KR102211574B1 - 보조 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보조 배터리 팩 온도 조절 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 보조 배터리 팩의 온도를 측정하고 측정된 온도를 기 설정된 기준 최고/최저 온도와 비교하여 열선부 구동을 제어하는 보조 배터리 팩 온도 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

보조 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD CONTROLING TEMPERATURE OF BACK UP BATTERY PACK}
본 발명은 보조 배터리 팩 온도 조절 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 보조 배터리 팩의 온도를 측정하고 측정된 온도를 기 설정된 기준 최고/최저 온도와 비교하여 열선부 구동을 제어하는 보조 배터리 팩 온도 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 친환경 자동차는 전기모터를 구동시켜 주행하는 순수 전기자동차(Electric Vehicle, EV)나, 엔진과 전기모터로 주행하는 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 연료전지에서 생성되는 전력으로 전기모터를 구동시켜 주행하는 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) 등을 의미하며, 연비를 향상하기 위하여 회생제동(regenerative braking) 기술을 이용한다.
상기 회생 제동 기술은 친환경 차량이 주행 중인 상태에서 브레이크를 작동하여 감속을 실행하게 되면 차량에는 계속 주행하려는 관성력이 발생되는데, 이때 구동 모터는 관성력에 의하여 역구동되어 발전기로 동작됨으로써 전기를 발전시켜 배터리를 충전시키는 기술이다.
이러한 회생제동 기술에 의하여 충전되는 배터리는 메인 배터리 팩과 보조 배터리 팩으로 구성되는데, 여기서 보조 배터리 팩은 충/방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있다.
이러한 이차전지는 전기 화학적 반응에 의하여 충/방전이 이루어지므로 배터리는 주변 온도 조건 환경에 영향을 받게 되는데, 만약 극저온상태에서 충/방전이 진행되게 되면 배터리의 내부 화학반응이 느려져 배터리의 수명이나 안정성, 구동 성능이 저하되는 문제가 발생된다.
따라서, 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)는 극 저온(-30)같은 환경에서도 안정적인 사용이 가능한 납 축전지를 보조 배터리로 사용해왔었다. 그러나 이러한 납 축전지는 충/방전을 수행함에 따라 점차 저장 성능이 저하되고 자가방전율(최대 6개월 사용)도 커서 배터리의 수명이 짧았다. 또한, 납 축전지는 무게(12kg)도 많이 나가 전기 자동차의 연비를 감소시키는 단점이 있었다.
이에 비해 Li-ion 배터리 팩은 자가방전율이 낮아 배터리 수명이 길고(최대 3년 사용) 무게(3kg)도 적게 나가는 장점이 있다. 그러나 앞서 설명한 것과 같이, Li-ion 배터리 팩은 극 저온(-30) 환경에서는 구동 성능이 저하되는 단점이 있기에 납 축전지 대신하여 Li-ion 배터리 팩을 사용하기 위해서는 이와 같은 극저온에서의 구동 성능 저하 문제를 해결하여야 한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 배터리 전원으로 배터리 자체의 온도를 높이는 온도조절장치를 적용하는 기술이 제시되어 있다.
그러나 이와 같이 보조 배터리의 에너지를 사용하는 경우, 메인 배터리가 방전되어 보조 배터리를 구동하는 도중에 에너지가 부족하게 되는 문제가 발생된다.
따라서 보조배터리로 Li-ion 배터리 팩을 구성하려면 극저온 환경에서 저하되는 구동 성능을 유지시키고, 구동 성능을 유지시키기 위하여 자체 배터리의 에너지 외에 다른 에너지원을 사용하는 기술 개발이 요구된다.
