KR102184936B1 - 자동차용 연축전지에 내장 가능한 배터리 센서의 장착 구조 - Google Patents

자동차용 연축전지에 내장 가능한 배터리 센서의 장착 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 센서가 내장된 자동차 시동용 배터리에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 센서의 장착구조는 음극 셀이 연결되는 극주 어셈블리 상에 장착되며, 일면에 형성되는 저항측정부를 포함하는 션트저항 및 상기 저항측정부에 결합되어 배터리의 전류 또는 전압상태를 측정하는 배터리 센서를 포함한다.

Description

자동차용 연축전지에 내장 가능한 배터리 센서의 장착 구조{The Mounting Structure of Battery Sensor can be inserted Lead Acid Battery for Vehicle}
본 발명은 배터리 센서가 내장된 자동차 시동으로 적용되고 있는 연축전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연축전지 음극 포스트와 셀 사이에 마련된 공간과, 셀과 극주를 전기적으로 연결하기 위한 션트저항과, 션트저항과 연결되어 배터리의 전압과 전류를 연산하여 엔진 ECU로 송부하기 위한 센서부와, 센서부에서 외부 커넥터로의 데이터 통신을 위한 커넥터부와, 션트저항/센서부/커넥터를 배터리 내부의 황산분위기를 피하기 위한 보호부로 구성되어 기존의 포스트에 클램프를 통해 연결 되있는 배터리 센서를 대체하기 위한 시동용 배터리 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로, 연축전지(Lead Acid Battery)는 2차 전지의 하나로, 활물질은 납을 주소재를 쓰고 및 전해액으로는 비중 2.7 수준의 묽은 황산용액을 사용하고, 재생이 가능하며, 저렴하고, 특유의 안정성과 저온시동능력을 보유한 보편화 된 에너지 저장장치이다.
연축전지는 자동차 시동용/보조용 배터리, ESS용, 산업용, 전기운송수단 등에서 널리 이용되고 있다.
연축전지의 충방전 매커니즘은 양극 활물질인 과산화연(PbO2)과, 음극 활물질인 해면상납(Pb), 그리고 전해질인 묽은황산(H2SO)과의 화학반응을 통해 충방전이 발생하게 되는데 이는 완충상태로, 방전시 양극에서는 과산화납에서 4가의 납 양이온과 2가의 산소 음으로 분해되어 음극으로부터 부하를 거쳐 양극으로 전자가 이동하면 4가의 납 양이온으로부터 2가의 납 양이온이 생성되고, 2가의 납 양이온은 전해액에서 해리된 2가의 황산 음이온과 반응하여 황산납이 된다. 그리고 양극판으로부터 자유롭게 분리된 2가의 산소 음이온은 전해액에서 해리된 1가의 수소 양이온과 반응하여 물을 생성하는데, 방전이 진행될수록 묽은 황산의 비중이 낮아진다.
자동차용 12V 연축전지의 방전 종지전압은 일반적으로 10.5V로 정의하며, 자동차 제너레이터를 통한 상시 부동 충전전압은 14.4V이며, 공칭접압은 12V이다.
현재 출고중인 자동차의 대부분은 인텔리전트 배터리 센서라는 전장부품이 음극 포스트에 클램프로 일체화 되어 장착되어 나오는데, 배터리 센서는 배터리의 충전상태, 건강상태, 시동능력 등을 판단하여 엔진 ECU에 전달해주는 역할을 한다. 그 원리는 클램프와 연결되는 센서 하우징 양끝단에 결합된 션트저항에서 수시로 변하는 전압 및 전류값을 제조사만의 알고리즘이 적용된 연산을 통해 배터리의 상태를 추정하는 것이다. 추정되는 배터리 상태의 오차는 외기온도, 션트저항 전압감지 정확도, 알고리즘의 정확도, 케이블 및 센서부품의 저항 및 감도, 연축전지 충방전 케미스트리의 비선형성 등에 의해 큰 차이가 있으며, 현재도 배터리 상태 추정 알고리즘은 완벽하지 못한 상태이다.
상기 연축전지와 배터리 센서의 조합은 전장부품의 증가와 함께 ISG 적용, 발전제어 등에 의해 연비향상 목적으로 탄생했으며, 배터리 센서가 배터리 바깥쪽에 장착되어 있어서 데이터의 외기온에 의한 왜곡과, 외력에 의한 센서 손상, 그리고 배터리 제조사/용량 변경시 센서 오차 확대 등의 문제가 발생하고 있는 상태이다.
상기와 같은 연축전지 상태 예측에 관련된 선행문헌으로는 소멸특허 제1001099510000, 등록특허 제10-0849114, 공개특허 제10-2014-0066361 등이 게시되어 있다.
본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 연축전지 음극 포스트와 셀 사이에 마련된 공간과, 셀과 극주 사이에 전압을 측정하기 위해 전기적으로 연결된 션트저항과, 션트저항과 연결되어 배터리의 전압과 전류를 연산하여 엔진 ECU로 송부하기 위한 센서부와, 센서부에서 외부 커넥터로의 데이터 통신을 위한 커넥터부와, 션트저항/센서부/커넥터를 배터리 내부의 황산 분위기에 의한 부품의 부식을 피하기 위한 보호부로 구성된 것으로, 배터리를 교체하는데 있어서 배터리 상태 추정 오차를 우려하지 않아도 되며, 외력에 의한 전장부품의 파손 가능성이 적은 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 센서가 내장된 자동차 시동용 연축전지는, 연축전지 음극 포스트와 셀 사이에 마련된 공간과, 셀과 극주 사이의 전압을 측정하기 위해 전기적으로 연결된 선트저항과, 션트저항과 연결되어 배터리의 전압과 전류를 연산하여 엔진 ECU로 송부하기 위한 센서부와, 센서부에서 외부 커넥터로의 데이터 통신을 위한 커넥터부와, 션트저항/센서부/커넥터를 배터리 내부의 황산 분위기에 의한 부품의 부식을 피하기 위한 소재로된 보호부로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 연축전지 음극 포스트와 셀 사이에 마련된 공간은 배터리 센서 및 션트저항이 삽입될 수 있을 정도의 공간이 구비되어 있어야 하며, 묽은 황산으로부터 가급적이면 직접적인 접촉 가능성이 없는 공간이어야 함을 특징으로 한다.
