KR102177713B1

KR102177713B1 - 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치

Info

Publication number: KR102177713B1
Application number: KR1020180101521A
Authority: KR
Inventors: 김태환; 김문형
Original assignee: 타타대우상용차 주식회사
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-11-11
Also published as: KR20200024620A

Abstract

전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치에 관한 것으로, 제동 시스템에 구동원으로 압축공기를 공급하는 에어탱크에 충진된 압축된 건공기(이하 '압축공기'라 합니다)를 배터리팩으로 공급하는 압축공기 공급라인, 상기 압축공기 공급라인 상에 설치되어 배터리팩으로 공급되는 압축공기의 유량을 조절하는 유량조절밸브, 상기 압축공기를 미리 설정된 압력으로 감압하는 감압밸브, 상기 압축공기를 냉각하는 냉각부, 상기 압축공기를 가열하는 가열부 및 상기 배터리팩과 압축공기의 온도에 기초해서 각 장치의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 제동 시스템에 압축공기를 공급하는 에어탱크로부터 압축된 건공기를 공급받아 배터리팩을 냉각 또는 가열해서 효율적으로 열관리를 할 수 있다.

Description

전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치{HEAT MANAGEMENT APPARATUS OF BATTERY PACK FOR ELECTRIC VEHICLES}

본 발명은 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차에서 공압을 이용해서 제동력을 형성하는 공압 제동 시스템의 에어탱크에 저장된 압축공기를 이용하여 배터리팩의 열을 관리하는 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치에 관한 것이다.

전기자동차(electric vehicle)는 자동차의 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차이다.

따라서 전기자동차는 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있다.

이러한 전기자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 공해문제가 최근 심각해지면서 다시 개발되고 있다.

즉, 전기자동차의 에너지 공급원인 배터리의 경량·소형화 및 짧은 충전시간을 해결하기 위한 기술이 개발되고 있다.

한편, 전기자동차에 적용되는 배터리팩의 열관리 기술은 배터리의 출력성능,주행거리 및 내구성에 큰 영향을 미치므로 매우 중요하다.

일반적으로, 전기승용차의 경우 공조 시스템(Heating, Ventilation and Air conditioning, HVAC)과 연계하여 자동차 실내의 공기를 이용하여 배터리팩을 냉각시키는 공냉방식과 별도의 냉각수 회로(circuit)을 구성하여 배터리 내부를 냉각시키는 수냉방식으로 구분된다.

상기 수냉방식의 경우, 효율은 높으나 구조가 복잡하고 배터리팩의 무게 증가, 개발비 및 재료비의 상승을 초래하므로 일부 고출력을 내는 고가의 전기차 외에는 공냉방식의 열관리시스템을 적용하고 있다.

예를 들어, 하기의 특허문헌 1 내지 3에는 종래기술에 따른 전기자동차의 배터리팩 열관리 기술이 개시되어 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1768136호(2017년 8월 14일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1360423호(2014년 2월 13일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1918917호(2018년 1월 18일 공고)

