KR20010059123A

KR20010059123A - 전기 자동차의 배터리 냉각 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20010059123A
Application number: KR1019990066508A
Authority: KR
Inventors: 윤길영
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-06

Abstract

트레이 상, 하측 내에 구비된 배터리 셀의 온도를 검출하여 연산한 후, 산출된 온도차를 임의의 설정 기준값과 비교 판단한 결과에 따라 액츄에이터들의 위치를 변경하여 유로 형성을 2원화 함으로써, 공급된 난류에 의해 배터리 셀의 냉각 불균형차를 최소화하고 냉각 효과를 극대화시킬 목적으로;

제어수단과; 상기 제어수단에서 출력되는 제어신호에 구동되는 냉각 팬과; 상기 냉각 팬과 결합되어 있어 냉각 팬 구동에 따라 대기압을 유입하는 공기 유입구와; 상기 공기 유입구와 결합되어 있는 케이스와; 상기 케이스 입구측에 위치하여 상, 하로 구동되는 제1 액츄에이터와; 상기 제1 액츄에이터의 임의의 위치에 구비되어 있어 구동 상태에 따라 연동되는 제1 도워와; 상기 케이스 임의의 위치에 구비되어 트레이와; 상기 트레이 내에 다수개로 형성되어 있는 배터리 셀과; 상기 배터리 셀의 온도를 검출하기 위해 트레이 내에 다수개로 구비되어 있는 온도 센서와; 상기 트레이 하부 출구측 임의의 위치에 구비되어 있어 상, 하로 구동되는 제2 액츄에이터와; 상기 제2 액츄에이터의 임의의 위치에 구비되어 있어 구동 상태에 따라 연동되는 제2 도워와; 상기 트레이 상부 출구측 임의의 위치에 구비되어 있어 상, 하로 구동되는 제3 액츄에이터와; 상기 제3 액츄에이터의 임의의 위치에 구비되어 있어 구동 상태에 따라 연동되는 제3 도워와; 상기 케이스 출구측에 구비되어 있어 대기압을 배출하는 공기 배출구가 구비되어 있어, 트레이 내에 구비된 배터리 셀의 성능을 극대화하고, 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

전기 자동차의 배터리 냉각 장치 및 그 방법{BATTERY COOLING SYSTEM AND THE METHOD FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 자동차의 주 동력원인 메인 배터리의 온도 의존성에 의한 용량 불균형을 해소하여 효율적으로 관리하기 위한 전기 자동차의 배터리 냉각 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

전기 자동차의 구성은 크게 모터(전동기), 컨트롤러, 인버터, 충전기, DC/DC 컨버터, 배터리 등으로 나뉘어 구성되어 있다.

상기 구성으로 이루어진 전기 자동차를 구동시키기 위한 구동원은 배터리로서, 상기 배터리는 온도에 대하여 매우 민감하다.

즉, 상기 배터리는 충전시나 방전시 열을 발생하며, 상기 발생된 열이 소정의 온도 이상으로 상승할 경우, 배터리가 손상되거나 심하게는 폭발되는 문제점과,대기온이 낮을시 전지 용량이 10∼20%를 사용할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 충, 방전시에 발생되는 열에 의해 배터리의 온도가 상승되는 것을 방지하기 위하여 종래에는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 배터리 셀(20)을 트레이(10) 내에 실장하고, 상기 트레이(10) 양쪽 임의의 부분에 공기가 유입될 수 있는 공기 유입구(30)와 상기 유입된 공기를 배출할 수 있는 배출구(40)를 형성하고, 상기 유입구(30)에는 외부 공기를 배터리 트레이(10)로 공급하는 냉각 팬(50)을 구비하였다.

또한, 상기 트레이(10) 내에 제1 ∼ 제4 온도 센서(S1 ∼ S4)를 구비하여 배터리 셀(20)에서 발생되는 열을 검출게 하고, 상기 온도 센서(S1 ∼ S4)를 제어장치(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM : BMS)(60)와 연결시킨 다음, 상기 제1 온도 센서(S1)와 제 4 온도 센서(S4)에서 검출된 배터리 셀(20)의 온도가 소정의 기준 온도 이상으로 상승함이 판단되면, 제어장치(80)는 소정의 임의의 제어신호를 트레이(10)의 유입구에 구비된 냉각 팬(50)에 출력하여, 상기 냉각 팬(50)의 구동을 제어함으로서 트레이(10)내로 유입되는 공기에 의해 배터리 셀(20)에서 발생되는 열을 식힘으로 트레이(10) 내의 온도가 소정의 기준 온도 이상으로 상승됨을 방지하였다.