KR 2013-0032302 A
본 발명은 전기 자동차의 보조 배터리 팩에 Li-ion 배터리 팩을 장착하는 경우, 극저온 환경에서도 Li-ion배터리 팩의 구동 성능을 유지하고 자체 배터리의 에너지 외에 다른 에너지를 사용하여 비상 시 안정적인 보조 배터리 구동을 가능하게 하는 보조 배터리 팩 온도 조절 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 장치는 복수의 배터리 셀로 구성된 보조 배터리 팩의 온도 조절 장치에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀을 감싸도록 형성된 열선부, 상기 열선부에 전류 공급을 온/오프 하는 열선부 스위치부 및 보조 배터리 팩의 BMS를 포함하여 구성되며, 상기 보조 배터리 팩의 BMS는 상기 보조 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부, 상기 온도 측정부에서 측정한 보조 배터리 팩의 온도와 기 설정된 기준 최고/최저 온도와 비교하는 온도 비교부 및 상기 온도 비교부의 비교 결과에 따라 상기 열선부 스위치부의 온/오프를 제어하는 열선부 스위치 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 온도 비교부는 상기 측정된 온도가 기 설정된 기준 최저 온도 이하인 경우, 열선부 스위치를 온 제어하여 열선부를 구동시킨다.
상기 온도 비교부는 상기 측정된 온도가 기 설정된 기준 최고 온도 이상인 경우, 열선부 스위치를 오프 제어하여 열선부 구동을 중단시킨다.
상기 복수의 배터리 셀은 열선이 내장되어 있는 평평한 실리콘 패드 형태의 열선부가 상부 및 하부에 접촉되어 결합되는 구조, 열선 또는 열선 밴드의 형태를 가진 열선부가 상기 배터리 셀을 가로, 세로 또는 하나씩 지그재그 감싸는 결합 구조 또는 열선부가 외곽에서 한번에 전체 셀을 감싸는 형태의 결합구조 중 하나의 구조로 결합된다.
상기 열선부는 전기 자동차의 구동 모터에서 공급되는 트리클 충전 전류를 사용하여 구동한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 구동 전원 공급시스템은 전기 자동차의 구동 모터에 구동 전력을 공급하는 메인 배터리 팩, 상기 메인 배터리 팩의 방전 시 백업 전원으로 동작하는 보조 배터리 팩, 상기 보조 배터리 팩의 구동 온도를 조절하는 보조 배터리 팩 온도 조절 장치, 상기 메인 배터리 팩 또는 보조 배터리 팩으로부터 전원을 공급받아 구동되는 구동 모터 및 상기 구동 모터로부터 생성되는 에너지를 트리클 충전 전류로 변환하는 컨버터를 포함하여 구성되는 전기자동차의 구동 전원 공급시스템에 있어서, 상기 보조 배터리 팩 온도 조절 장치는 상기 복수의 배터리 셀을 감싸도록 형성된 열선부, 상기 열선부에 전류 공급을 온/오프 하는 열선부 스위치부 및 보조 배터리 팩의 BMS를 포함하여 구성되며, 상기 보조 배터리 팩 온도 조절 장치의 열선부의 전원으로 상기 컨버터에서 생성되는 트리클 충전 전류가 연결된다.
상기 보조 배터리 팩의 BMS는 상기 보조 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부, 상기 온도 측정부에서 측정된 온도를 기 설정된 보조 배터리 팩이 허용 가능한 최고/최저 온도와 비교하는 온도 비교부 및 상기 온도 비교부의 비교 결과에 따라 상기 열선부 스위치부의 온/오프를 제어하는 열선부 스위치 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 복수의 배터리 셀은 열선이 내장되어 있는 평평한 실리콘 패드 형태의 열선부가 상부 및 하부에 접촉되어 결합되는 구조, 열선 또는 열선 밴드의 형태를 가진 열선부가 상기 배터리 셀을 가로, 세로 또는 하나씩 지그재그 감싸는 결합 구조 또는 열선부가 외곽에서 한번에 전체 셀을 감싸는 형태의 결합구조 중 하나의 구조로 결합된다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 방법은 전기 자동차의 백업 전원으로 사용되는 보조 배터리 팩의 온도 조절 방법에 있어서 전기 자동차의 구동 모터에서 공급되는 트리클 충전 전류를 보조 배터리 팩에 부착된 열선부의 구동 전원으로 공급하는 전원 공급단계, 상기 보조 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정단계, 상기 온도 측정단계에서 측정된 온도를 기 설정된 기준 최고/최저 온도와 비교하는 온도 비교단계 및 상기 온도 비교단계의 결과에 근거하여 상기 열선부의 구동 스위치를 온/오프 제어하는 열선부 스위치 제어단계를 포함한다.
