KR102493897B1 - 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치 - Google Patents

배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리가 저장되는 배터리저장공간을 갖는 배터리 케이스를 포함하되, 배터리 케이스 내부의 압력 상태를 감지하기 위한 압력센서 및 내부의 온도 상태를 감지하기 위한 온도센서가 각각 설치되는 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치에 관한 것으로서, 상기 배터리저장공간을 갖는 배터리 케이스 상에 내부의 압력 조절에 사용하기 위한 가스저장공간을 연결 설치하고, 상기 가스저장공간에는 내부로 압력조절용 가스를 충전하기 위한 가스충전밸브와, 배터리 케이스의 내부 압력 상태에 따라 압력을 조절하기 위한 2개의 제1 및 제2 압력조절밸브와 펌프를 포함하며, 상기 배터리저장공간에는 저장되는 배터리에 접촉 배치되고 열전도를 통해 내부의 온도 조절에 사용하기 위한 냉각수인입공간부가 설치되고, 상기 냉각수인입공간부에는 냉각수의 인입과 인출을 통해 내부 온도를 조절하기 위한 2개의 제1 및 제2 냉각수밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차량용 배터리팩, ESS시스템의 배터리팩, 저온 및 저기압의 특수배터리팩 등을 비롯하여 각종 산업분야에 사용 및 적용 가능한 배터리 측 효율 향상과 수명 연장을 도모할 수 있으며, 외부 사용환경 대비 압력과 온도를 상호보완적으로 조절함으로써 배터리의 화학반응속도를 조절하여 배터리의 임피던스를 조절할 수 있고, 배터리의 에너지 소모와 열화를 최소화할 수 있다.

Description

배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치{Battery Impedance Control Device using inner Temperature and Pressure Control of Battery Case}
본 발명은 차량용 배터리팩, ESS시스템의 배터리팩, 저온 및 저기압의 특수배터리팩 등을 비롯하여 각종 산업분야에 사용 및 적용 가능한 배터리 측 효율 향상과 수명 연장을 도모할 수 있도록 하는 배터리시스템 제어기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 케이스 측 내부 압력과 온도를 조절하여 배터리의 화학반응속도를 조절함으로써 궁극적으로 배터리의 임피던스를 조절할 수 있도록 하며, 이를 통해 배터리의 에너지 소모와 열화를 최소화할 수 있도록 한 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치에 관한 것이다.
일반적으로 배터리는 전기에너지를 화학에너지로 바꾸어 모아 두었다가 필요한 때에 전기로 재생하는 에너지장치로서, 충전 및 방전이 가능한 하나 이상의 전기화학 셀로 구성된 2차 전지를 일컫는 것으로서, 통상 복수의 배터리셀이 적층 사용되는 배터리팩 및 이들 복수 개를 연결하여 사용하는 배터리모듈을 포함한다.
이러한 배터리는 현재 리튬을 이용하는 리튬배터리가 주류를 이루고 있고, 이와 같은 리튬배터리의 대안으로 마그네슘배터리나 나트륨배터리 등이 연구 및 개발되어지고 있다.
그리고, 리튬배터리 등은 대용량의 에너지 저장이 가능한 것으로서, 각종 산업분야에서 아주 유용하게 활용되고 있다.
예를 들어, 산업용 배터리팩, 굴삭기나 지게차의 산업용 전동차량이나 친환경 전기자동차(EV) 등의 차량용 배터리팩, ESS시스템의 배터리팩, 저온 및 저기압의 특수배터리팩 등에 사용되고 있다.
이와 같이 다양한 산업분야에 사용되고 리튬배터리 등은 종래에 있어 배터리 충전이나 방전 용량을 제어하는 기법으로 동작 중 내부 저항에 의해서 발생되는 온도 상승이나 주위 온도에 따른 온도저하 상태에서 단순 열전도에 의한 열 조절방식만을 사용하여 배터리 측 화학반응속도를 조절하고, 이를 통해 결과적으로 배터리 측 임피던스를 조절하고 있으며, 배터리 측 화학반응속도 조절에 압력상태를 전혀 고려하지 않고 있다.
부연하여, 종래 배터리 케이스는 온도변화에 따른 케이스 내부의 압력을 제어하는 시스템이 없어서 배터리 온도에 따른 다양한 방열 방법만을 사용하고 있으며, 이에 열효율이 떨어지고 배터리시스템 전체의 효율이 현저하게 줄어드는 문제점이 있었다.
