한 간격(예를 들어, 1~2mm 정도)만큼 이격시키기 위한 하나 이상의 이격부재(111)가 구비될 수 있다.
이격부재(111)는 하우징(110)의 내측 수용 공간에서 각 모서리 부분에 위치할 수 있으며, ㄴ자형상으로 형성됨으로써 후술되는 배터리(120)의 각 모서리가 강제 끼움 결합될 수 있다.
이러한 이격부재(111)는 절연된 폴리머재질, 고무재질, 유리재질 등 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 이격부재(111)가 배터리(120)의 외측면을 하우징(110)의 내측면으로부터 이격시키는 역할을 수행하는 한, 이격부재(111)의 재질, 크기 및 형상은 제한되지 않음을 유의한다.
다음으로, 배터리(120)는 상술한 하우징(110) 내에 수용되며, 하우징(110) 내측 각 모서리 부분에 구비된 하나 이상의 이격부재(111)를 통해 하우징(110) 내에 강제 끼움 결합되어 하우징(110) 내측면과 접하지 않게 위치된다.
여기에서, 배터리(120)가 하우징(110) 내측면과 접하지 않고 이격되어 위치되는 이유는 배터리(120)가 스웰링(Swelling)되는 경우 배터리(120)의 일측면(예를 들어, 상측면, 하측면, 좌측면, 우측면, 정면, 배면 중 어느 하나 이상)이 부풀어 오르는 경우, 부풀어 오르는 일측면과 후술되는 도전성 부재(130)가 가까워지면서 변화되는 정전용량(electrostatic capacity, C)를 감지하기 위함이다.
한편, 이러한 배터리(120)는 리튬이온배터리에 해당할 수 있으며, 배터리(120)가 상술한 하우징(110) 내에 수용되고 스웰링 현상이 발생할 수 있는 배터리에 해당하는 한, 배터리(120)의 종류는 제한되지 않음을 유의한다.
다음으로, 도전성 부재(130)는 상술한 하우징(110) 내측면 및 배터리(120) 외측면에 각각 도포되어 하우징(110) 내측면과 배터리(120) 외측면의 이격거리(separation distance)가 가까워짐에 따른 정전용량 변화를 감지하는데 이용될 수 있다.
여기에서, 정전용량이라 함은, 서로 절연된 각각의 도전성 부재(130)(하우징(110) 내측면에 도포된 도전성 부재(130) 및 배터리(120) 외측면에 도포된 도전성 부재(130)) 간의 전하(전기량)을 축적하는 정도를 의미할 수 있으며, 각각의 도전성 부재(130)가 서로 가까워 지는 경우 정전용량이 점점 증가하게 되는데, 도전성 부재(130)는 이러한 정전용량을 증가시키기 위한 매개체 역할을 수행할 수 있다.
이러한 도전성 부재(130)는 도전성 잉크(electro conductive-ink), 도전성 유리(electro conductive-glass), 도전성 고무(electro conductive-rubber), 도전성 수지(electro conductive-resin) 및 코팅용 금속 필름(metalized film) 중 어느 하나에 해당할 수 있고, 전류가 통하며 얇은 막을 형성하도록 코팅될 수 있는 재질에 해당하면 도전성 부재(130)는 재질이 제한되지 않음을 유의한다.
마지막으로, 정전용량 감지부(140)는 상술한 각각의 도전성 부재(130) 간의 정전용량 변화를 감지하는 역할을 수행할 수 있으며, 배터리(120)의 스웰링에 따라 하우징(110) 내측면 및 배터리(120) 외측면이 가까워지면서 발생되는 정전용량 변화를 감지하여 해당 배터리(120)의 스웰링 여부를 판단할 수 있다.
이러한 역할을 수행하는 정전용량 감지부(140)는 상술한 각각의 도전성 부재(130)와 전기적으로 연결되어 있으며 각각의 도전성 부재(130)가 서로 가까워지는 경우 정전용량 변화값이 실시간으로 변화하기 때문에 정전용량 감지부(140)는 이러한 정전용량 변화값을 정확하게 감지할 수 있고, 그에 따라 정전용량 감지부(140)는 배터리(120)의 스웰링 여부를 신속하게 판단할 수 있다.