상기 온도 비교단계는 상기 측정된 온도가 기 설정된 기준 최저 온도 이하인 경우, 열선부 스위치를 온 제어하여 열선부를 구동시키는 열선부 구동단계 및 상기 측정된 온도가 기 설정된 기준 최고 온도 이상인 경우, 열선부 스위치를 오프 제어하여 열선부 구동을 중단하는 열선부 구동 중단단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 장치 및 방법은 보조 배터리 팩의 온도를 측정하고 측정된 온도에 따라 보조 배터리 팩의 BMS가 열선부 구동을 제어하며 열선부 구동 시 기존 납 축전지 충전에 사용되었던 전기 자동차의 구동 모터에서 생성되는 트리클 충전 전류를 구동 전원으로 이용함에 따라 기존 차량 시스템 설정 변경 없이 극저온 환경에서도 보조 배터리 팩의 적정온도를 자체적으로 유지하고 비상 시 안정적인 보조 배터리 팩 구동을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩의 블록도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩의 내부 사시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열선부 배치 및 종류의 예시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 구동 전원 공급시스템의 구성도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 방법의 전체적인 순서도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 방법의 구체적인 순서도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때. 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
1. 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 장치
본 발명의 보조 배터리 팩 온도 조절 장치는 극저온에서 저하되는 구동 성능을 개선하기 위하여 보조 배터리 팩의 온도에 따라 열선부를 제어하고, 열선부 제어를 위하여 전기 자동차 구동 시 생성되는 에너지를 사용한다. 이에 따라 상기 보조 배터리 팩은 구동 성능이 저하되지 않는 적절한 온도를 유지하고 보조 배터리 팩의 에너지를 보존함에 따라 비상 시 보조 배터리 팩의 안정적인 구동을 할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 장치의 구성도이다.
또한, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩의 블록도 이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 장치(300')를 포함하는 보조 배터리 팩(300)은 보조 배터리 팩의 온도에 근거하여 보조 배터리 팩의 열선부(330)를 온/오프 제어하는 BMS(310), BMS(310)에 의해 제어되는 열선부(330)에 감싸여 있는 복수의 배터리 셀(320), 상기 복수의 배터리 셀(320)를 감싸도록 형성된 열선부(330) 및 열선부(330)에 전류 공급을 온/오프 하는 열선부 스위치(340)을 포함하여 구성된다. 여기서 열선부 스위치(340)는 FET로도 구성되어 전류 공급을 온/오프 할 수 있다.
더욱 상세하게, 상기 BMS(310)는 보조 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부(311), 온도 측정부(311)에서 측정된 온도에 따라 배터리 팩의 온도를 기 설정된 기준 최고/최저 온도와 비교하는 온도 비교부(312) 및 온도 비교부(312)의 비교 결과에 따라 열선부 스위치를 온/오프 제어하는 열선부 스위치 제어부(313)를 포함하여 구성된다.
온도 비교부(312)에서 상기 측정된 온도가 기 설정된 기준 최저 온도 이하인 비교 결과가 발생하는 경우, 열선부 스위치 제어부(313)는 열선부 스위치(340)를 온 제어하여 열선부(330)를 구동시킨다. 이때 상기 기 설정된 최저온도는 일 실시 예로서, 0로 설정할 수 있다.
또한, 상기 측정된 온도가 기 설정된 기준 최고 온도 이상인 경우, 열선부 스위치 제어부(313)는 열선부 스위치(340)를 오프 제어하여 열선부 구동을 중지시킨다. 이때 상기 기 설정된 최고온도는 일 실시 예로서, 10로 설정할 수 있다.
한편, 도 2에서 구현된 충전 스위치(C-FET)는 보조 배터리 팩의 충전 수행 시 발생되는 과충전을 방지하기 위하여 온/오프를 수행하고, 방전 스위치(D-FET)는 보조 배터리 팩의 방전 수행 시 발생되는 과방전을 방지하기 위하여 온/오프를 수행한다.
1,2로 표시된 분류기(Shunt, 10)는 전류를 감지하여 배터리 팩의 전류 상태를 MCU (Micro Control Unit)에 알리고 MCU는 전압, 온도를 감지하여 배터리 팩의 상태를 모니터링하며, 전체 배터리 팩의 동작 제어를 수행한다.