또한, 종래 배터리 케이스는 일정 온도에 도달하거나 낮아지면 팬 또는 히팅 패드를 이용한 열전도를 통해 온도를 조절하여 배터리 측 열화나 폭발방지를 최소화하고 있으나, 이러한 종래의 방식은 보조적인 에너지를 이용하여 배터리 측 온도 관리를 수행하므로 전력소모가 크게 발생되는 문제점 및 수명이 짧아지고 배터리 측 온도변화를 급격히 변화시켜 배터리의 열화를 크게 발생시키는 문제점이 있었다.
한편, 본 발명과 관련하여 종래 선행기술문헌을 살펴보면, 국내공개특허 제10-2015-0138900호에서 '연속하여 배치되는 복수의 배터리 랙; 상기 배터리 랙에서 충방전되는 에너지를 제어하는 PCS(Power Conditioning System); 및 상기 배터리 랙의 에너지 충방전을 위한 DC 버스를 포함하는 구성을 통해 PCS와 배터리 랙 간의 선로 임피던스를 유사하게 형성하여 각 배터리 랙에 흐르는 전류의 크기를 비슷하게 함으로써 대용량 베터리 시스템의 에너지 사용을 보다 용이하게 하는 배터리 랙 선로간 임피던스를 조절하기 위한 배터리 시스템'을 개시하고 있고, 국내등록특허 제10-2261447호에서 '배터리의 단자대에 보다 간편하게 결합되면서도 배터리의 임피던스를 정확하게 측정할 수 있도록 함으로써 임피던스 측정을 통한 분석 및 진단에 따른 안전성 평가 및 신뢰성을 얻기 위한 배터리의 임피던스 측정장치'를 개시하고 있다.
하지만, 이하에서 제안하는 본 발명은 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용하여 배터리 측 임피던스를 조절하는 제어기법을 제공하는 것으로서, 상술한 종래의 선행기술문헌들과는 배터리 측 효율 향상을 위한 기술적 구성 및 제어방식에서 차이를 갖는다 할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0138900호 대한민국 등록특허공보 제10-2261447호
본 발명은 상술한 문제점 등을 개선 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 차량용 배터리팩, ESS시스템의 배터리팩, 저온 및 저기압의 특수배터리팩 등을 비롯하여 각종 산업분야에 사용 및 적용 가능한 배터리 측 효율 향상과 수명 연장을 도모할 수 있도록 한 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 배터리 케이스 측 내부 압력과 온도에 대해 가스와 냉각수를 이용하여 외부 사용환경 대비 상호보완적인 조절을 수행함으로써 배터리의 화학반응속도를 조절하고, 궁극적으로 배터리의 임피던스를 조절할 수 있도록 하며, 이를 통해 배터리의 에너지 소모와 열화를 최소화할 수 있도록 한 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치는, 배터리가 저장되는 배터리저장공간을 갖는 배터리 케이스를 포함하되, 배터리 케이스 내부의 압력 상태를 감지하기 위한 압력센서 및 내부의 온도 상태를 감지하기 위한 온도센서가 각각 설치되는 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치에 있어서, 상기 배터리저장공간을 갖는 배터리 케이스 상에 내부의 압력 조절에 사용하기 위한 가스저장공간을 연결 설치하고, 상기 가스저장공간에는 내부로 압력조절용 가스를 충전하기 위한 가스충전밸브와, 배터리 케이스의 내부 압력 상태에 따라 압력을 조절하기 위한 2개의 제1 및 제2 압력조절밸브와 펌프를 포함하며, 상기 배터리저장공간에는 저장되는 배터리에 접촉 배치되고 열전도를 통해 내부의 온도 조절에 사용하기 위한 냉각수인입공간부가 설치되고, 상기 냉각수인입공간부에는 냉각수의 인입과 인출을 통해 내부 온도를 조절하기 위한 2개의 제1 및 제2 냉각수밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 압력센서로부터 배터리 케이스의 내부 압력상태를 입력받아 제1 및 제2 압력조절밸브의 개폐를 제어함으로써 배터리 케이스의 내부 압력을 조절하고, 상기 온도센서로부터 배터리 케이스의 내부 온도상태를 입력받아 제1 및 제2 냉각수밸브의 개폐를 제어함으로써 배터리 케이스의 내부 온도를 조절하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 가스충전밸브에는 압력조절용 가스가 저장되는 가스저장용기가 연결 설치되고, 상기 제1 및 제2 냉각수밸브에는 냉각수의 이동 흐름을 위한 냉각수저장용기가 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 압력조절용 가스는, 사용 안정성을 위해 불활성기체인 아르곤 가스를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 