KR20110090236A - 배터리 시스템 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 배터리 팩을 각각의 케이스에 장착하고, 배터리 팩의 온도를 측정하여 복수의 배터리 팩 중 과열 배터리 팩을 냉각시킬 수 있는 배터리 시스템 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
일례로, 복수의 배터리 팩; 상기 복수의 배터리 팩에 압축된 냉각 공기를 제공하는 공기 압축기; 상기 복수의 배터리 팩과 상기 공기 압축기 사이에 형성되며, 복수의 밸브를 갖는 가스 분기구; 상기 복수의 배터리 팩 각각의 온도에 따라 상기 복수의 밸브 각각의 개폐를 조절하는 제어부를 포함하는 배터리 시스템을 개시한다.

Description

배터리 시스템 및 그 구동 방법{Battery system and driving method thereof}
본 발명은 배터리 시스템 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
가솔린이나 중유를 주연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해 발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서, 최근에는 공해 발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차가 개발되고 있다.
전기 자동차는 배터리(Battery)에서 출력되는 전기 에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 배터리 팩(battery pack)이 하나의 모듈로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용한다.
이러한 배터리는 다수의 배터리 팩이 하나의 모듈로 형성되어 배터리 케이스에 수용된다. 다수의 배터리 팩 중 어느 하나가 과열되었을 경우 배터리 전체의 온도가 상승되고 상기 배터리를 냉각시키기까지 시간과 비용이 많이 들게 된다. 따라서, 각 배터리 팩의 온도를 측정하여 각 배터리 팩 중 과열된 배터리 팩을 검출하고 과열된 배터리 팩을 빠르게 냉각 시키는 배터리 시스템이 필요하다.
본 발명이 해결하려는 과제는 배터리 팩의 온도를 측정하여 복수의 배터리 팩 중 과열 배터리 팩을 냉각시킬 수 있는 배터리 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 해결하려는 과제는 배터리 팩의 가스 누출 여부를 측정하여 복수의 배터리 팩 중 가스 누출 배터리 팩의 가스를 방출시킬 수 있는 배터리 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은 복수의 배터리 팩; 상기 복수의 배터리 팩에 압축된 냉각 공기를 제공하는 공기 압축기; 상기 복수의 배터리 팩과 상기 공기 압축기 사이에 형성되며, 복수의 밸브를 갖는 가스 분기구; 및 상기 복수의 배터리 팩 각각의 온도에 따라 상기 복수의 밸브 각각의 개폐를 조절하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도 보다 높으면 해당 배터리 팩의 밸브를 열 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩 중 적어도 하나의 온도가 제 1 기준온도 보다 높으면 상기 공기 압축기의 밸브를 열 수 있다.
상기 제어부는 상기 배터리 팩에서 가스가 발생되면 해당 배터리 팩의 밸브를 열 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩 중 적어도 하나의 배터리 팩에서 가스가 발생되면 상기 공기 압축기의 밸브를 열 수 있다.
상기 배터리 팩에는 기체가 들어오는 입구부와 기체가 나가는 출구부가 형성될 수 있다. 상기 입구부의 내부에는 나팔관 형태의 분배 부재가 형성될 수 있다.또한, 상기 입구부에는 상기 가스 분기부에서 나오는 기체가 들어오도록 입구배관이 연결되고, 상기 출구부에는 상기 기체가 나가도록 출구배관이 연결될 수 있다. 상기 출구배관은 상기 입구배관의 직경과 같거나 클 수 있다. 상기 입구배관은 상기 가스 분기부로부터 멀리 떨어진 배터리 팩에 연결되는 배관 일수록 직경이 클 수 있다.
상기 가스 분기구에는 상기 복수의 배터리 팩에 압축된 소화 가스를 제공하는 소화부가 더 연결될 수 있다.
상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩 중 적어도 하나의 온도가 제 2 기준온도 보다 높으면 상기 소화부의 밸브를 열 수 있다. 상기 제어부는 상기 배터리 팩의 온도가 제 2 기준온도 보다 높으면 해당 배터리 팩의 밸브를 열 수 있다.