부스트 서킷(Boost circuit, 20)은 보조 배터리 팩 충전 수행 시 메인 배터리 팩 또는 구동 모터에서 생성되어 출력된 전압을 Li-ion 배터리에서 충전이 가능한 전압으로 변환시킨다.
한편, 도 3 및 도4를 들어 열선부(330)와 배터리 셀(320)의 결합 형태를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩의 내부 사시도 이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열선부 배치 및 종류의 예시도 이다.
도 3 및 도4를 참조하면, 상기 열선부(330)는 전기적인 열을 발생시키는 코일을 가지고 있는 선, 구부러지는 재질에 열선을 내장시킨 밴드, 실리콘 같은 재질 내면에 열선이 접착되어 있는 패드의 형태를 가지며 트리클 충전 전류 또는 배터리 자체 에너지를 공급받아 승온시킨다. 또한, 열선부(330)는 상기 BMS(310)와 전기적으로 연결되어 열선 스위치(340)를 통하여 온/오프 제어받는다.
상기 열선부(330)와 배터리 셀(320)의 결합 구조는 상기 패드 형태의 열선부(330)가 복수의 배터리 셀(320)의 상부 및 하부를 접촉하고 있는 구조로 결합될 수 있다. 또한, 선 또는 밴드 형태로 구성된 열선부(330)가 배터리의 셀을 가로, 세로 또는 배터리 셀 하나씩 지그재그 형태로 감싸는 구조 또는 열선부(330)가 복수의 배터리 셀(320) 외곽에서 한번에 감싸는 구조 중 하나의 결합 구조로 구성될 수 있다.
또한, 도 3에서의 버스 바(BUS BAR)는 각 배터리 셀(320)을 서로 전기적으로 연결하여 전압이 흐르는 전류 통로를 이루도록 한다.
또한, 상기 복수의 배터리 셀(320)로 구성된 보조 배터리 팩(300)은 12V전압으로 구성되어야 하고 전기 자동차의 메인 배터리 팩이 방전된 후 1분동안 백업이 가능하도록 배터리 셀이 4개의 직렬연결과 10개의 병렬연결로 구성된 4S10P 배열을 가지는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때 배터리 셀(320)은 충/방전이 가능한 리튬 이차전지인 것이 바람직하다.
한편, 열선부(330)는 납 축전지에서 완충전을 유지하기 위하여 사용하였던 전기 자동차의 구동모터에서 생성되는 회생에너지로부터 제공되는 트리클 충전 전류 또는 보조 배터리 팩 자체 에너지로 구동 된다. 여기서, 트리클 충전 전류는 완충전 상태를 유지하기 위하여 이차 전지로 끊임없이 흐르는 자기 방전 전류에 가까운 크기의 충전 전류를 의미한다.
또한, 열선부 구동 전원은 보조 배터리 팩의 충전 상태를 유지함에 따라 메인 배터리 팩 방전 시 보조 배터리가 적절하게 구동되기 위하여 트리클 충전 전류를 사용한다. 또한, 상기 열선의 전력은 일 실시 예로서, 30W로 설정할 수 있다.
2. 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 구동 전원 공급시스템
한편, 본 발명의 전기 자동차의 구동 전원 공급시스템은 기존의 납 축전지에서 높은 자가방전율로 인하여 사용하였던 트리클 충전 전류를 보조 배터리 팩 온도 조절 장치의 열선부 전원으로 공급하여 보조 배터리 팩의 에너지를 사용하지 않고 차량 운행시 발생되는 에너지를 사용함에 따라 메인 배터리 팩의 방전 시 안정적인 보조 배터리 팩 사용을 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 구동 전원 공급시스템의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 구동 전원 공급시스템(100)은 전기 자동차를 구동하는 메인 배터리 팩(200), 저온 환경에서 보조 배터리 팩의 온도를 유지시키는 온도 조절 장치(300')를 포함하는 보조 배터리 팩(300), 구동 시 발생되는 에너지를 회수하여 재 생성하는 구동 모터(400) 및 구동 모터(400)에서 생성된 에너지로부터 보조 배터리 팩의 온도 조절 장치(300')를 구동할 수 있는 트리클 충전 전류로 변환하는 컨버터(500)를 포함하여 구성된다. 여기서 소정의 시간은 일 실시 예로서, 1분으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 트리클 충전 전류는 일 실시 예로서, 1A로 설정할 수 있다.