가스저장공간은, 배터리 케이스의 내부 압력을 높여주기 위한 고압 가스저장공간부와, 배터리 케이스의 내부 압력을 낮춰주기 위한 저압 가스저장공간부로 나누어지며; 상기 고압 가스저장공간부 상에는 가스충전밸브와 배터리 케이스의 내부로 가스를 인입시켜 압력을 높여주기 위한 제1압력조절밸브가 설치되고, 상기 저압 가스저장공간부 상에는 배터리 케이스의 내부로부터 압력을 빼내어 압력을 낮춰주기 위한 제2압력조절밸브가 설치되며; 상기 고압 가스저장공간부와 저압 가스저장공간부에는 펌프가 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제어부는, 압력센서와 온도센서로부터 배터리 케이스의 내부 압력과 온도 상태를 입력받는 단계; 배터리 케이스의 내부 압력과 온도 상태에 따라 온도 제어나 압력 제어 여부를 체크하는 단계; 온도 제어가 요구되는 경우, 현재 온도가 설정온도와 동일한지를 체크하되 동일하지 않을 시 제1 및 제2 냉각수밸브를 동작시켜 냉각수를 순환 처리하는 단계; 압력 제어가 요구되는 경우, 현재 압력이 설정압력과 동일한지를 체크하되 현재 압력이 설정압력보다 높을 시 제2압력조절밸브를 동작시켜 내부 압력을 낮춰주는 단계; 압력 제어가 요구되는 경우, 현재 압력이 설정압력과 동일한지를 체크하되 현재 압력이 설정압력보다 낮을 시 제1압력조절밸브와 펌프를 동작시켜 내부 압력을 높여주는 단계; 압력 제어가 요구되는 경우, 가스 충전이 필요할 시 가스충전밸브를 동작시키는 단계;로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 제어부는, 상기 배터리 케이스의 내부 온도가 너무 낮은 경우 냉각수 히팅을 통해 임계온도까지 내부 온도를 상승시킨 후 압력을 높여 배터리 임피던스를 낮추도록 제어하며, 상기 배터리 케이스의 내부 온도가 너무 높은 경우 냉각수 순환을 통해 임계온도까지 내부 온도를 낮춘 후 압력을 높여 배터리 임피던스를 낮추도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차량용 배터리팩, ESS시스템의 배터리팩, 저온 및 저기압의 특수배터리팩 등을 비롯하여 각종 산업분야에 사용 및 적용 가능한 배터리 측 효율 향상과 수명 연장을 도모할 수 있는 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 케이스 측 내부 압력과 온도에 대해 가스와 냉각수를 이용하여 외부 사용환경 대비 상호보완적인 조절을 수행함으로써 배터리의 화학반응속도를 조절하고, 궁극적으로 배터리의 임피던스를 조절하며, 이를 통해 배터리의 에너지 소모와 열화를 최소화할 수 있는 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 굴삭기나 지게차 등의 산업차량용이나 전기자동차용 배터리팩, ESS시스템의 배터리팩 또는 배터리모듈, 저온 및 저기압의 특수배터리팩, 육상드론용이나 수중드론용 배터리팩 등에 적용 및 활용할 수 있고, 배터리의 온도 조절 범위가 너무 커서 온도조절용 에너지의 절약이 요구되는 시스템 등지에도 응용할 수 있는 유용함을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치를 설명하기 위해 나타낸 평면 구성도이다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치를 설명하기 위해 나타낸 측면 구성도이다.
도 3은 발명의 실시예에 따른 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치에 있어 압력 및 온도 조절을 위한 제어 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 4는 발명의 실시예에 따른 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치를 설명하기 위해 나타낸 것으로서, 압력 및 온도에 따른 화학반응의 속도 정수를 나타낸 그래프이다.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
도 1 내지 도 4는 발명의 실시예에 따른 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치를 설명하기 위해 나타낸 도면들이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 배터리를 저장하기 위한 배터리저장공간을 갖는 배터리 케이스(10)를 기본적으로 포함하며, 상기 배터리 케이스에는 내부의 압력 상태를 감지하기 위한 압력센서(20) 및 내부의 온도 상태를 감지하기 위한 온도센서(30)가 각각 설치된다.