상기 소화 가스는 이산화탄소, 질소, 아르곤, 탄산가스, 네온, 헬륨, 크립톤 등의 불연성 가스가 압축될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구동 방법은 복수의 배터리 팩의 온도를 측정하는 배터리 팩 온도 측정 단계; 상기 복수의 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도 보다 큰지 비교하는 배터리 팩 온도와 기준온도 비교 단계; 상기 복수의 배터리 팩 중에서 상기 제 1 기준온도 보다 큰 배터리 팩을 과열 배터리 팩으로 판단하는 과열 배터리 팩 판단 단계; 및 상기 과열 배터리 팩을 냉각 시키는 배터리 팩 냉각 단계를 포함한다.
상기 배터리 팩 냉각 단계에서는 공기 압축기의 밸브를 열 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩 냉각 단계에서는 상기 과열 배터리 팩의 밸브를 열 수 있다.
상기 배터리 팩 온도와 기준온도 비교 단계에서는 상기 제 1 기준온도 보다 높은 제 2 기준온도를 설정할 수 있다.
상기 배터리 팩 냉각 단계에서는 상기 배터리 팩의 온도가 상기 제 2 기준온도 보다 큰 경우 소화부의 밸브를 열 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 구동 방법은 복수의 배터리 팩에서 발생하는 가스를 감지하는 가스 감지 단계; 상기 배터리 팩 중 가스가 발생하는 배터리 팩을 알리는 가스 누출 배터리 팩 알림 단계; 상기 가스 누출 배터리 팩에서 발생하는 가스를 외부로 방출하는 가스 방출 단계를 포함한다.
상기 가스 방출 단계에서는 공기 압축기의 밸브를 열 수 있다.
본 발명에 실시예에 따른 배터리 시스템 및 그 구동 방법은 복수의 배터리 팩을 각각의 케이스에 장착하고, 배터리 팩의 온도를 측정하여 복수의 배터리 팩 중 과열 배터리 팩을 검출하여 해당 배터리 팩을 냉각시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 및 그 구동 방법은 복수의 배터리 팩 중 과열된 배터리 팩을 선택적으로 냉각시킴으로써 배터리의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템 및 그 구동 방법은 복수의 배터리 팩을 각각의 케이스에 장착하고, 배터리 팩에서 발생되는 가스를 감지하여 복수의 배터리 팩 중 가스 누출 배터리 팩을 검출하여 해당 배터리 팩에서 발생되는 가스를 외부로 방출시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템 및 그 구동 방법은 배터리 팩에서 발생되는 가스를 외부로 방출시킴으로써 배터리의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 시스템을 구체적으로 보여주는 도면이다.
도 3a은 도 2에 도시된 배터리의 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 배터리 팩의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이고 도 2는 도 1에 도시된 배터리 시스템을 구체적으로 보여주는 도면이다. 도 3a은 도 2에 도시된 배터리의 사시도이고 도 3b는 도 3a에 도시된 배터리 팩의 단면도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면. 본 발명에 따른 배터리 시스템은 배터리(10), 제어부(20), 가스 분기부(30), 공기 압축기(40) 및 소화부(50)를 포함한다.
상기 배터리(10)는 서로 직렬로 연결된 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140)으로 이루어진다. 상기 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140)은 예시적으로 4개로 표시되었으며, 제 1 배터리 팩(110), 제 2 배터리 팩(120), 제 3 배터리 팩(130), 제 4 배터리 팩(140)으로 구분하기로 한다. 도면에서는, 제 1 배터리 팩(110) 내지 제 4 배터리 팩(140) 각각이 서로 직렬로 연결된 6개의 충전 가능한 배터리 셀을 포함하여, 배터리가 총 24개의 배터리 셀을 포함하는 것이 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 각 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 하나의 그룹으로 표시한 것에 불과한 것이고, 배터리(10)는 제 1 배터리 팩(110) 내지 제 4 배터리 팩(140)의 구분없이 24개의 배터리 셀이 직접 연결되어 구성될 수도 있다.