그러나 종래기술에 따른 전기상용차에서 캐빈(cabin)의 공기를 이용하여 배터리팩을 냉각시키는 공냉방식을 적용하는 경우, 배터리팩이 외부에 노출됨에 따라, 수밀, 방진, 전기적 절연, 캐빈과 분리형 덕트(duct) 등의 상용차 고유의 구조적인 문제점으로 인해 다른 방식의 냉각방법이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기자동차의 제동시스템의 구동원인 압축된 건공기를 이용해서 배터리팩의 열을 관리하는 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전기자동차의 공조 시스템과 연계가 필요없어 기존 공조 시스템을 그대로 유지하면서 배터리팩의 열을 관리하는 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 배터리셀의 상태 및 외부 조건에 따라 배터리 팩을 냉각시켜 최적의 효율을 얻을 수 있고, 열화에 대한 내구성을 강화하여 배터리의 수명을 증대하는 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치는 제동 시스템에 구동원으로 압축공기를 공급하는 에어탱크에 충진된 압축된 건공기(이하 '압축공기'라 합니다)를 배터리팩으로 공급하는 압축공기 공급라인, 상기 압축공기 공급라인 상에 설치되어 배터리팩으로 공급되는 압축공기의 유량을 조절하는 유량조절밸브, 상기 압축공기를 미리 설정된 압력으로 감압하는 감압밸브, 상기 압축공기를 냉각하는 냉각부, 상기 압축공기를 가열하는 가열부 및 상기 배터리팩과 압축공기의 온도에 기초해서 각 장치의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치에 의하면, 제동 시스템에 압축공기를 공급하는 에어탱크로부터 압축된 건공기를 공급받아 배터리팩을 냉각 또는 가열해서 효율적으로 열관리를 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 종래기술의 수냉방식이 적용된 배터리팩에 비해, 배터리팩에 내부구조를 단순화하여 개발비, 재료비 및 중량을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 배터리팩의 열관리를 통해 차량의 출력 및 효율을 증대하고, 배터리팩의 열화를 방지함으로써, 내구성을 증대할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 의하면, 공압 제동시스템이 적용된 전기자동차의 기존 시스템을 그대로 활용함으로써, 시스템 구성이 용이하고, 전기승용차에서 일반적으로 적용하는 실내의 공기를 이용해서 배터리팩을 열관리하는 시스템이 구조적으로 불가능한 전기상용차에도 적용이 가능하다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 배터리팩의 전,후단에 팬을 부착하여 냉각시키는 종래의 방법에 비해 수분, 먼지등 외부환경에 대한 안정성을 높일 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치와 제동시스템의 블록 구성도,
도 2는 제어부의 입출력 인자를 예시한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치와 제동시스템의 블록 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제동시스템(21)를 구동하는 구동원으로 압축공기를 공급하는 에어탱크(20)에 충진된 압축공기를 가열 또는 냉각해서 배터리팩(11)에 공급하여 배터리팩(11)의 열을 관리한다.

상세하게 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치(10)는 에어탱크(20)에 충진된 압축된 건공기(이하 '압축공기'라 함)를 배터리팩(11)으로 공급하는 압축공기 공급라인(이하 '공급라인'이라 약칭함)(30), 공급라인(30) 상에 설치되어 배터리팩(11)으로 공급되는 압축공기의 유량을 조절하는 유량조절밸브(31), 압축공기를 미리 설정된 압력으로 감압하는 감압밸브(32), 압축공기를 냉각하는 냉각부(40), 압축공기를 가열하는 가열부(50) 및 각 장치의 구동을 제어하는 제어부(60)를 포함한다.

에어탱크(20)에는 차량 외부로부터 유입되는 공기를 압축해서 에어탱크(20)에 충진하는 공기 압축기(22)가 연결된다.

그래서 에어탱크(20)는 제어부(60)의 제어신호에 따라 제동 동작을 수행하는 구동원으로서 내부에 충진된 압축공기를 제동 시스템(21)에 공급할 수 있다.

제어부(60)는 배터리팩의 열관리 장치(10)에 마련된 각 장치의 구동을 제어함과 동시에, 공기 압축기(22), 에어탱크(20)의 구동을 제어할 수 있다.

물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제어부(60)를 공기 압축기(22)와 에어탱크(20)의 구동을 제어하는 제어기와 별도로 구성하고, 상기 제어기와 통신 가능하게 연결하도록 변경될 수도 있다.

한편, 공기 압축기(22)와 에어탱크(20) 사이에는 외부에서 유입되는 공기를 건조하는 공기 건조기(도면 미도시)와 공기에 포함된 먼지와 이물질 등을 필터링하는 필터(도면 미도시)가 더 마련될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 공기 건조기 및 필터를 이용해서 수분이 없고 먼지가 필터링된 깨끗한 건공기를 에어탱크에 충진하고, 충진된 공기를 본래의 목적인 제동 시스템에 브레이크 작동력으로 사용함과 동시에, 배터리팩을 냉각 또는 가열시켜 열관리한다.

이에 따라, 본 발명은 배터리팩의 전후단에 냉각팬을 부착하는 종래기술에 비해, 수분 및 먼지 등 외부 환경에 대한 안정성을 높일 수 있다.

배터리팩(11)은 복수의 배터리셀을 포함하고, 배터리팩(11)의 양단에는 배터리팩(11) 내부에 압축공기가 주입되는 공기 주입구(12) 및 배터리팩(11) 내부에서 열교환을 수행한 공기가 외부로 배출되는 공기 배출구(13)가 형성될 수 있다.