도 3 내지 5를 통해 배터리(120)의 스웰링 과정을 보다 구체적으로 살펴보면, 도 3에서 하우징(110)의 내측면에 도포된 도전성 부재(131)와 배터리(120)의 외측면에 도포된 도전성 부재(132) 간의 이격거리(h1)이 일정한 거리만큼 떨어져 있기 때문에 그에 따른 정전용량 변화값도 적은 수치를 나타낸다.
도 4에서 배터리(120)에 스웰링 현상이 발생함에 따라 하우징(110)의 내측면에 도포된 도전성 부재(131)와 배터리(120)의 외측면에 도포된 도전성 부재(132) 간의 이격거리(h2)가 점점 좁아지기 때문에 그에 따른 정전용량 변화값은 보다 큰 수치를 나타낸다.
도 5에서 배터리(120)의 스웰링 현상이 보다 증가하여 하우징(110)의 내측면에 도포된 도전성 부재(131)와 배터리(120)의 외측면에 도포된 도전성 부재(132) 간의 이격거리(h3)가 보다 좁아져서 각각의 도전성 부재(131, 132)가 서로 접촉되었기 때문에 그에 따른 정전용량 변화값은 도 4의 정전용량 변화값보다 더욱 큰 수치를 나타낸다.
따라서, 이러한 각각의 도전성 부재(131, 132)와 연결된 정전용량 감지부(140)는 도 3 내지 도 5의 정전용량 변화값을 근거로 하여 현재 배터리(120)의 스웰링이 발생되었음을 판단할 수 있다.
다음으로는, 도 6을 통해 본 발명에 따른 배터리 스웰링 감지 시스템(100)의 스웰링 판단 과정을 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 스웰링 감지 시스템(100)의 스웰링 판단 과정을 도시한 상태도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 하우징(110) 내측면 및 배터리(120) 외측면에 각각 도전성 부재(131, 132)를 도포한다(S601).
다음으로, 도전성 부재(130)가 도포된 하우징(110) 내측 모서리에 하나 이상의 이격부재(111)를 구비시키고(S602), 다음으로 이격부재(111)에 배터리(120)를 강제 끼움 결합 시킴으로써 배터리(120)를 하우징(110) 내측에 수용시킨다(S603). 이때, 수용된 배터리(120)의 외측면은 하우징(110) 내측면과 서로 접촉되지 않고 이격된 상태를 유지하게 되며, 하우징(110) 내측면에 도포된 도전성 부재(131)와 하우징(110) 내측에 수용된 배터리(120) 외측면에 도포된 도전성 부재(132)는 정전용량 감지부(140)와 각각 서로 전기적으로 연결된다.
다음으로, 정전용량 감지부(140)가 하우징(110) 내측면에 도포된 도전성 부재(131)와 하우징(110) 내측에 수용된 배터리(120) 외측면에 도포된 도전성 부재(132) 간의 이격거리에 따른 정전용량 변화를 감지한다(S604).
이때, 하우징(110) 내측면에 도포된 도전성 부재(131)와 하우징(110) 내측에 수용된 배터리(120) 외측면에 도포된 도전성 부재(132) 간의 이격거리(h1, h2, h3)가 가까워지면 가까워질수록 정전용량 변화값이 증가하게 되고, 정전용량 감지부(140)가 이를 감지하게 된다.
다음으로, 정전용량 감지부(140)가 S604 단계에서 감지한 정전용량 변화값을 근거로 하여 배터리(120)의 스웰링 여부를 판단한다(S605).
