KR102623713B1 - 전기차 배터리 관리 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

전기차 배터리 관리 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은, 전기차의 배터리에 복수로 조립된 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈의 케이스 내측에 설치되며 파우치형 배터리 셀의 스웰링 현상에 따라 가해지는 기계적인 외력에 의해 전기적 신호를 발생하는 피에조 소자 및 상기 피에조 소자로부터 수신된 상기 전기적 신호의 전압값이 임계치를 초과하면 상기 배터리의 충전량을 조절하는 BMS(Battery Management System)를 포함한다.

Description

전기차 배터리 관리 시스템 및 그 방법{ELECTRIC VEHICLE BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 전기차 배터리 관리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피에조 소자를 이용하여 배터리 스웰링(Swelling) 현상을 억제하는 전기차 배터리 관리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
전기차(Electric Vehicle, EV)의 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 조립하여 배터리 모듈을 구성하고 복수의 배터리 모듈을 조립하여 최종적으로 차량에 장착되는 배터리 팩 형태로 제작된다.
일반적으로 배터리 셀은 복수의 양극 및 음극 전극이 조립된 전극 조립체를 적층하여 알루미늄 파우치에 내장하는 파우치형으로 구성된다. 그리고, 배터리 모듈은 파우치형 배터리 셀('파우치 셀'이라고도 함)을 일정 수량 적층한 후 복수의 프레임으로 구성된 케이스에 의해 조립된다.
파우치형 셀은 가볍고 전해액의 누액 가능성이 적으며 형태에 융통성이 있어 캔형 배터리 셀에 비해 작은 부피와 질량으로 같은 용량의 배터리를 구현할 수 있는 장점이 있어 선호도가 높다.
다만 파우치 배터리 셀은 그 특성상 배터리의 충전상태(SOC) 별 셀 두께의 변동으로 인해 부풀어오르는 스웰링(swelling) 현상이 발생될 수 있고, BOL(Beginning Of Life)부터 EOL(End of Life)로 노화가 진행되면 부풀어오름 현상이 발생될 수 있다.
이러한, 파우치 셀의 스웰링 현상은 배터리 모듈의 손상과 성능 감소를 유발할 수 있으며, 심한 경우 전기장치와 접촉에 의한 아킹(Arcing) 현상으로 화재나 폭발의 우려가 있다.
그러므로, 전기차에 적용된 파우치형 셀 기반의 배터리를 관리함에 있어서 스웰링 현상 제어를 위한 안전성 확보방안이 요구된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 배터리 케이스에 장착된 피에조 소자를 이용하여 전기차 배터리의 스웰링(Swelling) 현상을 감지하고 그에 따라 배터리의 충전량을 안정적으로 조절하는 전기차 배터리 관리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전기차 배터리 관리 시스템은, 전기차의 배터리에 복수로 조립된 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈의 케이스 내측에 설치되며 배터리 셀의 스웰링 현상에 따라 가해지는 기계적인 외력에 의해 전기적 신호를 발생하는 피에조 소자; 및 상기 피에조 소자로부터 수신된 상기 전기적 신호의 전압값이 임계치를 초과하면 상기 배터리의 충전량을 조절하는 BMS(Battery Management System);를 포함한다.
또한, 상기 배터리 셀은 파우치형으로 일정 개수의 양극 전극, 음극 전극 및 분리막을 교차 적층하고 파우치에 내에 수납되어 밀봉 제작될 수 있다.
또한, 상기 피에조 소자는 복수로 적층된 상기 배터리 셀의 충방전 과정에서 팽창에 의해 발생되는 응력이 가장집중 되는 상기 케이스의 내벽 정중앙에 점착제를 통해 부착될 수 있다.
또한, 상기 피에조 소자는 상기 배터리 모듈의 발열을 고려하여 고온에 대한 내열성을 갖는 GaPO₄(Gallium phosphate) 재료로 구성될 수 있다.
또한, 상기 BMS는 상기 피에조 소자로부터 수신되면 상기 스웰링 현상이 발생된 것으로 판단하고, 상기 전압값이 임계치를 초과하면 별도의 제어 모듈을 통해 상기 배터리의 충전량을 조절하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은 충전 제어 시 배터리의 충전에 적용되는 충전 전압을 상기 피에조 소자의 전압값에 기초한 상기 배터리 셀의 팽창정도에 비례하는 양 만큼 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은 상기 피에조 소자의 전압값이 설정된 상한 임계치를 초과하여 배터리의 영구적 손상이 예상되면 즉시 충전을 강제 종료할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은 상기 배터리의 충방전 동작을 제어하기 위한 충방전 제한 임계치를 설정하여 한계전압 이상으로 과충전 되거나 한계전압 이하로 과방전 되는 것을 제한할 수 있다.