더욱 상세하게, 전기모터를 구동시켜 주행하는 순수 전기자동차(Electric Vehicle, EV)나, 엔진과 전기모터로 주행하는 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 연료전지에서 생성되는 전력으로 전기모터를 구동시켜 주행하는 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) 등의 친환경 자동차는 연비를 향상하기 위하여 회생제동(regenerative braking) 기술을 이용한다.
회생 제동 기술은 친환경 차량이 주행 중인 상태에서 브레이크를 작동하여 감속을 실행하게 되면 차량에는 계속 주행하려는 관성력이 발생되므로, 구동 모터(400)는 관성력에 의해 역구동되어 발전기로 동작됨으로써 전기를 발전시켜 배터리를 충전시키는 기술이다.
또한, 차량의 제동(brake)시에는 제동력의 일부를 전기 발전에 사용하고, 발전된 전기에너지를 배터리에 충전하며, 차량의 주행 속도에 의한 운동에너지의 일부를 발전기의 구동에 필요한 에너지로 사용한다.
여기서 사용되는 배터리는 일반적인 전기 자동차에 고전압 주전원으로 사용되는 메인 배터리 팩(200)와 12V 전원으로 사용되는 보조 배터리(저전압 배터리) 팩(300)으로 구성되어 메인 배터리 팩(200)이 충전 시기를 놓치는 등의 이유로 방전 되는 경우, 보조 배터리 팩(300)으로 시동을 켜거나 소정의 시간 동안 전기 자동차의 구동을 가능하게 한다.
또한, 상기 구동 모터(400)에서 발전된 전기 에너지는 컨버터(500)를 통하여 보조 배터리 팩(300)에도 충전할 수 있는데, 이 때 충전 가능한 전류를 트리클 충전 전류로 변환하여 보조 배터리 팩의 온도 조절 장치(300')를 구동시킬 수 있다. 여기서, 트리클 충전 전류는 완충전 상태를 유지하기 위하여 이차 전지로 끊임없이 흐르는 자기 방전 전류에 가까운 크기의 충전 전류를 의미한다.
3. 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 방법
본 발명의 보조 배터리 팩 온도 조절 방법은 보조 배터리 팩의 온도를 측정하고 측정된 온도를 기 설정된 기준 최고/최저 온도와 비교하여 비교 결과에 따라 열선부 구동을 제어하는 방법이다.
즉, 본 발명은 보조 배터리 팩에 온도 조절용 열선부를 설치하고 열선부의 구동전원으로 전기 자동차의 구동모터로부터 발생하는 트리클 전류를 지속적으로 공급하여, 보조 배터리 팩의 온도를 최적의 구동 온도 상태로 유지하기 위한 온도 조절 장치에 관한 것이다. 이때, 보조 배터리 팩의 온도가 기 설정된 기준 최저 온도 이하로 내려가는 경우 상기 열선부의 전원을 온 제어하고, 기 설정된 기준 최고 온도 이상으로 올라가는 경우에는 상기 열선부의 전원을 오프 제어함으로써, 보조 배터리 팩의 구동 온도를 최적 온도로 제어한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 방법의 전체적인 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 방법은 일단 전기 자동차의 구동 모터(400)에서 공급되는 트리클 충전 전류를 상기 열선부(330)의 구동 전원으로 공급하고(전원 공급단계: S610) 보조 배터리 팩의 온도를 측정한다(온도 측정단계: S620). 그리고 측정된 온도를 기 설정된 기준 최고/최저 온도와 비교하고(온도 비교단계: S630) 비교 결과에 따라 열선부 스위치를 온/오프 제어한다(열선부 스위치 제어단계: S640).
이하 아래에서는 상기 단계를 도 7을 들어 보다 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 보조 배터리 팩 온도 조절 방법의 구체적인 순서도이다.