공기 주입구(12)는 압축공기를 균일하게 분배해서 각 배터리셀에 공급하도록 매니폴드 구조로 형성되고, 공기 배출구(13)는 열교환을 수행한 공기가 원활하게 배출될 수 있는 구조, 예컨대 공기 주입구(13)의 선단보다 큰 직경으로 형성하거나, 공기 주입구(12)와 같은 매니폴드 구조 등 다양한 구조로 형성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 복수의 배터리셀에 국부적으로 열부하가 상승하는 것을 방지하고, 각 배터리셀의 온도를 균일하게 조절할 수 있다.

이러한 배터리팩(11)에는 배터리팩(11)을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)이 마련될 수 있다.

배터리 관리 시스템(14)은 배터리를 최적으로 관리하여 에너지 효율을 높이고, 수명을 연장할 수 있도록, 배터리의 전압, 전류와 온도를 실시간으로 모니터링하여 과도한 충전 또는 방전을 미연에 방지하고, 배터리의 안전성과 신뢰성을 높이는 기능을 한다.

유량제어밸브(31)는 제어부(60)의 제어신호에 따라 개폐 동작하거나 개도량을 조절해서 에어탱크(20)에서 배터리팩(11)으로 공급되는 압축공기의 유량을 조절할 수 있다.

여기서, 에어탱크(20)의 내부에는 약 7.8bar 이상의 고압으로 압축된 공기가 충진된다.

이와 같은 고압의 압축공기를 그대로 배터리팩(11)에 공급하는 경우, 배터리팩(11)의 내부 구조물이 손상되고, 압축공기가 아래에서 설명할 냉각부(40)의 쿨러(41) 및 가열부(50)의 히터와 열교환할 수 있는 시간이 부족해진다. 또한, 에어탱크(20)에 충진된 압축공기의 과다한 사용으로 인해 공기 압축기(22)가 빈번하게 작동됨에 따라, 에너지 효율이나 제동 시스템(21)의 제동 성능에 악영향을 초래할 수 있다.

따라서 본 실시 예에서는 감압밸브(32)를 이용해서 압축공기를 배터리팩(11)의 냉각 또는 가열에 필요한 수준의 공기 흐름을 유지할 수 있는 미리 설정된 저압 상태, 예컨대 약 2bar 이하로 감압한다.

냉각부(40)는 제어부(60)의 제어신호에 따라 압축공기를 냉각하는 쿨러(41)와 외부의 공기를 쿨러(41)로 송풍하는 냉각팬(42)을 포함할 수 있다.

가열부(50)는 제어부(60)의 제어신호에 따라 발열 동작해서 압축공기를 가열하는 PTC 히터(이하 '히터'라 함)를 포함할 수 있다.

한편, 공급라인(30)에는 배터리팩(11)에 공급되는 압축공기의 온도를 감지하는 온도감지센서(70)가 더 마련될 수 있다.

본 실시 예에서 온도감지센서(70)는 냉각부(40)와 가열부(50) 사이에 마련되어 냉각부(40)의 구동 여부에 따라 냉각 또는 비냉각된 압축공기의 온도를 감지하고, 온도감지센서(70)에서 출력되는 감지신호는 제어부(60)로 전달된다.

제어부(60)는 전기자동차의 메인 제어부(23) 및 배터리 관리 시스템(14)와 차량의 상태, 배터리팩의 상태 등 다양한 정보를 공유할 수 있도록, 통신 가능하게 연결되고, 각 정보를 이용해서 배터리팩의 열관리 장치(10)에 마련된 각 장치의 구동을 제어할 수 있다.

예를 들어, 도 2는 제어부의 입출력 인자를 예시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(60)는 배터리 관리 시스템(14)로부터 배터리셀 및 배터리팩(11)의 온도, 충전상태(state of charge, SoC) 등을 포함하는 배터리 상태 정보를 수신하여 입력받을 수 있다.

그리고 제어부(60)는 온도감지센서(70)에서 감지된 압축공기의 온도, 에어탱크(20) 내부의 압력, 대기온도와 함께 다양한 차량의 상태 정보를 입력받을 수 있다.