또한, 상기 BMS는 상기 전압값이 임계치를 초과하지 않더라도 상기 전압값에 기초한 누적 전압값과 스웰링 현상 발생빈도를 별도의 누적 데이터로 저장하고, 상기 누적 데이터를 고려하여 배터리 수명(Sate of Health, SOH)을 산출할 수 있다.
또한, 상기 BMS는 산출된 상기 SOH를 차량 단말기를 통해 사용자에게 표시하도록 제어하되, 상기 SOH가 성능 기준치 이하로 떨어지면 사용자에게 교체시기를 알람 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, BMS(Battery Management System)의 전기차 배터리 관리 방법은, a) 전기차의 배터리 충전 시 배터리 모듈의 케이스 내부에 부착된 피에조 소자를 이용하여 배터리 셀의 팽창에 따른 배터리 스웰링 현상 발생여부를 감시하는 단계; b) 피에조 소자로부터 상기 배터리 셀의 팽창에 따른 외력으로 발생된 전압값을 수신하면 상기 스웰링 현상이 발생된 것으로 판단하는 단계; 및 c) 상기 전압값이 설정된 임계치를 초과하면 안전을 위해 배터리 충전량을 조절하는 충전 제어를 수행하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 전기차의 충전은 외부 전원을 이용한 배터리 충전, 주행 중 회생제동 에너지 충전 및 상기 전기차에 별도로 구비된 보조 배터리에 의한 충전 중 적어도 하나의 충전상황을 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 제어 모듈을 통해 현재 배터리의 충전 전압을 상기 피에조 소자의 전압값에 기초한 배터리 셀의 팽창정도에 비례하는 양 만큼 감소하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 상기 배터리 스웰링 현상에 따른 배터리 충전 제어 상황을 사용자에게 알람 하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계이후에, d) 상기 전압값이 설정된 임계치를 초과하지 않으면 상기 전압값에 기초한 누적 전압값과 스웰링 현상 발생빈도를 별도의 누적 데이터로 저장하고 상기 누적 데이터를 고려하여 배터리 수명(SOH)을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, 산출된 상기 SOH를 차량 단말기를 통해 사용자에게 표시하도록 제어하되, 상기 SOH가 성능 기준치 이하로 떨어지면 사용자에게 교체시기를 알람 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 케이스에 장착된 피에조 소자를 이용한 배터리의 스웰링 현상 발생을 감지하고 그에 따른 배터리 충전량을 조절함으로써 배터리의 손상을 예방하고 안정적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 피에조 소자를 이용하여 측정된 전압값의 누적 데이터를 고려한 배터리 배터리 수명(SOH)를 파악함으로써 사용자에게 배터리의 노후에 따른 교체시기를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전기차의 다양한 충전상황에서의 스웰링 현상을 최대한 억제하고 안정적으로 관리함으로써 배터리의 급격한 노후화를 예방하고 사용 수명을 연장하는 효과를 기대할 수 있다
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기차의 배터리 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기차 배터리 관리 시스템의 구성을 나타낸 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 피에조 소자를 활용한 스웰링 현상 감지 방법을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전기차 배터리 관리 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 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 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. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결된다'거나 '접속된다'고 언급되는 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결된다'거나 '직접 접속된다'고 언급되는 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
명세서 전체에서, 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.
명세서 전체에서, '포함한다', '가진다' 등과 관련된 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 포함한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 전기차 배터리 관리 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기차의 배터리 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기차 배터리 관리 시스템의 구성을 나타낸 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 관리 시스템은 전기차의 고전압 배터리(100)에 복수로 조립된 배터리 모듈(110), 상기 배터리 모듈(110)의 케이스(111) 내측에 설치되며 배터리 셀(112)의 스웰링 현상에 따라 가해지는 기계적인 외력에 의해 전기적 신호를 발생하는 피에조 소자(120) 및 상기 피에조 소자(120)로부터 수신된 상기 전기적 신호가 임계치를 초과하면 상기 배터리(100)의 충전량을 조절하는 BMS(Battery Management System)를 포함한다
배터리(100)는 복수의 배터리 모듈(110)이 배치된 고출력 대용량 배터리 팩으로서 배터리 모듈(110)에 전기를 충전하고 전기차의 모터에 구동을 위해 방전하는 에너지원이다.