상기 션트저항은 극주부분과 일치되는 형상으로 극주부분에 물리적으로 조립되는 형상이 되어야 하며, 센서부는 션트저항과 일체형 사출을 통해 외부 통신 가능 커넥터를 포함한 형상을 갖춰야 함을 특징으로 한다.
션트저항, 센서부, 커넥터는 배터리 내부의 묽은 황산에 의한 부식을 방지하기 위한 소재로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 센서 내장 자동차용 배터리에 의하면, 연축전지 음극 포스트와 셀 사이에 마련된 공간과, 셀과 극주 사이에 전압을 측정하기 위해 전기적으로 연결된 션트저항과, 션트저항과 연결되어 배터리의 전압과 전류를 연산하여 엔진 ECU로 송부하기 위한 센서부와, 센서부에서 외부 커넥터로의 데이터 통신을 위한 커넥터부와, 션트저항/센서부/커넥터를 배터리 내부의 황산 분위기에 의한 부품의 부식을 피하기 위한 보호부로 구성된 것으로, 배터리를 교체하는데 있어서 배터리 상태 추정 오차를 우려하지 않아도 되며, 외력에 의한 전장부품의 파손 가능성이 적어 배터리 상태에 대한 신뢰성이 향상되고 전장부품의 내구성을 확보할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 필요한 연축전지 1셀의 음극부분 입체도이다.
도 2는 본 발명에 따른 션트저항 입체도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 센서 입체도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연축전지 1셀 과 센서의 조립 입체도이다.
도 5는 본 발명에 따른 션트저항 및 극주부분의 접촉단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 하는 바 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 당업자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고, 만약, 본 명세서에 사용된 용어가 당해 용어의 일반적 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따르며, 본 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
또한 본 명세서에 게재되는 배터리 센서 내장 자동차용 배터리의 구성은 다양한 실시예로 구현될 수 있는 바, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않음을 첨언한다.
도 1은 본 발명에 필요한 연축전지 1셀의 음극부분을 도시한 입체도이고, 도 2는 본 발명에 따른 션트저항을 도시한 입체도이며, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 센서를 도시한 입체도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연축전지 1셀과 센서의 조립을 도시한 입체도이며, 도 5는 본 발명에 따른 션트저항 및 극주부분의 접촉단면도이다.
본 발명에 따른 배터리 센서 내장 자동차용 배터리에 의하면, 배터리 센서와 배터리 센서를 전기적으로 연결해주어 전압 정보를 확인할 수 있는 션트저항과, 배터리 센서 어셈블리를 장착할 수 있는 배터리 셀 음극 어셈블리 및 배터리 커버를 포함하여 구성된다.
배터리 센서의 하우징은 배터리 내부의 황산 분위기에 내식성이 확보된 소재가 쓰이면 되는데, 예를 들면, 배터리 전조와 커버 소재로 쓰이는 PS, PP 외 PE, PBT, PA, PTFE, PC 등의 무극성 폴리머 계열을 적용할 수 있다.
배터리 센서에 적용되는 션트저항은 일반적으로 인텔리전트 배터리 센서에 적용되는 소재로서 망가닌(CuMn12Ni)이라 불리우는 소재일 수 있고, 이 외 션트저항도 모두 적용 가능하며, 션트 저항 외 전류를 검출할 수 있는 다른 센서도 가능한데 예를 들면, 홀 센서를 적용할 수도 있다.
배터리 센서가 배터리 내부에 장착되어 배터리 센서의 기능을 제대로 수행하기 위해서는 배터리 센서의 전류 센싱 부분이 배터리의 전류를 감지하기 위해서 배터리 극주나 배터리 셀 등에 직접적으로 접촉이 되어 있어야 하는데, 대표적으로는 배터리 센서의 션트저항이 배터리의 극주의 일부분에 장착되는 구조이다. 이를 위해서 션트저항의 하단부는 접착성을 확보하기 위해 평면보다는 일정 모양의 요철이 적용된 형상을 가지고 있으며, 배터리 극주의 일부분도 그 상대 형상을 가지고 있다.
배터리 센서의 데이터를 엔진 ECU로 보내기 위한 방법은 12V 용도는 기존 2구의 Connector를 사용할 수 있으며, 24V 용도는 기존 6구의 Connector를 사용할 수 있고, 통신방법은 자동차 통신 규약을 따르나 대표적으로는 CAN을 사용하며, 커넥터를 없애기 위한 방법으로 무선네트워크를 사용할 수 있는데, TPMS에서 적용하고 있는 UWB와 Zigbee를 동일하게 적용할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 당업자에게 자명한 범위는 본 발명의 특허청구범위내에 기재된 범주내에 속하는 것으로 해석하여야 할 것이다.
100 : 연축전지 극주
110 : 연축전지 스트랍
120 : 연축전지 그리드(극판)
200 : 저항 측정부 (망가닌(CuMn12Ni))
300 : 션트저항
310 : 배터리 센서 하우징
320 : 배터리 센서 통신단자
330 : 홀센서 마그네틱
340 : 홀센서 하우징
350 : 홀센서 통신단자
400a : 배터리 극주에 장착된 배터리 센서
400b : 배터리 극주에 장착된 홀 센서
500 : 배터리 센서의 션트저항과 극주의 접촉 단면

