KR20000014269U

KR20000014269U - 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치

Info

Publication number: KR20000014269U
Application number: KR2019980027567U
Authority: KR
Inventors: 박성용; 정도양
Original assignee: 정주호; 대우자동차 주식회사
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2000-07-25

Abstract

본 고안은 축전지팩의 충방전 상태를 마이컴과 보조전원장치를 이용하여 각각의 축전지 모듈 단위로 제어하여 축전지팩의 성능을 일정하게 하고 수명을 길게 해주는 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치에 관한 것으로서, 다수개의 축전지 모듈이 직렬로 연결되어 이루어진 축전지팩과; 축전지 모듈에 연결되어 축전지 모듈의 전압을 측정하는 전압측정장치와; 축전지팩을 충전시키는 주충전기로 구성된 축전지 충방전 시스템에 있어서, 축전지팩의 전류를 측정하기 위한 전류센서 및 전류측정장치와; 상기 축전지 모듈간의 전압을 비교하여 저용량 또는 고용량의 축전지 모듈을 선택하는 마이컴과; 축전지 모듈을 개별적으로 충전시키는 보조충전기와; 저용량의 축전지 모듈을 보조충전기에 연결시키는 다중화기와; 방전시 축전지팩의 전압이 임계종지전압 도달시 축전지팩을 차단하는 릴레이로 구성된다.

Description

전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치

본 고안은 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치에 관한 것으로, 특히 축전지팩의 충방전 상태를 각각의 축전지 모듈 단위로 제어하여 축전지팩의 성능을 일정하게 하고 수명을 길게 해주는 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차는 다수개의 축전지 모듈을 직렬로 연결하여 사용하고 반복되는 충방전 횟수에 따라 축전지의 용량은 감소하게 되는데 이러한 용량의 감소는 축전지 모듈의 전압변화를 통하여 알 수 있다. 그리고 전기자동차용 축전지 모듈은 차량에 탑재하기 전에 일정한 용량을 갖도록 이퀄라이징(equalizing) 또는 레벨링(leveling)을 수행하여 모든 축전지 모듈(module)이 일정한 용량을 갖도록 한 후 충전하여 사용한다.

그러나 이러한 축전지 모듈 중에서 제조상 또는 보관상의 문제로 일부 축전지 모듈이 손상을 입게 되면 초기에는 다른 축전지 모듈과 용량의 차이가 크지 않지만 계속해서 정상적인 축전지 모듈들과 같은 조건으로 충방전을 반복하여 사용하게 되면 이상이 발생한 충전지 모듈만 과충전 또는 과방전되는 현상이 발생하게 된다.

이는 결국, 직렬로 연결된 축전지 모듈들을 손상시키고 전체 축전지팩의 수명을 감소시키게 된다. 즉 초기에는 축전지 모듈간의 용량편차가 크지 않았다가 점차 그 편차가 증가하여 축전지팩 전체의 수명저하로 이어지게 된다.

이러한 축전지 충전제어장치에 대한 기술이 한국 특허공개 89-15477와, 93-18810, 96-02446, 97-24439 에 게재되어 있는 바 그 기술내용을 살펴보면 전기자동차의 축전지팩 충방전 제어장치는 축전지의 과방전 및 과충전을 방지하기 위해서 축전지팩의 임계전압을 설정하여 충전시 충전임계전압 이상으로 되면 충전을 종료하고 방전중에 이 전압 이하가 되면 사용자에게 이를 알려주어 재충전하도록 되어있다.

도 1은 종래의 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치를 도시한 구성도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치는 다수의 축전지 모듈(10)이 직렬로 연결된 축전지팩(30)을 충전기(110)를 이용하여 충전하거나 차량운행시(즉 방전시) 전압전류를 측정하여 축전지의 충전상태(State of Charge : 이하 "SOC"라 약칭함)를 운전자에게 알려주며 축전지팩의 전압을 SOC계기판(120)에 표시하고 또한 충방전 임계전압을 벗어나면 경고를 해주거나 전지의 파워가 차단되도록 설계되어 있다.