배터리 모듈(110)은 복수로 적층된 리튬 폴리머 파우치형 배터리 셀(112)과 이를 수납하는 케이스(111)를 포함한다. 배터리 셀(112)은 정해진 용량에 따라 일정 개수의 양극 전극, 음극 전극 및 분리막을 교차 적층하고 파우치에 내에 수납되어 밀봉 제작된다.
케이스(111)는 직육면체 형상의 조립구조를 가지며, 이를 통해 내부에 수납된 배터리 셀(112)을 보호한다.
피에조 소자(120)는 배터리 모듈(110)의 케이스(111) 내부에 점착제(121)를 통해 부착되며, BMS(200)와 케이블을 통해 전기적으로 연결된다.
피에조 소자(120)는 복수로 적층된 배터리 셀(112)이 충방전 과정에서 팽창에 의해 발생되는 응력이 가장집중 되는 케이스(111)의 내벽 정중앙에 점착제(121)를 통해 부착된다.,
피에조 소자(120)는 복수로 구성되어 배터리 셀(112)이 적층된 방향의 양단과 접촉 가능하게 케이스(111)의 내벽 정중앙에 점착제(121)를 통해 부착될 수 있다.
여기서, 피에조 소자(120)는 기계적인 외력이 가해지면 전압을 발생하거나 반대로 전압이 걸리면 기계적인 변형을 일으키는 일종의 압전 소자이다.
피에조 소자(120)는 양전화 입자와 음전하 입자가 규칙적으로 배열되어 전기적으로 중성이며 외력이 가해지면 결정 내에 양전하 입자와 음전하 입자의 위치가 바뀌면서 전기적 에너지를 발생한다.
이러한, 피에조 소자(120)는 배터리 모듈(110)의 발열특성을 고려하여 1,000ㅀC까지의 고온에 대한 내열성을 갖는 GaPO₄(Gallium phosphate) 등 재료로 구성될 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 피에조 소자를 활용한 스웰링 현상 감지 방법을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 전기차의 배터리 모듈(110)에 사용되는 파우치형 배터리 셀(112)은 전해액이 모두 일체화된 셀 내부에 주입되어 있기 때문에 각 셀이 과충전되면 전압이 상승하게 되며, 과열로 인해 셀 내부의 전해액이 분해되어 가연성 가스를 유발하여 파우치 자체가 부풀어오르는 스웰링 현상이 발생한다. 또한, 배터리 셀(112)은 충방전이 반복되는 특성상 BOL(Beginning Of Life)으로부터 EOL(End of Life)로 노후화가 진행되면서 팽창되는 스웰링 현상이 발생될 수 있다. 또한, 이와 연관하여 과도한 스웰링 현상의 반복으로 노후화 속도가 빠르게 진행될 수 있다.
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 피에조 소자(120)는 배터리 모듈(110)의 케이스(111) 내부에 부착되어 배터리 셀(112)이 팽창되는 스웰링 현상으로 인해 가해지는 기계적 외력(압력)에 따라 전기적 신호을 발생하여 BMS(200)로 전송하는 역할을 한다. 여기서, 상기 전기적 신호는 스웰링 현상 발생 여부를 감지하는 신호로써, 피에조 소자(120)에 가해지는 상기 외력의 크기에 따른 전압값과 동일한 의미한다. 그러므로, BMS(200) 측에서는 상기 전압값의 크기에 따라 해당 스웰링 정도를 파악할 수 있다.
BMS(200)는 피에조 소자(120)로부터 수신된 전압값이 설정 임계치를 초과하면 배터리(100)의 충전량을 조절하는 안정화 제어를 수행하고, 차량 단말기를 통해 사용자에게 알람 한다. 여기서, 상기 임계치는 상기 스웰링 현상으로 인한 배터리 모듈(110)의 손상과 성능 감소를 예방하기 위해 시험을 통한 학습 및 미리 지정된 알고리즘(예를 들어, 프로그램 및 확률 모델)을 통해 설정될 수 있다. 또한, 상기 차량 단말기는 클러스터, 내비게이션 장치 및 스마트폰과 같이 차량에 연결된 사용자 단말기일 수 있다.
BMS(200)는 배터리(100)의 작동 영역 내에서 전류, 전압, 온도 등을 센서를 통해 검출하여 충방전과 배터리 상태를 최적의 유지상태로 제어하며, 이를 위한 적어도 하나의 프로그램 및 데이터를 메모리에 저장하고, 그 운용에 따라 생성되는 배터리 상태 데이터를 누적할 수 있다. 여기서, 상기 배터리 상태는 배터리의 충전상태(State Of Charge) 뿐만 아니라 가장 이상적인 신품 상태를 기준으로 배터리의 현재 상태를 비교한 배터리 수명(Sate of Health, SOH)을 포함한다.