상기 배터리저장공간을 갖는 배터리 케이스(10) 상에 내부의 압력 조절에 사용하기 위한 가스저장공간(40)가 연결 설치된다.
상기 가스저장공간(40)에는 내부로 압력조절용 가스를 충전하기 위한 가스충전밸브(V3)가 설치되고, 배터리 케이스(10)의 내부 압력 상태에 따라 압력을 조절하기 위한 2개의 제1 및 제2 압력조절밸브(V1)(V2)와 펌프(P1)가 설치된다.
상기 가스충전밸브(V3)에는 압력조절용 가스가 저장되는 가스저장용기(40A)가 연결 설치된다.
상기 가스저장용기(40A)에 저장되는 압력조절용 가스는 사용 안정성을 위해 불활성기체인 아르곤 가스를 사용함이 바람직하다.
상기 가스저장공간(40)은 배터리 케이스(10)의 내부 압력을 높여주기 위한 고압 가스저장공간부(41)와, 배터리 케이스(10)의 내부 압력을 낮춰주기 위한 저압 가스저장공간부(42)로 나누어 구비할 수 있다.
상기 고압 가스저장공간부(41) 상에는 가스충전밸브(V3)와 배터리 케이스(10)의 내부로 가스를 인입시켜 압력을 높여주기 위한 제1압력조절밸브(V1)가 설치된다.
상기 저압 가스저장공간부(42) 상에는 배터리 케이스(10)의 내부로부터 압력을 빼내어 압력을 낮춰주기 위한 제2압력조절밸브(V2)가 설치된다.
상기 고압 가스저장공간부(41)와 저압 가스저장공간부(42)에는 펌프(P1)가 연결 설치된다.
상기 배터리 케이스(10) 내 배터리저장공간에는 저장되는 배터리에 접촉 배치되고 열전도를 통해 배터리 및 내부의 온도 조절에 사용하기 위한 냉각수인입공간부(50)가 설치된다.
상기 냉각수인입공간부(50)에는 냉각수의 인입과 인출을 통해 내부 온도를 조절하기 위한 2개의 제1 및 제2 냉각수밸브(V4)(V5)가 설치된다.
상기 제1 및 제2 냉각수밸브(V4)(V5)에는 냉각수의 이동 흐름 및 순환을 위한 냉각수저장용기가 연결 설치된다.
또한, 상기 압력센서(20)로부터 배터리 케이스(10)의 내부 압력상태를 입력받아 제1 및 제2 압력조절밸브(V1)(V2)의 개폐를 제어함으로써 배터리 케이스(10)의 내부 압력을 조절하고, 상기 온도센서(30)로부터 배터리 케이스(10)의 내부 온도상태를 입력받아 제1 및 제2 냉각수밸브(V4)(V5)의 개폐를 제어함으로써 배터리 케이스(10)의 내부 온도를 조절하는 제어부(60)를 포함한다.
상기 제어부(60)는 압력제어부와 온도제어부로 구분할 수 있다.
상기 제어부(60)는 도 3에서 보여주는 순서도에서와 같이, 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치를 제어할 수 있다.
상세하게, 도 3을 참조하면, 압력센서와 온도센서 각각으로부터 배터리 케이스의 내부 압력과 온도 상태를 입력받는다.
배터리 케이스의 내부 압력과 온도 상태에 따라 온도 제어나 압력 제어의 제어 여부를 체크한다.
온도 제어가 요구되는 경우, 현재 온도가 설정온도와 동일한지를 체크하되, 동일하지 않을 시, 제1 및 제2 냉각수밸브를 동작시켜 냉각수를 순환 처리한다.
그리고, 온도 제어가 아닌 압력 제어가 요구되는 경우, 현재 압력이 설정압력과 동일한지를 체크하되, 현재 압력이 설정압력보다 높을 시, 제2압력조절밸브를 동작시켜 내부 압력을 낮춰준다.
또한, 압력 제어가 요구되는 경우, 현재 압력이 설정압력과 동일한지를 체크하되, 현재 압력이 설정압력보다 낮을 시, 제1압력조절밸브와 펌프를 함께 동작시켜 내부 압력을 높여준다.
또한, 압력 제어가 요구되는 경우, 가스 충전이 필요할 시, 가스충전밸브를 동작시켜 가스저장공간부로 가스를 충전한다.