그러나 이와 같은 종래의 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치는 전기자동차를 운행시 축전지팩의 충전상태(SOC)와 전압만을 단순히 표시해 주거나 충전장치가 축전지팩의 전압을 감지하여 이미 설정해 놓은 전압이상이 되면 다음 단계의 충전단계로 넘어가고 결국 충전임계전압 이상이 되면 충전을 중지하게 된다. 그러나 만일 한두개 축전지 모듈에 이상이 있는 경우 축전지팩 상태는 정상적으로 나타나 이상이 발생한 축전지를 발견할 수 없다.

또한 각각 축전지 모듈도 정상적인 축전지 모듈과 함께 충전되고 방전되어 축전지팩의 전체적인 용량이 감소하게 되며 축전지팩의 수명이 급격히 줄어든다는 문제점이 있다.

이에 본 고안은 상기의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 축전지팩을 구성하고 있는 각각의 축전지 모듈의 전압 및 전류를 측정하여 각 축전지 모듈의 측정결과에 따라서 충전을 독립적으로 수행할 수 있도록 하며 방전시에도 각 축전지 모듈의 전압을 측정하여 임계전압 이하가 되면 방전되는 전류량을 제한하여 축전지팩을 보호하는 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치를 도시한 구성도,

도 2는 본 고안에 따른 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치를 도시한 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

10 : 축전지 모듈 20 : 전압측정장치

30 : 축전지팩 40 : 전류센서

50 : 전류측정장치 60 : 마이컴

70 : 주충전기 80 : 보조충전기

90 : 다중화기 100 : 릴레이

110 : 충전기 120 : 계기판

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안은 다수개의 축전지 모듈이 직렬로 연결되어 이루어진 축전지팩과; 축전지 모듈에 연결되어 축전지 모듈의 전압을 측정하는 전압측정장치와; 축전지팩을 충전시키는 주충전기로 구성된 축전지 충방전 시스템에 있어서, 축전지팩의 전류를 측정하기 위한 전류센서 및 전류측정장치와; 상기 축전지 모듈간의 전압을 비교하여 저용량 또는 고용량의 축전지 모듈을 선택하는 마이컴과; 축전지 모듈을 개별적으로 충전시키는 보조충전기와; 저용량의 축전지 모듈을 보조충전기에 연결시키는 다중화기와; 방전시 축전지팩의 전압이 임계종지전압 도달시 축전지팩을 차단하는 릴레이를 포함하여 구성된 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참고로하여 본 고안의 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이 다수개의 축전지 모듈(10)과, 상기 축전지 모듈(10)이 직렬로 연결되어 이루어진 축전지팩(30)과, 상기 축전지 모듈(10)에 연결되어 축전지 모듈(10)의 전압을 측정하는 전압측정장치(20)와, 축전지팩(30)의 전류를 측정하기 위한 전류센서(40) 및 전류측정장치(50)와, 상기 전압측정장치(20)로부터 측정된 값을 충전임계전압 및 방전임계전압과 비교하며 축전지 모듈간의 전압을 비교하여 저용량 또는 고용량의 축전지 모듈을 선택하는 마이컴(CPU)(60)과; 축전지팩(30)을 충전시키는 주충전기(70)와, 축전지 모듈(10)을 각각을 독립적으로 충전시키는 보조충전기(80)와, 저용량의 축전지 모듈(10)을 보조충전기(80)에 연결시키는 다중화기(90)와, 방전시 축전지팩의 전압이 임계종지전압 도달시 축전지팩(30)을 차단하는 릴레이(100)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

먼저 전기자동차의 충전시에는 주충전기(70)에서 축전지팩(30)으로 충전전류를 흘려주어 충전을 하게 되며 충전 마지막 단계에 주충전기(70)에 의한 충전과 동시에 보조충전기(80)에 의한 충전을 하게 된다.