정전용량 변화값이 점차 증가하여 기 설정된 정전용량값을 초과하는 경우, 정전용량 감지부(140)는 현재 배터리(120)가 스웰링 되었다고 판단하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 전기 자동차 2 : 배터리
3 : BMS 4 : ECU
5 : 인버터 6 : 모터
100 : 배터리 스웰링 감지 시스템
110 : 하우징 111 : 이격부재
120 : 배터리
130 : 도전성 부재
131 : 하우징 내측면에 도포된 도전성 부재
132 : 배터리 외측면에 도포된 도전성 부재
140 : 정전용량 감지부
3 : BMS 4 : ECU
5 : 인버터 6 : 모터
100 : 배터리 스웰링 감지 시스템
110 : 하우징 111 : 이격부재
120 : 배터리
130 : 도전성 부재
131 : 하우징 내측면에 도포된 도전성 부재
132 : 배터리 외측면에 도포된 도전성 부재
140 : 정전용량 감지부
Claims (10)
- 하우징;
상기 하우징 내에 수용되며, 배터리 관리 시스템(BMS)에 의해 충방전 상태 정보가 관리되는 배터리;
상기 하우징 내측 및 상기 배터리 외측에 각각 도포되며, 도전성 잉크(electro conductive-ink), 도전성 유리(electro conductive-glass), 도전성 고무(electro conductive-rubber), 도전성 수지(electro conductive-resin) 및 코팅용 금속 필름(metalized film) 중 어느 하나에 해당하는 도전성(electro conductive) 부재;
상기 하우징 내측에 도포된 도전성 부재 및 상기 배터리 외측에 도포된 도전성 부재 간의 정전용량 변화를 감지하는 정전용량 감지부; 및
상기 하우징의 내측 수용 공간에서 각 모서리 부분에 ㄴ자 형상으로 구비되며, 상기 수용된 배터리가 강제 끼움 결합되어 상기 배터리의 외측면을 상기 하우징의 내측면으로부터 일정한 간격만큼 이격되도록 하는 하나 이상의 이격부재;를 포함하고,
상기 배터리에 스웰링(Swelling)이 발생하여 상기 배터리의 상측면, 하측면, 좌측면, 우측면, 정면 및 배면 중 어느 하나 이상의 일측면이 부풀어 오름에 따라 기 하우징 내측 및 상기 배터리 외측 간의 이격거리(separation distance)가 좁혀지는 경우, 상기 정전용량 감지부는 상기 좁혀지는 이격거리에 대한 상기 하우징 내측에 도포된 도전성 부재 및 상기 배터리 외측에 도포된 도전성 부재 간의 정전용량 변화를 감지하여 상기 배터리의 스웰링 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는,
배터리 스웰링 감지 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 정전용량 감지부는,
상기 각각의 도전성 부재와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
배터리 스웰링 감지 시스템.
- (a) 하우징 내측 및 배터리 관리 시스템(BMS)에 의해 충방전 상태 정보가 관리되는 배터리 외측에 각각 도전성(electro conductive) 부재를 도포하는 단계;
(b) 상기 하우징 내에 상기 배터리를 수용하는 단계;
(c) 상기 하우징 내측에 도포된 도전성 부재 및 상기 배터리 외측에 도포된 도전성 부재가 각각 정전용량 감지부와 전기적으로 연결되는 단계;
(d) 정전용량 감지부에서 상기 하우징 내측 및 상기 하우징의 내측 수용 공간에서 각 모서리 부분에 ㄴ자 형상으로 구비된 이격부재에 강제 끼움 결합된 배터리 외측 간의 이격거리(separation distance)의 변화에 따른 상기 하우징 내측에 도포된 도전성 부재 및 상기 배터리 외측에 도포된 도전성 부재의 정전용량 변화를 감지하는 단계; 및
(e) 상기 정전용량 감지부에서 상기 정전용량 변화에 따른 상기 배터리의 스웰링(Swelling) 여부를 판단하는 단계;를 포함하고, 그리고
상기 (a) 단계는 (a1) 상기 도전성 부재가 도포된 상기 하우징 내측에 상기 배터리의 외측면을 상기 하우징의 내측면으로부터 일정한 간격만큼 이격시키기 위한 ㄴ자 형상의 하나 이상의 이격부재를 구비하는 단계; 및 (a2) 상기 하우징 내측 및 배터리 외측에 각각 도전성 잉크(electro conductive-ink), 도전성 유리(electro conductive-glass), 도전성 고무(electro conductive-rubber), 도전성 수지(electro conductive-resin) 및 코팅용 금속 필름(metalized film) 중 어느 하나에 해당하는 도전성 부재를 도포하는 단계;를 포함하며,
상기 (b) 단계는 (b1) 상기 배터리가 상기 하나 이상의 이격부재에 강제 끼움 결합되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 스웰링 감지 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 (e) 단계는,
(e1) 상기 (d) 단계를 통해 감지된 정전용량 변화값이 기 설정된 정전용량값 이상에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 및
(e2) 상기 (e1) 단계를 통해 판단된 결과값을 근거로 하여 상기 배터리의 스웰링 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 스웰링 감지 방법.
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| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190625 Year of fee payment: 4 |