상기 제 1 배터리 팩(110)은 복수의 배터리 셀(111) 및 상기 복수의 배터리 셀(111)이 수용되는 케이스(112)를 포함한다. 상기 케이스(112)의 상면에는 기체가 들어오는 입구부(113)가 형성되고, 하면에는 기체가 나가는 출구부(114)가 형성된다.
상기 입구부(113)는 상기 케이스(112) 위로 돌출되게 형성되며, 상기 입구부(113)에는 기체가 지나가는 통로인 입구배관(115)이 연결되어 있다. 또한, 상기 입구부(113)의 내부에는 분배 부재(117)가 형성되어 있다. 또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 분배 부재(117)는 별도의 연결 부재(미도시)로 상기 입구부(113)에 고정될 수 있다. 상기 분배 부재(117)는 나팔관 형태로 이루어져 있다. 상기 분배 부재(117)는 상기 입구 배관(115)을 통해서 들어온 기체를 케이스(112)의 구석까지 보내는 역할을 한다. 따라서, 상기 분배 부재(117)는 상기 복수의 배터리 셀(111)을 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
상기 출구부(114)는 상기 케이스(112) 아래로 돌출되게 형성되며, 상기 출구부(114)에는 기체가 지나가는 출구배관(116)이 연결되어 있다. 상기 출구배관(116)은 입구배관(115)을 통해 들어온 기체가 배출될 수 있도록 상기 출구배관(116)의 직경(BD1)은 상기 입구배관(115)의 직경(TD1)과 같거나 크게 형성된다. 만약에 상기 출구배관(116)의 직경(BD1)이 입구배관(115)의 직경(TD1)보다 작으면 상기 입구배관(115)을 통해 들어온 기체가 밖으로 배출되기가 어렵다.
상기 제 2 배터리 팩(120) 내지 제 4 배터리 팩(140)은 상기 제 1 배터리 팩(110)과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 배터리 팩(110) 내지 제 4 배터리 팩(140)은 가스 분기부(30)에 입구배관(115, 125, 135, 145)을 통해 연결되어 있다. 여기서, 상기 가스 분기부(30)와 가까이에 위치하는 배터리 팩을 제 1 배터리 팩(110)이라 하고, 가장 멀리 위치하는 배터리 팩을 제 4 배터리 팩(140)이라 가정한다. 상기 가스 분기부(30)에서 기체를 동시에 각각의 배터리 팩에 보낼 경우, 상대적으로 가까이에 있는 제 1 배터리 팩(110)에는 전달이 잘되고, 상대적으로 멀리에 있는 제 4 배터리 팩(140)에는 전달이 잘 안될 수 있다. 따라서, 상기 가스 분기부(30)에서 멀리 떨어진 배터리 팩에 연결되는 입구배관의 직경을 더 크게 형성하여 멀리 떨어진 배터리 팩에도 효율적으로 전달할 수 있다. 즉, 상기 가스 분기부(30)로부터 멀리 떨어진 배터리 팩에 연결될수록 입구배관의 직경이 커질 수 있다. 예를 들면, 제 1 배터리 팩(110)의 입구배관(115)의 직경(TD1)보다 제 2 배터리 팩(120)의 입구배관(125)의 직경(TD2)이 더 크고, 제 2 배터리 팩(120)의 입구배관(125)의 직경(TD2)보다 제 3 배터리 팩(130)의 입구배관(135)의 직경(TD3)이 더 크며, 제 3 배터리 팩(130)의 입구배관(135)의 직경(TD3)보다 제 4 배터리 팩(140)의 입구배관(145)의 직경(TD4)이 더 크다. (TD1 < TD2 < TD3 < TD4)
상기 제어부(20)에는 온도 측정부(21), 가스 감지부(22) 및 저장부(23)가 연결될 수 있다.