이때 주충전기(70)에 의한 충전은 축전지팩(30)에 대하여 일정한 전류를 흘려줌에 의한 축전지팩(30) 전체에 대한 충전이고 보조충전기(80)에 의한 충전은 축전지팩(30) 전체에 대한 충전이 아닌 선택된 축전지 모듈(10)에 대한 개별적인 충전이다.

충전이 시작되면 전압측정장치(20)는 축전지 모듈(10) 각각의 전압을 측정하고 측정된 전압값을 마이컴(60)에 보내준다. 마이컴(60)은 전압측정장치(20)로부터 축전지 모듈(10) 각각의 전압값을 입력받아 이들의 값을 비교하여 용량이 가장 낮은 축전지 모듈(10)을 찾아내는데 충전의 마지막 단계에서 보조충전기(80)에 의한 충전이 시작되면 다중화기(90)에 의해 상기의 용량이 가장 낮은 축전지 모듈(10)에 보조충전기(80)를 연결하여 주충전기(70)와 보조충전기(80)에 의한 충전을 병행하므로써 저용량의 축전지 모듈(10)을 일정한 전압으로 충전하게 된다.

이와 같은 동작을 반복하므로써 충전시 용량이 낮아진 축전지 모듈(10)과 상대적으로 용량이 큰 축전지 모듈(10)간의 충전량의 차이 즉 충전전압의 차이가 발생하는 것을 방지하여 각각의 축전지 모듈(10)들이 일정하게 충전이 된다.

다음 축전지의 방전시에는 마이컴(60)을 통해 각 축전지 모듈(10)의 전압이 방전 종지전압 이하로 떨어지면 릴레이(100)를 이용하여 그 축전지 모듈(10)의 방전을 제한하거나 차단시키는 기능을 수행하도록 하여 각 축전지 모듈(10)을 보호할 수 있도록 하였다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치는 축전지팩의 충방전 상태를 마이컴과 보조충전기를 이용하여 각각의 축전지 모듈 단위로 측정하고 제어하여 축전지 모듈의 과충전과 과방전을 방지하므로써 각 축전지 모듈을 보호해 주며 축전지팩의 성능을 일정하게 유지할 수 있게 해주는 효과가 있다.

또한 축전지의 에너지효율을 증대시켜주는 효과가 있을 뿐만 아니라 축전지팩의 수명을 연장시켜주는 뛰어난 효과가 있으므로 전기자동차 산업상 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims

다수개의 축전지 모듈(10)이 직렬로 연결되어 이루어진 축전지팩(30)과; 상기 축전지 모듈(10)에 연결되어 축전지 모듈(10)의 전압을 측정하는 전압측정장치(20)와; 상기 축전지팩(30)을 충전시키는 주충전기(70)로 구성된 축전지 충방전 시스템에 있어서,

축전지팩(30)의 전류를 측정하기 위한 전류센서(40) 및 전류측정장치(50)와; 상기 축전지 모듈(10)간의 전압을 비교하여 저용량 또는 고용량의 축전지 모듈을 선택하는 마이컴(60)과; 축전지 모듈(10)을 개별적으로 충전시키는 보조충전기(80)와; 저용량의 축전지 모듈을 보조충전기(80)에 연결시키는 다중화기(90)와; 방전시 축전지팩의 전압이 임계종지전압 도달시 축전지팩을 차단하는 릴레이(100)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 마이컴(60)은 축전지팩의 전압 및 전류를 측정하는 센서(40)와 각 축전지 모듈의 전압 및 전류를 측정하는 장치(20,50)로부터 나오는 전압을 이미 설정된 충전 및 방전 임계 전압과 비교하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보조충전기(80)는 각 축전지 모듈(10)의 전압 차이가 없도록 축전지를 개별적으로 충전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 축전지팩 충방전 제어장치.