그러나, 상기한 종래의 장치와 방법은 냉각 팬이 구비된 공기 유입구가 트레이의 임의의 일측 방향에 위치함에 따라 공기 유입구 측의 배터리 셀과 배출구 측의 배터리 셀의 온도차가 불균형적으로 이루어져 전지의 특성상 온도 의존성에 의해 단기적으로는 용량 불균형에 의해 제어장치(BMS)의 잔존 용량(SOC)예측 오차를 증대시키며, 장기적으로는 전지의 수명을 단축시키는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리 셀이 구비된 트레이 내의 상, 하부의 온도를 검출하여 연산한 후, 산출된 온도와 임의의 설정 기준값을 비교 판단한 결과에 따라 냉각 팬을 구동시켜 공급된 난류에 의해 배터리 셀의 냉각 효과를 극대화시킬 수 있는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명에 적용되는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치 구성 블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리 냉각 방법 동작 순서도,

도 3은 종래 전기 자동차의 배터리 냉각장치 구성 블럭도이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은, 제어수단과; 상기 제어수단에서 출력되는 제어신호에 구동되는 냉각 팬과; 상기 냉각 팬과 결합되어 있어 냉각 팬 구동에 따라 대기압을 유입하는 공기 유입구와; 상기 공기 유입구를 기준으로 상, 하부로 나뉘어 있어서, 중앙에 유로가 형성되어 잇고, 상, 하부 입구가 대양 되어 구비된 트레이와; 상기 트레이 내에 다수개로 형성되어 있는 배터리 셀과; 상기 배터리 셀의 온도를 검출하기 위해 트레이 상,하 길이 방향으로 다수개로 구비되어 있는 온도 센서와; 상기 트레이를 감싸고 있는 케이스와; 상기 케이스의 출구측에 구비되어 대기압을 배출하는 공기 배출구를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이를 실현하기 위한 또 다른 본 발명은, 전원이 인가되면, 배터리 셀 온도를 검출한 후 상기 검출된 배터리 셀 온도가 임의의 설정 기준 온도 이상이면 냉각 팬을 구동시키고, 배터리 셀 온도 검출 단계를 수행하는 단계와;

상기 단계에서 검출된 배터리 셀 온도가 임의의 설정 기준 온도 이하이면 냉각 팬을 구동을 정지시키고, 배터리 셀 온도 검출 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적을 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 적용되는 전기 자동차의 배터리 냉각장치 구성 블럭도로서, 제어수단(100)과; 상기 제어수단(100)에서 출력되는 제어신호에 구동되는 냉각 팬(110)과; 상기 냉각 팬(110)과 결합되어 있어 냉각 팬(110) 구동에 따라 대기압을 유입하는 공기 유입구(120)와; 상기 공기 유입구(120)를 기준으로 상, 하부로 나뉘어 있어서, 중앙에 유로가 형성되어 있고, 상, 하부 입구가 대양 되어 구비된 트레이(130)와; 상기 트레이(130) 내에 다수개로 형성되어 있는 배터리 셀(140)과; 상기 배터리 셀(140)의 온도를 검출하기 위해 트레이(130) 상,하 길이 방향으로 다수개로 구비되어 있는 온도 센서(S1 ∼ S4)와; 상기 트레이(130)를 감싸도록 구비된 케이스(S150)와; 상기 케이스(S150) 출구측에 구비되어 있어 대기압을 배출하는 공기 배출구(160)로 구비되어 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 전기 자동차의 배터리 냉각장치의 그 방법을 첨부한 도 2를 참조하여 설명한다.

전기 자동차에 전원을 인가되면, 제어수단(100)은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 트레이(130) 상, 하 길이 방향으로 다수개로 구비된 온도 센서(S1 ∼ S4)에 소정의 신호를 출력한다(S100).

상기 트레이(130)는 공기 유입구(120)를 기준으로 상, 하부로 나뉘어 있어서, 중앙에 유로가 형성되어 있고, 상, 하부 입구가 대양되어 있다.

상기 온도 센서(S1 ∼ S4)는 상기 트레이(130) 내에 다수개로 구비된 배터리 셀(140)의 각각 온도를 검출하여 상기 제어수단(100)으로 인가한다.