상기 온도 측정부(21)는 상기 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각에 연결된 온도센서를 통해서 각각의 배터리 팩의 온도를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 온도 측정부(21)가 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각의 온도를 측정하여 제어부(20)로 전송하면, 상기 제어부(20)는 저장부(23)에 저장한다.
상기 가스 감지부(22)는 상기 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각에 연결된 센서를 통해서 배터리 팩에서 가스가 발생되는지를 감지할 수 있다. 또한, 상기 가스 감지부(22)는 가스가 발생되는 배터리 팩의 정보를 상기 제어부(20)에 전송할 수 있다.
상기 저장부(23)는 상기 온도 측정부(21)로부터 측정된 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각의 온도를 저장한다. 또한, 상기 저장부(23)에는 과열 배터리 팩 및 연소 배터리 팩을 검출하는데 사용되는 제 1 기준온도와 제 2 기준온도를 저장한다.
상기 제어부(20)는 온도 측정부(21)가 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각의 온도를 일정 시간마다 측정하도록 한다. 상기 제어부(20)는 온도 측정부(21)로부터 측정된 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각의 온도가 제 1 기준온도 보다 높은지 비교한다. 상기 제어부(20)는 제 1 기준온도 보다 높은 배터리 팩을 과열 배터리 팩으로 판단하고, 압축기 밸브(41)와 해당 배터리 팩의 밸브를 열어 배터리 팩을 냉각시킨다.
예를 들어, 제 2 배터리 팩(120)의 온도가 제 1 기준온도 보다 높을 경우, 상기 제어부(20)는 공기 압축기(40)와 가스 분기부(30) 사이에 형성된 압축기 밸브(41)를 열고, 제 1 기준온도(REF1) 보다 온도가 높은 제 2 배터리 팩(120)에 연결된 제 2 밸브(32)를 연다. 그러면, 상기 공기 압축기(40)에 압축된 냉각 공기는 가스 분기부(30)를 거쳐 밸브가 열린 제 2 배터리 팩(120)으로 흐르게 되어 상기 제 2 배터리 팩(120)을 냉각시키게 된다. 그리고 상기 제어부(20)는 상기 제 2 배터리 팩(120)의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 보다 낮아지면, 제 2 배터리 팩(120)에 연결된 제 2 밸브(32)와 압축기 밸브(41)를 닫는다.
또한, 상기 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 중에서 제 1 배터리 팩(110) 및 제 2 배터리 팩(120)의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 보다 높을 경우, 상기 제어부(20)는 압축기 밸브(41)와 제 1 배터리 팩(110) 및 제 2 배터리 팩(120)에 연결된 제 1 밸브(31) 및 제 2 밸브(32)를 열어 상기 제 1 배터리 팩(110) 및 제 2 배터리 팩(120)을 냉각시킨다. 여기서, 제 1 배터리 팩(110)의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 보다 낮아지고 제 2 배터리 팩(120)의 온도가 아직 제 1 기준온도(REF1) 보다 높을 경우, 상기 제어부(20)는 제 1 배터리 팩(110)에 연결된 제 1 밸브(31)만 닫는다. 즉, 상기 제어부(20)는 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 중 적어도 하나의 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 보다 높으면 상기 압축기 밸브(41)를 연다.
상기 제어부(20)는 온도 측정부(21)로부터 측정된 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각의 온도를 제 1 기준온도(REF1)와 비교하여, 상기 제 1 기준온도(REF1) 보다 높은 배터리 팩의 온도가 제 2 기준온도(REF2) 보다 큰지 비교한다. 여기서, 제 2 기준온도(REF2)는 제 1 기준온도(REF1) 보다 높은 온도로 설정된다. 상기 제어부(20)는 제 1 기준온도(REF1) 및 제 2 기준온도(REF2) 보다 큰 배터리 팩이 있다면 해당 배터리 팩에서 연소가 일어나는 것으로 판단하고, 소화부(50)의 소화 밸브(51)와 해당 배터리 팩의 밸브를 열어 배터리 팩을 소화시킨다.