이와 같은 인자들을 입력받은 제어부(60)는 에어탱크(20) 내부의 압력에 따라 공기 압축기(22)의 구동을 제어하고, 배터리팩(11)에 공급되는 압축공기의 유량을 조절하도록 유량제어밸브(31)의 구동을 제어할 수 있다.

그리고 제어부(60)는 압축공기의 온도 및 대기 온도에 따라 냉각부(40)에 마련된 냉각팬(42)을 구동하는 모터 및 가열부(50)에 마련되는 히터의 구동을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(60)는 여름철에 대기온도가 상승함에 따라, 냉각부(40)를 구동해서 냉각된 압축공기를 배터리팩(11)으로 공급하여 냉각하도록 제어하고, 겨울철에는 가열부(50)를 구동해서 가열된 압축공기를 배터리팩(11)으로 공급하여 가열하도록 제어할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 외부 온도 등의 조건 변화와 무관하게, 에어탱크에 충진된 압축공기를 이용해서 배터리팩의 열을 효율적으로 관리할 수 있다.

다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치의 제어방법을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 3의 S10단계에서 차량의 이그니션 키 또는 시동 버튼(도면 미도시)이 조작되면, 배터리팩(11)에 충전된 전원이 전기자동차에 마련된 각 장치 및 배터리팩의 열관리 장치(10)를 제어하는 제어부(60)에 공급된다.

그래서 제어부(60)는 배터리팩의 열관리 장치(10)에 마련된 각 장치를 초기화하고, 차량의 상태 및 배터리팩(11)의 상태에 따라 배터리팩의 열관리 동작을 수행하도록 준비한다.

S12단계에서 제어부(60)는 차량의 메인 제어부(23) 및 배터리 관리 시스템(14)과의 통신을 통해 차량 및 배터리팩(11)의 상태 정보를 수신해서 입력받는다.

즉, 제어부는 배터리 관리 시스템(14)로부터 배터리셀 및 배터리팩(11)의 온도, 충전상태(state of charge, SoC) 등을 포함하는 배터리 상태 정보를 수신하여 입력받고, 온도감지센서(70)에서 감지된 압축공기의 온도, 에어탱크(20) 내부의 압력, 대기온도와 함께 다양한 차량의 상태 정보를 입력받을 수 있다.

S14단계에서 제어부(60)는 에어탱크(20) 내부의 압력이 미리 설정된 기준압력, 예컨대 약 7.8bar보다 낮은지를 검사한다.

S14단계의 검사결과 에어탱크(20) 내부의 압력이 상기 기준압력보다 낮은 경우, 제어부(60)는 에어탱크 내부에 압축공기를 추가로 충진시켜 압력을 상승시도록 공기 압축기(22)의 구동을 제어한다(S16).

이어서, 제어부(60)는 공기 압축기(22) 구동으로 인해 변화한 에어탱크(20) 내부의 압력이 미리 설정된 한계압력, 예컨대 약 8.8bar 이상인지를 검사한다(S18).

만약, S18단계의 검사결과 에어탱크(20) 내부의 압력이 상기 한계압력보다 낮으면, 제어부(60)는 에어탱크(20) 내부의 압력이 한계압력에 도달할 때까지 S16단계 내지 S18단계를 반복 수행한다.

반면, S18단계의 검사결과 에어탱크(20) 내부의 압력이 상기 한계압력 이상이면, 제어부(60)는 아래의 S40단계로 진행한다.

한편, S14단계의 검사결과 에어탱크(20) 내부의 압력이 상기 기준압력 이상인 경우, 제어부(60)는 배터리팩(11)의 온도가 미리 설정된 설정온도범위 이내인지를 검사한다(S20).

만약, S20단계의 검사결과 배터리팩(11)의 온도가 상기 설정온도범위 이내인 경우, 제어부(60)는 배터리팩의 열관리 동작이 불필요하므로, 아래의 S40단계로 진행한다.

상기 설정온도범위는 배터리팩의 열관리 장치(10)를 이용해서 여름철에 배터리팩(11)을 냉각하고, 겨울철에 배터리팩(11)을 가열해서 효과적으로 열관리하도록, 실험치에 의해 설정될 수 있다.

예를 들어, 상기 설정온도범위는 약 10℃의 하단온도와 약 35℃의 상한온도 사이의 범위로 설정될 수 있다.