Claims (6)

  1. 배터리 내부에 형성되어 배터리 외부로 노출되지 않도록, 음극 셀이 연결되는 극주의 일부분에 장착되어 셀과 극주 사이에 전압을 측정하는 저항측정부를 포함하는 션트저항; 및
    상기 저항측정부과 전기적으로 접속하여 전압 및 전류를 연산하여 엔진 ECU로 송부하는 센서부;를 포함하고
    상기 션트저항 및 상기 센서부를 배터리 내부의 황산 분위기에서 내식성을 확보할 수 있도록 배터리 센서 하우징에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연축전지에 내장 가능한 배터리 센서의 장착구조
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부를 전기적 신호를 엔진 ECU에 연결할 수 있는 커넥터부를 더 포함하고, 상기 배터리 센서는 상기 전류 또는 전압 상태를 엔진 ECU에 유선으로 연결되며 CAN 방식을 이용하여 상기 상태 정보를 송출하는 것을 특징으로 하는 자동차용 연축전지에 내장 가능한 배터리 센서의 장착 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 센서는 센서는 상기 전류 또는 전압 상태를 엔진 ECU에 무선으로 연결되며 UWB 또는 Zigbee 방식으로 상기 상태 정보를 송출하는 것을 특징으로 하는 자동차용 연축전지에 내장 가능한 배터리 센서의 장착 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 션트 저항의 일면은 요철 모양이 형성되고, 상기 션트 저항의 요철모양과 치합되도록 상기 극주의 결합면에 요철모양이 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연축전지에 내장 가능한 배터리 센서의 장착 구조.
  5. 삭제
  6. 배터리 내부에 형성되어 배터리 외부로 노출되지 않도록, 음극 셀이 연결되는 극주가 삽입되도록 설치되어 배터리의 전압 및 전류 상태를 측정하는 홀센서를 포함하며
    상기 홀센서는 상기 극주가 삽입설치되도록 중공형 형태의 홀센서 마그네틱, 상기 홀센서 마그네틱에 연장 형성되는 홀센서 하우징 및 상기 홀센서 하우징에 장착되며 홀센서 마그네틱과 전기적으로 연결되어 외부로 측정 정보를 송출하는 통신단자를 포함하는 자동차용 연축전지에 내장 가능한 배터리 센서의 장착 구조.
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