도 7을 참조하면, 상기 전원 공급단계(S610)는 상기 구동모터(400)에서 생성되는 회생에너지를 상기 컨버터(500)가 트리클 충전 전류로 변환하여 보조 배터리 팩의 열선부(330)의 전원으로 제공하는 단계이다. 이때, 전원으로 사용되는 트리클 충전 전류는 기존의 보조 배터리 팩으로 사용되었던 납 축전지가 완충전을 유지하기 위하여 사용했던 전류이다. 여기서, 트리클 충전 전류는 완충전 상태를 유지하기 위하여 이차 전지로 끊임없이 흐르는 자기 방전 전류에 가까운 크기의 충전 전류를 의미한다.
또한, 열선부 구동은 보조 배터리 팩의 충전 상태를 유지함에 따라 메인 배터리 팩 방전 시 보조 배터리가 제대로 구동되기 위하여 트리클 충전 전류를 사용한다.
한편, 보조 배터리 팩의 열선부 전원은 배터리 팩의 자체 에너지로도 구동할 수 있다.
또한, 온도 측정단계(S620)는 상기 BMS 내 온도측정부(311)를 이용하여 현재 보조 배터리 팩의 온도를 측정하는 단계이다. 이와 같이 현재 보조 배터리 팩의 온도를 측정하는 이유는 Li-ion배터리의 내부온도가 극저온(-30)인 경우, 배터리의 구동 성능이 저하되는 현상이 발생하기 때문이다.
또한, Li-ion배터리의 내부온도가 일정 기준 이상으로 상승되면 배터리의 내구도가 저감될 수 있기 때문에 보조 배터리 팩의 온도를 실시간으로 측정하여 일정 온도로 유지시켜야 된다.
한편, 온도 비교단계(S630)는 상기 온도 측정단계(S620)에서 측정된 온도를 기 설정된 기준 최고/최저온도와 비교하여 현재 배터리 팩의 온도가 배터리 팩의 구동 성능을 유지할 수 있는 온도인지 확인하는 단계이다.
더욱 상세하게, 상기 측정된 온도와 기 설정된 기준 최저 온도를 비교할 때 현재 측정된 온도가 기 설정된 최저 온도 이하인 경우(S631), 열선부 스위치 제어부(313)는 열선부 스위치를 온 제어하여 열선부(330)을 구동시키고(열선부 구동단계: S641),
상기 측정된 온도가 기 설정된 기준 최고 온도 이상인 경우에는(S632) 열선부 스위치를 오프 제어하여 열선부 구동을 중단한다(열선부 구동 중단단계: S642). 여기서 열선부 스위치 오프 제어는 열선부 스위치가 온 제어 된 것을 전제로 한다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.
100: 전기 자동차의 구동 전원 시스템
200: 메인 배터리 팩
300: 보조 배터리 팩
310: BMS
311: 온도 측정부
312: 온도 비교부
313: 열선부 스위치 제어부
320: 배터리 셀
330: 열선부
340: 열선부 스위치
400: 구동 모터
500: 컨버터

Claims (10)

  1. 전기자동차의 메인 배터리의 백업 전원으로 사용되는 복수의 배터리 셀을 포함하는 보조 배터리 팩으로서,
    외부 충/방전 단자;
    상기 복수의 배터리 셀을 감싸도록 형성된 열선부;
    상기 열선부에 상기 충/방전 단자로부터의 전류 공급을 온/오프 하는 열선부 스위치;
    상기 복수의 배터리 셀의 충/방전 전류를 온/오프 하는 충/방전 스위치;
    상기 외부 충/방전 단자를 통하여 입력되는 전압을 상기 복수의 배터리 셀의 충전이 가능한 전압으로 변환하는 부스트 서킷;
    상기 부스트 서킷을 통하여 충전전류를 인가받아 충전되는 복수의 배터리 셀; 및
    보조 배터리 팩의 동작을 제어하는 보조 배터리 팩 BMS; 를 포함하여 구성되며,
    상기 보조 배터리 팩 BMS는,
    상기 보조 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부;
    상기 온도 측정부에서 측정된 온도를 기 설정된 기준 최고/최저 온도와 비교하는 온도 비교부; 및
    상기 온도 비교부의 비교 결과에 따라 상기 열선부 스위치의 온/오프를 제어하는 열선부 스위치 제어부;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 온도 비교부는,
    상기 측정된 온도가 기 설정된 기준 최저 온도 이하인 경우, 상기 열선부 스위치를 온 제어하여 열선부를 구동시키며,
    상기 열선부는,
    상기 온도 비교부에 의하여 상기 열선부 스위치가 온 제어되는 경우,