물론, 배터리팩의 열관리가 필요한 조건은 차량의 어플리케이션에 따라 상이하므로, 상기 설정온도범위는 차량의 규격, 배터리팩의 규격 등 다양한 조건에 따라 변경될 수 있다.

한편, S20단계의 검사결과 배터리팩(11)의 온도가 상기 설정온도범위를 이탈한 경우, 제어부(60)는 에어탱크(22)에 충진된 압축공기를 배터리팩(11)에 공급하기 위해, 유량제어밸브(31)를 개방 동작하도록 제어한다.

그러면, 압축공기는 압축공기 공급라인(30)을 따라 유량제어밸브(31)에서 감압밸브(32)로 공급되고, 감압밸브(32)에 의해 미리 설정된 저압상태, 예컨대 2bar 이하로 감압된다.

S24단계에서 제어부(60)는 배터리팩(11)과 압축공기의 온도가 미리 설정된 냉각 조건에 해당되는지를 검사한다.

예를 들어, 상기 냉각조건은 배터리팩(11)의 온도가 상기 상한온도, 즉 35℃ 이상이고, 배터리팩(11)의 온도가 압축공기의 온도보다 높으며, 배터리팩(11)과 압축공기의 온도차가 미리 설정된 기준온도차, 예컨대 10℃ 이하인 상태로 설정될 수 있다.

만약, S24단계의 검사결과 상기 냉각조건에 해당하면, 제어부(60)는 냉각부(40)의 냉각팬(42)을 구동해서 쿨러(41)에 공급된 압축공기를 냉각하도록 냉각팬(42)에 마련된 모터의 구동을 제어한다(S26).

이에 따라, 배터리팩(11)은 냉각부(40)에서 냉각된 압축공기를 공급받아 냉각된다.

이와 같이, 본 발명은 배터리팩의 온도가 상한온도보다 높고, 압축공기가 배터리팩 온도보다 10℃ 이상 낮은 온도이면 냉각팬을 작동시키 않은 상태에서 쿨러에서 압축공기를 자연 냉각시킨다.

따라서 본 발명은 냉각팬의 모터 구동으로 인한 소비전력을 절감할 수 있고, 압축공기가 배터리팩의 온도와 10℃ 이내로 큰 차이가 없을 경우에만 냉각팬을 작동시켜 냉각용량을 증대시킨다.

S28단계에서 제어부(60)는 냉각된 배터리팩(11)의 온도가 상기 상한온도보다 낮은지를 검사하고, 배터리팩(11)의 온도가 상한온도보다 낮아질 때까지 S26단계 내지 S28단계를 반복 수행한다.

만약, S28단계의 검사결과 배터리팩(11)의 온도가 상한온도보다 낮아지면, 제어부(60)는 S40단계로 진행한다.

한편, S24단계의 검사결과 상기 냉각조건에 해당되지 않는 경우, 제어부(60)는 배터리팩(11)의 온도가 상기 하한온도 이하인지를 검사한다(S30).

S30단계의 검사결과 배터리팩(11)의 온도가 상기 하한온도 이하이면, 제어부(60)는 압축공기를 가열하기 위해, 가열부(50)의 히터를 구동하도록 제어한다(S32).

이에 따라, 배터리팩(11)은 가열부(60)에서 가열된 압축공기를 공급받아 가열된다.

이와 같이, 본 발명은 배터리팩의 온도가 하한온도 이하로 낮아지는 동절기에 히터를 작동시켜 가열된 압축공기를 배터리팩에 주입해서 배터리팩의 온도를 하한온도 이상으로 유지할 수 있다.

S34단계에서 제어부(60)는 가열된 배터리팩(11)의 온도가 상기 하한온도보다 높은지를 검사하고, 배터리팩(11)의 온도가 하한온도보다 높아질 때까지 S32단계 내지 S34단계를 반복 수행한다.

만약, S34단계의 검사결과 배터리팩(11)의 온도가 상기 하한온도보다 높으면, 제어부(60)는 아래의 S40단계로 진행한다.

S40단계에서 제어부(60)는 상기 이그키션 키나 시동 버튼이 오프 조작되어 전원공급이 중지되는지를 검사하고, 전원공급이 중지될 때까지 S12단계 내지 S40단계를 반복 수행하도록 제어한다.