예를 들어, 제 2 배터리 팩(120)의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 및 제 2 기준온도(REF2) 보다 높을 경우, 상기 제어부(20)는 소화부(50)와 가스 분기부(30) 사이에 형성된 소화 밸브(51)를 열고, 제 1 기준온도(REF1) 및 제 2 기준온도(REF2) 보다 온도가 높은 제 2 배터리 팩(120)에 연결된 제 2 밸브(32)를 연다. 그러면, 상기 소화부(50)에 압축된 소화 가스는 가스 분기부(30)를 거쳐 밸브가 열린 제 2 배터리 팩(120)으로 흐르게 되어 상기 제 2 배터리 팩(120)을 소화시키게 된다. 그리고 상기 제어부(20)는 상기 제 2 배터리 팩(120)의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 및 제 2 기준온도(REF2) 보다 낮아지면 제 2 배터리 팩(120)에 연결된 제 2 밸브(32)와 소화 밸브(51)를 닫는다.
또한, 상기 제어부(20)는 가스 감지부(22)가 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각에서 가스가 발생되는지를 일정 시간마다 측정하도록 한다. 상기 제어부(20)는 가스 감지부(22)로부터 가스가 발생되는 배터리 팩의 정보를 받으면, 압축기 밸브(41)와 해당 배터리 팩의 밸브를 열어 배터리 팩에서 발생한 가스를 외부로 배출시킨다. 그리고, 상기 제어부(20)는 상기 가스 감지부(22)로부터 해당 배터리 팩에서 더 이상 가스가 감지되지 않는다는 정보를 받으면, 압축기 밸브(41)와 해당 배터리 팩의 밸브를 닫는다.
이와 같이, 상기 제어부(20)는 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 중 과열된 배터리 팩을 냉각시킬 수 있으며, 연소가 일어나는 배터리 팩을 소화시킬 수 있다. 또한, 상기 제어부(20)는 배터리 팩에서 발생되는 가스를 외부로 방출시킬 수 있다.
상기 가스 분기부(30)는 상기 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140)과 공기 압축기(40) 사이에 위치하며, 상기 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140)과 대응되도록 복수의 밸브(31, 32, 33, 34)를 갖는다. 다시 말하자면, 제 1 배터리 팩(110)에는 제 1 밸브(31)가 연결되고, 제 2 배터리 팩(120)에는 제 2 밸브(32)가 연결되고, 제 3 배터리 팩(130)에는 제 3 밸브(33)가 연결되며, 제 4 배터리 팩(140)에는 제 4 밸브(34)가 연결된다. 상기 가스 분기부(30)에서는 상기 복수의 밸브(31, 32, 33, 34)를 조절하여 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각에 공기를 전달할 수 있다.
상기 공기 압축기(40)는 상기 가스 분기부(30)에 연결되며, 공기를 대기압 이상의 압력으로 압축하여 압축 공기를 만든다. 또한, 상기 공기 압축기(40)에는 냉각수단(미도시)이 연결되어 상기 압축 공기를 냉각시킬 수 있다. 이러한 압축된 냉각 공기는 발열 배터리 팩을 쉽게 냉각시킬 수 있다. 상기 공기 압축기(40)에는 압축기 밸브(41)가 연결되어 있으며, 상기 압축기 밸브(41)의 개폐에 따라 상기 가스 분기부(30)에 공기를 전달하거나 차단할 수 있다. 여기서, 상기 압축기 밸브(41)는 상기 제어부(20)의 제어에 의해 개폐될 수 있다.