나아가, 상기 제어부(60)에서는 배터리 케이스(10)의 내부 온도가 너무 낮은 경우 냉각수 히팅을 통해 임계온도까지 내부 온도를 상승시킨 후 압력을 높여 배터리 임피던스를 낮추도록 제어하며, 배터리 케이스(20)의 내부 온도가 너무 높은 경우 냉각수 순환을 통해 임계온도까지 내부 온도를 낮춘 후 압력을 높여 배터리 임피던스를 낮추도록 제어한다.
이와 같은 구성 및 제어방식을 갖는 본 발명에 따른 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치를 통해서 배터리 측 임피던스를 조절하기 위한 원리를 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
가스저장공간(40)에 있어, 고압 가스저장공간부(41)에는 가스충전밸브(V3)를 이용하여 가스를 충전한다.
배터리 케이스(10)의 내부 감지되는 압력 상태를 체크하되, 압력이 높아지는 경우, 저압 가스저장공간부(42)에 설치된 제2압력조절밸브(V2)를 동작시켜 압력을 낮춰준다.
배터리 케이스(10)의 내부 감지되는 압력 상태를 체크하되, 압력이 낮은 경우, 고압 가스저장공간부(41)에 설치된 제1압력조절밸브(V1)를 동작시켜 가스 압력을 가함으로써 압력을 높여준다. 즉 배터리저장공간에 압력을 가해주는 방법으로 압력 제어를 수행한다.
그리고, 배터리 케이스(10)의 내부 온도는 2개의 제1 및 제2 냉각수밸브(V4)( V5)를 제어해서 조절한다.
도 4는 압력과 온도에 따른 배터리 화학반응의 속도 정수를 나타낸 그래프로서, 화학반응의 속도정수는 배터리의 내부 임피던스에 영향을 미치는데, 하기 수학식 1의 아랫니우스 방정식과 수학식 2의 이상기체 상태 방정식을 참조할 수 있다.
Figure 112022042764674-pat00001
Figure 112022042764674-pat00002
도 4와 수학식 1 및 수학식 2를 참조하면, 가스의 압력은 가스의 운동에너지와 비례하여 압력이 높을 경우 가스의 운동에너지가 증가하여 배터리의 화학반응의 속도정수(k)를 높이게 되고, 이는 배터리의 내부 임피던스를 감소시킨다.
이와 반대로, 압력이 낮아지면 화학반응의 속도정수(k)는 낮아지고 배터리의 내부 임피던스를 높여준다.
또한, 온도에 의한 영향은 압력과는 반대로 나타나는데, 온도가 높으면 화학반응 속도정수(k)가 내려가고 배터리의 내부 임피던스를 높여주고, 이와 반대로 온도가 낮으면 화학반응 속도정수(k)가 올라가 배터리의 내부 임피던스를 감소시킨다.
이에, 본 발명에서는 기준 압력과 온도에 대해 설정값에 따라 높거나 낮게 조절할 수 있어 배터리의 관리 기준을 정할 수 있다.
이와 같이, 온도와 압력을 이용하여 배터리의 임피던스를 용이하게 조절할 수 있으며, 특히 온도가 낮은 상태에서 배터리 방전 혹은 충전을 수행하는 경우 온도를 올리기보다는 압력을 높여줌으로써 배터리의 임피던스를 낮춰주는 제어를 수행하는 등 에너지를 절약하는 장점을 제공할 수 있다.
이에 따라, 본 발명을 통해서는 차량용 배터리팩, ESS시스템의 배터리팩, 저온 및 저기압의 특수배터리팩 등을 비롯하여 각종 산업분야에 사용 및 적용 가능한 배터리 측 효율 향상과 수명 연장을 도모할 수 있으며, 외부 사용환경 대비 압력과 온도를 상호보완적으로 조절함으로써 배터리의 화학반응속도를 조절하여 배터리의 임피던스를 조절할 수 있고, 배터리의 에너지 소모와 열화를 최소화할 수 있는 장점을 발휘할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 이러한 실시예에 극히 한정되지 않는다 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의하여 이루어지는 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등은 본 발명의 기술적 권리범위 내에 해당한다 할 것이다.