BMS(200)는 상기 피에조 소자(120)의 전압값이 설정된 임계치를 초과 시 별도의 제어 모듈(210)을 통해 배터리 충전을 제어한다.
제어 모듈(210)은 상기 충전 제어 시 배터리의 충전에 적용되는 충전 전압을 상기 피에조 소자(120)의 전압값에 기초한 배터리 셀(112)의 팽창정도에 비례하는 양 만큼 감소시킬 수 있다.
또한, 제어 모듈(210)은 상기 피에조 소자(120)의 전압값이 상한 임계치를 초과하여 배터리의 영구적 손상이 예상될 경우 즉시 충전을 강제 종료할 수 있다.
이러한, 제어 모듈(210)은 배터리(100)의 안전한 관리를 위해 충방전 동작을 제어하기 위한 충방전 제한 임계치를 설정하여 한계전압 이상으로 과충전 되거나 한계전압 이하로 과방전 되는 것을 제한한다.
한편, BMS(200)는 상기 전압값이 임계치를 초과하지 않더라도 수신된 전압값에 기초한 누적 전압값과 스웰링 현상 발생빈도를 별도의 누적 데이터로 저장하고, 상기 누적 데이터를 고려하여 배터리 수명(SOH)을 산출한다. 그리고, BMS(200)는 산출된 배터리 수명(SOH)을 차량 단말기를 통해 사용자에게 표시하도록 제어하되, 상기 배터리 수명(SOH)이 성능 기준치 이하로 떨어지면 교체시기를 알람 할 수 있다.
이러한 BMS(200)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로를 포함하여 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시 예에 따른 피에조 소자(120)를 이용하여 배터리 스웰링 현상을 억제하는 전기차 배터리 관리 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.
이러한 전기차 배터리 관리 방법은 아래의 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전기차 배터리 관리 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 BMS(200)가 배터리 모듈(112)에 부착된 피에조 소자(120)를 이용하여 배터리 스웰링 현상을 억제하기 위한 전기차 배터리 관리 방법의 제어 흐름을 보여준다.
BMS(200)는 전기차의 충전 시 배터리 모듈(112)의 케이스(111) 내부에 부착된 피에조 소자(120)를 이용하여 배터리 셀(112)의 팽창에 따른 배터리 스웰링 현상 발생여부를 감시한다(S1). 여기서, 상기 전기차의 충전은 외부 전원을 이용한 배터리 충전 뿐만 아니라 주행 중 회생제동 에너지 충전 혹은 전기차에 별도로 구비된 보조 배터리에 의한 보조 에너지 충전 등 다양한 충전상황을 포함할 수 있다.
BMS(200)는 피에조 소자(120)로부터 전기적 신호(전압값)가 수신되지 않으면(S2; 아니오), 감시를 계속한다.
반면, BMS(200)는 피에조 소자(120)로부터 전기적 신호(전압값)를 수신하면(S2; 예), 스웰링 현상이 발생된 것으로 판단하고(S3), 그 전압값이 설정된 임계치를 초과하면(S4; 예), 배터리 스웰링 현상에 대응하는 안전을 위해 배터리의 충전량을 조절하는 충전 제어를 수행한다(S5). 이 때, BMS(200)는 제어 모듈(210)을 통해 현재 배터리의 충전 전압을 상기 피에조 소자(120)의 전압값에 기초한 배터리 셀(112)의 팽창정도에 비례하는 양 만큼 감소하도록 제어할 수 있다.
BMS(200)는 상기 배터리 스웰링 현상에 따른 배터리 충전 제어 상황을 사용자에게 알람 한다(S8).
한편, 상기 S3 단계에서, BMS(200)는 상기 스웰링 현상에 따라 수신된 상기 전압값이 설정된 임계치를 초과하지 않으면(S4; 아니오), 상기 전압값에 기초한 누적 전압값과 스웰링 현상 발생빈도를 별도의 누적 데이터로 저장하고(S6), 상기 누적 데이터를 고려하여 배터리 수명(SOH)을 산출한다(S7).