반면, S40단계의 검사결과 전원공급이 중지되면, 제어부(60)는 각 장치의 구동을 중지하고, 종료한다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 제동 시스템에 압축공기를 공급하는 에어탱크로부터 압축된 건공기를 공급받아 배터리팩을 냉각 또는 가열해서 열관리할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 종래기술의 수냉방식이 적용된 배터리팩에 비해, 배터리팩에 내부구조를 단순화하여 개발비, 재료비 및 중량을 최소화할 수 있다.

그리고 본 발명은 배터리팩의 열관리를 통해 차량의 출력 및 효율을 증대하고, 배터리팩의 열화를 방지함으로써, 내구성을 증대할 수 있다.

또, 본 발명은 공압 제동시스템이 적용된 전기자동차의 기존 시스템을 그대로 활용함으로써, 시스템 구성이 용이하고, 전기승용차에서 일반적으로 적용하는 실내의 공기를 이용해서 배터리팩을 열관리하는 시스템이 구조적으로 불가능한 전기상용차에도 적용이 가능하다.

또한, 본 발명은 배터리팩의 전,후단에 팬을 부착하여 냉각시키는 종래의 방법에 비해 수분, 먼지등 외부환경에 대한 안정성을 높일 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 제동 시스템에 압축공기를 공급하는 에어탱크로부터 압축된 건공기를 공급받아 배터리팩을 냉각 또는 가열해서 열관리하는 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치 기술에 적용된다.

10: 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치
11: 배터리팩 12: 공기 주입구
13: 공기 배출구 14: 배터리 관리 시스템
20: 에어탱크 21: 제동 시스템
22: 공기 압축기 23: 메인 제어부
30: 압축 공기 공급라인 31: 유량조절밸브
32: 감압밸브
40: 냉각부 41: 쿨러
42: 냉각팬 50: 가열부
60: 제어부 70: 온도감지센서

Claims

공압 제동 시스템이 적용된 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치에서,
제동 시스템에 구동원으로 압축공기를 공급하는 에어탱크에 충진된 압축된 건공기(이하 '압축공기'라 합니다)를 배터리팩으로 공급하는 압축공기 공급라인,
상기 압축공기 공급라인 상에 설치되어 배터리팩으로 공급되는 압축공기의 유량을 조절하는 유량조절밸브,
상기 압축공기를 미리 설정된 압력으로 감압하는 감압밸브,
상기 압축공기를 냉각하는 냉각부,
상기 압축공기를 가열하는 가열부 및
상기 배터리팩과 압축공기의 온도에 기초해서 각 장치의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 배터리팩에 마련된 배터리 관리 시스템로부터 배터리셀 및 배터리팩의 온도, 충전상태 정보를 포함하는 배터리 상태 정보를 수신하여 입력받으며,
배터리팩에 공급되는 압축공기의 온도를 감지하는 온도감지센서에서 감지된 압축공기의 온도, 에어탱크 내부의 압력, 대기온도를 포함하는 차량의 상태 정보를 입력받고,
상기 압축공기의 온도 및 대기 온도에 따라 상기 냉각부에 마련된 냉각팬을 구동하는 모터 및 상기 가열부에 마련되는 히터를 구동해서 배터리팩을 냉각 또는 가열하도록 제어하며,
상기 배터리팩의 양단에는 각각 상기 압축공기가 주입되는 공기 주입구와
배터리팩 내부에서 열교환을 수행한 공기를 외부로 배출하는 공기 배출구가 형성되고,
상기 공기 주입구는 상기 배터리팩 내부에 마련된 복수의 배터리셀에 국부적인 열부하 상승을 방지하고 각 배터리셀의 온도를 균일하게 조절하도록, 상기 압축공기를 균일하게 분배해서 각 배터리셀에 공급하는 매니폴드 구조로 형성되며,
상기 에어탱크에 압축 공기를 충진하는 공기 압축기와 에어탱크 사이에는 상기 압축공기를 건조하는 공기 건조기와
상기 압축공기에 포함된 먼지와 이물질을 필터링하는 필터가 설치되고,
상기 제어부는 에어탱크 내부의 압력에 기초해서 상기 공기 압축기의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리팩의 열관리 장치.
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