제어수단(100)은 상기 온도 센서(S1 ∼ S4)에서 검출하여 인가한 각각의 배터리 셀(140) 온도를 입력받은 후(S110), 트레이(130) 상부 출구측 배터리 셀의 온도(S4)와 상부 입구측 배터리 셀의 온도(S3)를 감산하여 온도차를 산출하고, 하부 출구측 배터리 셀의 온도(S1)와 하부 입구측 배터리 셀의 온도(S2)를 감산하여 온도차를 산출한 후, 상기 산출된 상(S4 - S3), 하부(S1 - S2)의 온도차중 한 쪽의 온도차가 임의의 설정 기준 온도 이상인가를 비교 판단하다(S120).

상기에서 산출된 상, 하부의 온도차 중 어느 한 쪽의 온도차가 임의의 설정 기준 온도 이상이면, 제어수단(100)은 소정의 구동 제어신호를 냉각 팬(110)에 출력하고, 배터리 셀(140)의 온도를 검출하는 단계(S110)를 수행한다(S130).

냉각 팬(110)은 상기 제어수단(100)에서 출력되는 소정의 구동 제어신호에 의해 구동되어 대기중의 대기압을 공기 유입구(120)를 통하여 트레이(130)내의 중앙에 형성된 유로를 따라 유입시킨다.

상기 트레이(130) 내의 중앙 유로를 따라 유입된 대기압을 실선을 따라 상, 하부 입구를 통하여 상, 하부 출구로 배출된 후, 케이스(150) 후측에 구비된 공기 배출구(160)로 배출된다.

하지만, 상기(S120)에서 산출된 상(S4 - S3), 하부(S1 - S2)의 온도차가 임의의 설정 기준 온도 이하이면, 제어수단(100)은 소정의 구동 정지신호를 냉각팬(110)에 출력하여 냉각 팬(110)의 구동을 정지시키고, 배터리 셀(140)의 온도를 검출하는 단계(S110)를 수행한다(S130).

이로써, 트레이(150) 상, 하부의 임의의 위치에 구비된 배터리 셀(160)의 온도를 임의의 설정 온도 이하로 균형 있게 유지시킬 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 배터리 냉각 장치 및 그 방법은 배터리 셀이 구비된 트레이 내의 상, 하부의 온도를 검출하여 연산한 후, 산출된 온도와 임의의 설정 기준값을 비교 판단한 결과에 따라 냉각 팬을 구동시켜 공급된 난류에 의해 배터리 셀의 냉각 효과를 극대화시켜 배터리 셀의 성능 극대화 향상 및 수명을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

제어수단과; 상기 제어수단에서 출력되는 제어신호에 구동되는 냉각 팬과; 상기 냉각 팬과 결합되어 있어 냉각 팬 구동에 따라 대기압을 유입하는 공기 유입구와; 상기 공기 유입구를 기준으로 상, 하부로 나뉘어 있어서, 중앙에 유로가 형성되어 잇고, 상, 하부 입구가 대양 되어 구비된 트레이와; 상기 트레이 내에 다수개로 형성되어 있는 배터리 셀과; 상기 배터리 셀의 온도를 검출하기 위해 트레이 상,하 길이 방향으로 다수개로 구비되어 있는 온도 센서와; 상기 트레이를 감싸고 있는 케이스와; 상기 케이스의 출구측에 구비되어 대기압을 배출하는 공기 배출구를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 냉각 장치.
전원이 인가되면, 배터리 셀 온도를 검출하는 단계와;

상기 검출된 트레이 내 상부 출구측 배터리 셀의 온도와 입구측 배터리 셀의 온도를 감산하여 온도차를 산출하고, 하부 출구측 배터리 셀의 온도와 입구측 배터리 셀의 온도를 감산하여 온도차를 산출하여, 상기 산출된 상, 하부의 온도차 중 어느 한쪽의 온도차가 임의의 설정 기준 온도 이상인가를 비교 판단하는 단계와;

상기 단계에서 상기 산출된 상, 하부의 온도차 중 어느 한쪽의 온도차가 임의의 설정 기준 온도 이상이면 냉각 팬을 구동시키고, 배터리 셀 온도 검출 단계를 수행하는 단계와;

상기 단계에서 검출된 상, 하부의 온도차가 임의의 설정 기준 온도 이하이면냉각 팬을 구동을 정지시키고, 배터리 셀 온도 검출 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리 냉각 방법.