그리고, BMS(200)는 산출된 배터리 수명(SOH)을 차량 단말기를 통해 사용자에게 표시한다(S8). 이 때, BMS(200)는 상기 배터리 수명(SOH)이 성능 기준치 이하로 떨어지면 교체시기를 사용자에게 알람 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 케이스에 장착된 피에조 소자를 이용한 배터리의 스웰링 현상을 검출하고 그에 따른 배터리 충전량을 조절함으로써 배터리의 손상을 예방하고 안정적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 피에조 소자를 이용하여 측정된 전압값의 누적 데이터를 고려한 배터리 배터리 수명(SOH)를 파악함으로써 사용자에게 배터리의 노후에 따른 교체시기를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전기차의 다양한 충전상황에서의 스웰링 현상을 최대한 억제하고 안정적으로 관리함으로써 배터리의 급격한 노후화를 예방하고 사용 수명을 연장하는 효과를 기대할 수 있다
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 배터리
110: 배터리 모듈
111: 케이스
112: 배터리 셀
120: 피에조 소자
121: 전착제
200: BMS
210: 제어 모듈

Claims (16)

  1. 전기차의 배터리에 복수로 조립된 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈의 케이스 내측에 설치되며 배터리 셀의 스웰링 현상에 따라 가해지는 기계적인 외력에 의해 전기적 신호를 발생하는 피에조 소자; 및
    상기 피에조 소자로부터 수신된 상기 전기적 신호의 전압값이 임계치를 초과하면 상기 배터리의 충전량을 조절하는 BMS(Battery Management System);를 포함하며,
    상기 BMS는 상기 피에조 소자로부터 상기 전압값이 수신되면 상기 스웰링 현상이 발생된 것으로 판단하고 상기 전압값이 임계치를 초과하면 별도의 제어 모듈을 통해 상기 배터리의 충전량을 조절하도록 제어하되, 충전 제어 시 배터리의 충전에 적용되는 충전 전압을 상기 피에조 소자의 전압값에 기초한 상기 배터리 셀의 팽창정도에 비례하는 양 만큼 감소시키는 전기차 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은
    파우치형으로 일정 개수의 양극 전극, 음극 전극 및 분리막을 교차 적층하고 파우치 내에 수납되어 밀봉 제작되는 전기차 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피에조 소자는
    복수로 적층된 상기 배터리 셀의 충방전 과정에서 팽창에 의해 발생되는 응력이 가장집중 되는 상기 케이스의 내벽 정중앙에 점착제를 통해 부착되는 전기차 배터리 관리 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피에조 소자는
    상기 배터리 모듈의 발열을 고려하여 고온에 대한 내열성을 갖는 GaPO₄(Gallium phosphate) 재료로 구성되는 전기차 배터리 관리 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은
    상기 피에조 소자의 전압값이 설정된 상한 임계치를 초과하여 배터리의 영구적 손상이 예상되면 즉시 충전을 강제 종료하는 전기차 배터리 관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 모듈은
    상기 배터리의 충방전 동작을 제어하기 위한 충방전 제한 임계치를 설정하여 한계전압 이상으로 과충전 되거나 한계전압 이하로 과방전 되는 것을 제한하는 전기차 배터리 관리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는
    상기 전압값이 임계치를 초과하지 않더라도 상기 전압값에 기초한 누적 전압값과 스웰링 현상 발생빈도를 별도의 누적 데이터로 저장하고, 상기 누적 데이터를 고려하여 배터리 수명(Sate of Health, SOH)을 산출하는 전기차 배터리 관리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 BMS는
    산출된 상기 SOH를 차량 단말기를 통해 사용자에게 표시하도록 제어하되, 상기 SOH가 성능 기준치 이하로 떨어지면 사용자에게 교체시기를 알람 하는 전기차 배터리 관리 시스템.
  11. BMS(Battery Management System)의 전기차 배터리 관리 방법에 있어서,
    a) 전기차의 배터리 충전 시 배터리 모듈의 케이스 내부에 부착된 피에조 소자를 이용하여 배터리 셀의 팽창에 따른 배터리 스웰링 현상 발생여부를 감시하는 단계;
    b) 피에조 소자로부터 상기 배터리 셀의 팽창에 따른 외력으로 발생된 전압값을 수신하면 상기 스웰링 현상이 발생된 것으로 판단하는 단계; 및
    c) 상기 전압값이 설정된 임계치를 초과하면 안전을 위해 배터리 충전량을 조절하는 충전 제어를 수행하는 단계;를 포함하되,
    상기 c) 단계는, 제어 모듈을 통해 현재 배터리의 충전 전압을 상기 피에조 소자의 전압값에 기초한 배터리 셀의 팽창정도에 비례하는 양 만큼 감소하도록 제어하는 단계를 포함하는 전기차 배터리 관리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전기차의 충전은
    외부 전원을 이용한 배터리 충전, 주행 중 회생제동 에너지 충전 및 상기 전기차에 별도로 구비된 보조 배터리에 의한 충전을 중 적어도 하나의 충전상황을 포함하는 전기차 배터리 관리 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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