상기 소화부(50)는 상기 공기 압축기(40)와 별도로 상기 가스 분기부(30)에 연결되고, 상기 소화부(50)에는 소화 가스가 압축되어 있다. 상기 소화 가스는 불연성 가스로 이산화탄소(CO2), 질소(N), 아르곤(Ar), 네온(Ne), 헬륨(He) 및 크립톤(Kr) 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이러한 압축된 소화 가스는 연소 배터리 팩을 쉽게 소화시킬 수 있다. 상기 소화부(50)에는 소화 밸브(51)가 연결되어 있으며, 상기 소화 밸브(51)의 개폐에 따라 상기 가스 분기부(30)에 소화 가스를 전달하거나 차단할 수 있다. 여기서, 상기 소화 밸브(51)는 상기 제어부(20)의 제어에 의해 개폐될 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구동 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 구동 방법은 배터리 팩 온도 측정 단계(S1), 배터리 팩 온도와 기준온도 비교 단계(S2), 과열 배터리 팩 판단 단계(S3) 및 배터리 팩 냉각 단계(S4)를 포함한다. 여기서, 상기 배터리 구동 방법을 도 4b를 참조하여 자세하게 설명하기로 한다.
상기 배터리 팩 온도 측정 단계(S1)에서, 온도 측정부(21)는 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각에 연결된 온도센서를 통해서 상기 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각의 온도를 측정한다(S11).
상기 배터리 팩 온도와 기준온도 비교 단계(S2)에서, 상기 제어부(20)는 온도 측정부(21)로부터 측정된 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각의 온도를 제 1 기준온도(REF1)와 비교하는 과정을 수행한다(S12). 여기서, 적어도 어느 하나의 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 보다 높으면, 상기 제어부(20)는 상기 배터리 팩의 온도를 제 2 기준온도(REF2)와 비교하는 과정을 수행한다(S13). 여기서, 상기 제 2 기준온도(REF2)는 제 1 기준온도(REF1) 보다 높은 온도로 설정된다. 이와 반대로, 상기 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 보다 낮을 경우, 상기 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140)은 과열되지 않은 것으로 판단하여 시스템을 종료하고 다시 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 각각의 온도를 측정하는 과정을 반복하게 된다.
먼저, 상기 배터리 팩이 제 1 기준온도(REF1) 보다 높고, 제 2 기준온도(REF2) 보다 낮은 경우에 대해 설명하기로 한다.
상기 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도(EF1) 보다 높고 제 2 기준온도(REF2) 보다 낮으면, 과열 배터리 팩 판단 단계(S3)가 수행된다. 상기 과열 배터리 팩 판단 단계(S3)에서, 상기 제어부(20)는 상기 배터리 팩이 과열됐다고 판단하여, 공기 압축기(40)에 연결된 압축기 밸브(41)를 열고(S14), 해당 배터리 팩의 밸브도 연다(S15).
그리고, 배터리 팩 냉각 단계(S4)에서, 상기 공기 압축기(40)에 압축된 냉각 공기가 배터리 팩의 입구부에 연결된 입구배관을 통해서 해당 배터리 팩으로 전달된다. 상기 배터리 팩은 공기 압축기(40)에서 보내는 압축된 냉각 공기에 의해서 냉각된다. 상기 제어부(20)는 온도 측정부(21)로부터 상기 배터리 팩의 온도를 전달받고, 상기 배터리 팩의 온도를 제 1 기준온도(REF1)와 비교하는 과정을 수행한다(S16). 상기 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도(EF1) 보다 낮아진 경우, 상기 제어부(20)는 상기 배터리 팩이 냉각되었다고 판단하여, 해당 배터리 팩의 밸브를 닫고(S17), 상기 공기 압축기(40)의 압축기 밸브(41)도 닫는다(S18). 여기서, 상기 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 보다 높은 경우, 상기 제어부(20)는 상기 배터리 팩이 아직 냉각되지 않았다고 판단하여, 상기 배터리 팩의 밸브 및 압축기 밸브(41)를 닫지 않고 계속하여 냉각 공기를 보내게 된다.
다음으로, 상기 배터리 팩이 제 1 기준온도(REF1) 보다 높고, 제 2 기준온도(REF2) 보다도 높은 경우에 대해 설명하기로 한다.