10: 배터리 케이스 20: 압력센서
30: 온도센서 40: 가스저장공간
50: 냉각수인입공간부 60: 제어부
V1: 제1압력조절밸브 V2: 제2압력제어밸브
V3: 가스충전밸브 V4: 제1냉각수밸브
V5: 제2냉각수밸브 P1: 펌프

Claims (7)

  1. 배터리가 저장되는 배터리저장공간을 갖는 배터리 케이스(10)를 포함하되, 배터리 케이스(10) 내부의 압력 상태를 감지하기 위한 압력센서(20) 및 내부의 온도 상태를 감지하기 위한 온도센서(30)가 각각 설치되는 배터리 케이스(10)의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치에 있어서,
    상기 배터리저장공간을 갖는 배터리 케이스(10) 상에 내부의 압력 조절에 사용하기 위한 가스저장공간(40)이 연결 설치되고,
    상기 배터리저장공간에는 저장되는 배터리에 접촉 배치되고 열전도를 통해 내부의 온도 조절에 사용하기 위한 냉각수인입공간부(50)가 설치되며,
    상기 냉각수인입공간부(50)에는 냉각수의 인입과 인출을 통해 내부 온도를 조절하기 위한 2개의 제1 및 제2 냉각수밸브(V4, V5)가 설치되되,
    상기 가스저장공간(40)은, 배터리 케이스(10)의 내부 압력을 높여주기 위한 고압 가스저장공간부(41)와, 배터리 케이스(10)의 내부 압력을 낮춰주기 위한 저압 가스저장공간부(42)로 나누어지며,
    상기 고압 가스저장공간부(41) 상에는 가스충전밸브(V3)와 배터리 케이스(10)의 내부로 가스를 인입시켜 압력을 높여주기 위한 제1압력조절밸브(V1)가 설치되고,
    상기 저압 가스저장공간부(42) 상에는 배터리 케이스(10)의 내부로부터 압력을 빼내어 압력을 낮춰주기 위한 제2압력조절밸브(V2)가 설치되며,
    상기 고압 가스저장공간부(41)와 저압 가스저장공간부(42)에는 펌프(P1)가 연결 설치되고,
    상기 압력센서(20)로부터 배터리 케이스(10)의 내부 압력상태를 입력받아 제1 및 제2 압력조절밸브(V1, V2)의 개폐를 제어함으로써 배터리 케이스(10)의 내부 압력을 조절하고, 상기 온도센서(30)로부터 배터리 케이스(10)의 내부 온도상태를 입력받아 제1 및 제2 냉각수밸브(V4, V5)의 개폐를 제어함으로써 배터리 케이스(10)의 내부 온도를 조절하는 제어부(60)를 포함하며,
    상기 가스충전밸브(V3)에는 압력조절용 가스가 저장되는 가스저장용기(40A)가 연결 설치되고,
    상기 제1 및 제2 냉각수밸브(V4, V5)에는 냉각수의 이동 흐름을 위한 냉각수저장용기가 연결 설치되며,
    상기 제어부(60)는,
    압력센서(20)와 온도센서(30)로부터 배터리 케이스(10)의 내부 압력과 온도 상태를 입력받는 단계;
    배터리 케이스(10)의 내부 압력과 온도 상태에 따라 온도 제어나 압력 제어 여부를 체크하는 단계;
    온도 제어가 요구되는 경우, 현재 온도가 설정온도와 동일한지를 체크하되 동일하지 않을 시 제1 및 제2 냉각수밸브(V4, V5)를 동작시켜 냉각수를 순환 처리하는 단계;
    압력 제어가 요구되는 경우, 현재 압력이 설정압력과 동일한지를 체크하되 현재 압력이 설정압력보다 높을 시 제2압력조절밸브(V2)를 동작시켜 내부 압력을 낮춰주는 단계;
    압력 제어가 요구되는 경우, 현재 압력이 설정압력과 동일한지를 체크하되 현재 압력이 설정압력보다 낮을 시 제1압력조절밸브(V1)와 펌프(P1)를 동작시켜 내부 압력을 높여주는 단계; 및
    압력 제어가 요구되는 경우, 가스 충전이 필요할 시 가스충전밸브(V3)를 동작시키는 단계;로 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력조절용 가스는,
    사용 안정성을 위해 불활성기체인 아르곤 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(60)는,
    상기 배터리 케이스(10)의 내부 온도가 너무 낮은 경우 냉각수 히팅을 통해 임계온도까지 내부 온도를 상승시킨 후 압력을 높여 배터리 임피던스를 낮추도록 제어하며,
    상기 배터리 케이스(10)의 내부 온도가 너무 높은 경우 냉각수 순환을 통해 임계온도까지 내부 온도를 낮춘 후 압력을 높여 배터리 임피던스를 낮추도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 케이스의 내부 온도 및 압력 조절을 이용한 배터리 임피던스 조절장치.
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