    전기 자동차의 구동 모터에서 공급되는 트리클 충전 전류를 사용하여 구동되도록, 상기 부스트 서킷을 통하지 않고 상기 외부 충/방전 단자에 직접 연결되는 것;
    을 특징으로 하는 차량의 보조 배터리 팩.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 비교부는 상기 측정된 온도가 기 설정된 기준 최고 온도 이상인 경우, 상기 열선부 스위치를 오프 제어하여 열선부 구동을 중단시키는 것을 특징으로 하는 보조 배터리 팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀은 열선이 내장되어 있는 평평한 실리콘 패드 형태의 열선부가 상부 및 하부에 접촉되어 결합되는 구조, 열선 또는 열선 밴드의 형태를 가진 열선부가 상기 배터리 셀을 가로, 세로 또는 하나씩 지그재그 감싸는 결합 구조 또는 열선부가 외곽에서 한번에 전체 배터리 셀을 감싸는 형태의 결합 구조 중 하나의 구조로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 보조 배터리 팩.
  5. 삭제
  6. 전기 자동차의 구동 모터에 구동 전력을 공급하는 메인 배터리 팩;
    상기 메인 배터리 팩의 방전 시 백업 전원으로 동작하는 보조 배터리 팩;
    상기 보조 배터리 팩의 구동 온도를 조절하는 보조 배터리 팩 온도 조절 장치;
    상기 메인 배터리 팩 또는 보조 배터리 팩으로부터 전원을 공급받아 구동되는 구동 모터; 및
    상기 구동 모터로부터 생성되는 에너지를 트리클 충전 전류로 변환하는 컨버터; 를 포함하여 구성되는 전기자동차의 구동 전원 공급시스템에 있어서,
    상기 보조 배터리 팩은,
    상기 메인 배터리 팩 및 상기 컨버터와 연결되는 외부 충/방전 단자;
    복수의 배터리 셀을 감싸도록 형성된 열선부;
    상기 열선부에 상기 충/방전 단자로부터의 전류 공급을 온/오프 하는 열선부 스위치부;
    상기 복수의 배터리 셀의 충/방전 전류를 온/오프 하는 충/방전 스위치;
    상기 외부 충/방전 단자를 통하여 입력되는 전압을 상기 복수의 배터리 셀의 충전이 가능한 전압으로 변환하는 부스트 서킷;
    상기 부스트 서킷을 통하여 충전전류를 인가받아 충전되는 복수의 배터리 셀; 및
    보조 배터리 팩의 동작을 제어하는 보조 배터리 팩 BMS; 를 포함하여 구성되며,
    상기 열선부는,
    상기 상기 열선부 스위치가 온 제어되는 경우,
    전기 자동차의 구동 모터에서 공급되는 트리클 충전 전류를 사용하여 구동되도록, 상기 부스트 서킷을 통하지 않고 상기 외부 충/방전 단자에 직접 연결되는 것;
    을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 전원 공급 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 보조 배터리 팩의 BMS는,
    상기 보조 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부;
    상기 온도 측정부에서 측정된 온도를 기 설정된 보조 배터리 팩이 허용 가능한 최고/최저 온도와 비교하는 온도 비교부; 및
    상기 온도 비교부의 비교 결과에 따라 상기 열선부 스위치부의 온/오프를 제어하는 열선부 스위치 제어부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 전원 공급 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀은 열선이 내장되어 있는 평평한 실리콘 패드 형태의 열선부가 상부 및 하부에 접촉되어 결합되는 구조, 열선 또는 열선 밴드의 형태를 가진 열선부가 상기 배터리 셀을 가로, 세로 또는 하나씩 지그재그 감싸는 결합 구조 또는 열선부가 외곽에서 한번에 전체 셀을 감싸는 형태의 결합구조 중 하나의 구조로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 전원 공급 시스템.


  9. 삭제
  10. 삭제
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