상기 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 보다 높고 제 2 기준온도(REF2) 보다도 높으면, 과열 배터리 팩 판단 단계(S3)가 수행된다. 상기 과열 배터리 팩 판단 단계(S3)에서, 상기 제어부(20)는 상기 배터리 팩이 과열되어 연소가 일어나고 있다고 판단하여, 소화부(50)에 연결된 소화 밸브(51)를 열고(S24), 해당 배터리 팩의 밸브도 연다(S25).
그리고, 상기 배터리 냉각 단계(S4)에서, 상기 소화부(50)에 압축된 소화 가스가 배터리 팩의 입구부에 연결된 입구배관을 통해서 해당 배터리 팩으로 전달된다. 상기 배터리 팩은 소화부(50)에서 보내는 압축된 소화 가스에 의해서 소화된다. 상기 제어부(20)는 온도 측정부(21)로부터 상기 배터리 팩의 온도를 전달받고, 상기 배터리 팩의 온도를 제 1 기준온도(REF1)와 비교하는 과정을 수행한다(S26). 상기 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 보다 낮아진 경우, 상기 제어부(20)는 상기 배터리 팩이 소화되어 냉각되었다고 판단하여, 해당 배터리 팩의 밸브를 닫고(S27), 상기 소화부(50)의 소화 밸브(51)도 닫는다(S28). 또한, 사용자는 소화된 배터리 팩을 새로운 배터리 팩으로 교체할 수 있다. 여기서, 상기 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도(REF1) 보다 높은 경우, 상기 제어부(20)는 상기 배터리 팩이 아직 냉각되지 않았다고 판단하여, 상기 배터리 팩의 밸브 및 소화 밸브(51)를 닫지 않고 계속하여 소화 가스를 보내게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 및 그 구동 방법은 복수의 배터리 팩을 각각의 케이스에 장착하고, 배터리 팩의 온도를 측정하여 복수의 배터리 팩 중 과열 배터리 팩을 검출하여 해당 배터리 팩을 냉각시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 및 그 구동 방법은 복수의 배터리 팩 중 과열된 배터리 팩을 선택적으로 냉각시킴으로써 배터리 팩의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 및 그 구동 방법은 복수의 배터리 팩을 각각의 케이스에 장착하고, 배터리 팩의 온도를 측정하여 복수의 배터리 팩 중 연소하는 배터리 팩을 검출하여 해당 배터리 팩을 소화시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템 및 그 구동 방법은 연소가 일어난 배터리 팩의 교체를 가능하게 할 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 구동 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템의 구동 방법은 가스 감지 단계(S10), 가스 누출 배터리 팩 알림 단계(S20) 및 가스 방출 단계(S30)를 포함한다.
상기 가스 감지 단계(S10)에서, 가스 감지부(22)는 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140)에 연결된 센서를 통해서 상기 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140)에서 가스가 발생되는지를 감지한다.
상기 가스 누출 배터리 팩 알림 단계(S20)에서, 상기 가스 감지부(22)는 상기 복수의 배터리 팩(110, 120, 130, 140) 중 적어도 어느 하나의 배터리 팩에서 가스가 발생되는 것을 감지하면, 해당 배터리 셀이 정보를 제어부(20)로 전달하여 가스가 발생되는 배터리 팩을 알린다.
상기 가스 방출 단계(S30)에서, 상기 제어부(20)는 상기 가스 감지부(22)로부터 가스가 발생되는 배터리 팩의 정보를 받고, 공기 압축기(40)의 압축기 밸브(41)와 해당 배터리 팩의 밸브를 연다. 상기 압축기 밸브(41)가 열리면, 상기 공기 압축기(40)에서 압축된 공기가 입구배관을 통해 해당 배터리 팩으로 전달되고, 상기 배터리 팩에서 발생된 가스는 출구배관을 통해서 나가게 된다. 상기 배터리 팩에서 더 이상 가스가 감지되지 않으면, 상기 제어부(20)는 해당 배터리 팩의 밸브와 압축기 밸브(41)를 닫는다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템 및 그 구동 방법은 복수의 배터리 팩을 각각의 케이스에 장착하고, 배터리 팩에서 발생되는 가스를 감지하여 복수의 배터리 팩 중 가스 누출 배터리 팩을 검출하여 해당 배터리 팩에서 발생되는 가스를 외부로 방출시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 시스템 및 그 구동 방법은 배터리 팩에서 발생되는 가스를 외부로 방출시킴으로써 배터리 팩의 성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 배터리 시스템 및 그 구동 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 배터리 110: 배터리 팩
111: 배터리 셀 112: 케이스
113: 입구부 114: 출구부
115: 입구배관 116: 출구배관
117: 분배 부재 20: 제어부
21: 온도 측정부 22: 가스 감지부
23: 저장부 30: 가스 분기부
40: 공기 압축기 50: 소화부

Claims (21)

  1. 복수의 배터리 팩;
    상기 복수의 배터리 팩에 압축된 냉각 공기를 제공하는 공기 압축기;
    상기 복수의 배터리 팩과 상기 공기 압축기 사이에 형성되며, 복수의 밸브를 갖는 가스 분기구; 및
    상기 복수의 배터리 팩 각각의 온도에 따라 상기 복수의 밸브 각각의 개폐를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도 보다 높으면 해당 배터리 팩의 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩 중 적어도 하나의 온도가 제 1 기준온도 보다 높으면 상기 공기 압축기의 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리 팩에서 가스가 발생되면 해당 배터리 팩의 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩 중 적어도 하나의 배터리 팩에서 가스가 발생되면 상기 공기 압축기의 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩에는 기체가 들어오는 입구부와 기체가 나가는 출구부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 입구부의 내부에는 나팔관 형태의 분배 부재가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 입구부에는 상기 가스 분기부에서 나오는 기체가 들어오도록 입구배관이 연결되고, 상기 출구부에는 상기 기체가 나가도록 출구배관이 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 출구배관은 상기 입구배관의 직경과 같거나 큰 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 입구배관은 상기 가스 분기부로부터 멀리 떨어진 배터리 팩에 연결되는 배관일수록 직경이 큰 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분기구에는 상기 복수의 배터리 팩에 압축된 소화 가스를 제공하는 소화부가 더 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 복수의 배터리 팩 중 적어도 하나의 온도가 제 2 기준온도 보다 높으면 상기 소화부의 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리 팩의 온도가 제 2 기준온도 보다 높으면 해당 배터리 팩의 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 소화 가스는 이산화탄소, 질소, 아르곤, 탄산가스, 네온, 헬륨, 크립톤 등의 불연성 가스가 압축된 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  15. 복수의 배터리 팩의 온도를 측정하는 배터리 팩 온도 측정 단계;
    상기 복수의 배터리 팩의 온도가 제 1 기준온도 보다 큰지 비교하는 배터리 팩 온도와 기준온도 비교 단계;
    상기 복수의 배터리 팩 중에서 상기 제 1 기준온도 보다 큰 배터리 팩을 과열 배터리 팩으로 판단하는 과열 배터리 팩 판단 단계; 및
    상기 과열 배터리 팩을 냉각시키는 배터리 팩 냉각 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 구동 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 냉각 단계는 공기 압축기의 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 구동 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 냉각 단계는 상기 과열 배터리 팩의 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 구동 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 온도와 기준온도 비교 단계에서 상기 제 1 기준온도 보다 높은 제 2 기준온도를 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 구동 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 냉각 단계는
    상기 배터리 팩의 온도가 상기 제 2 기준온도 보다 큰 경우 소화부의 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 구동 방법.
  20. 복수의 배터리 팩에서 발생하는 가스를 감지하는 가스 감지 단계;
    상기 배터리 팩 중 가스가 발생하는 배터리 팩을 알리는 가스 누출 배터리 팩 알림 단계;
    상기 가스 누출 배터리 팩에서 발생하는 가스를 외부로 방출하는 가스 방출 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 구동 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 가스 방출 단계는 공기 압축기의 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 구동 방법.
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