KR20120067520A - 배터리 온도 제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 온도에 따라 냉각 팬을 제어하여 배터리의 열화를 방지하는 배터리 온도제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 복수 개로 형성된 배터리의 온도를 아날로그 저항 값을 출력하는 온도센서, 상기 온도센서의 저항 값을 디지털로 신호로 변환하여 배터리 팩의 온도를 제어하는 배터리 온도 제어부 및 상기 배터리 온도 제어부의 신호에 의해 동작되는 냉각 팬을 포함하고, 상기 배터리 온도 제어부는 냉각 팬의 결함 동작을 판별하는 결함 판별부를 포함하는 배터리 온도제어 장치 및 방법을 개시한다.

Description

배터리 온도 제어장치 및 방법{Apparatus and method for Battery temperature control}
본 발명은 배터리 온도 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
이차전지는 EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위하여 고출력 대용량으로 형성된다. 다수의 이차전지(단위전지)들은 직렬 또는 병렬로 연결하여 중대형 배터리 팩으로 사용하고 있다. 이러한 고출력 대용량 배터리 팩은 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다는 문제점을 가지고 있다. 이 과정에서 발생한 열은 배터리를 발화 또는 폭발하게 할 수 있다. 따라서 중대형 배터리 팩은 배터리의 상태를 모니터링하여 최적의 조건에서 유지/사용할 수 있는 배터리 관리 시스템(BMS: Battery management system)을 포함하여 형성될 수 있다.
또한 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)와 같은 대용량 배터리 팩은 대용량 설비 등에 사용하는데, 내부 배터리의 열화나 이상 전압이 감지되면 스위칭 소자의 제어가 어려운 문제가 있다. 또한, 비상상황에서 스위칭 소자로 대용량 배터리 팩의 메인 전원을 차단해야 하는 위험성이 있다.
본 발명의 일실시예는 배터리의 충방전시 온도를 감지하여 냉각 팬의 속도을 제어할 수 있는 배터리 온도 제어장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예는 배터리의 온도를 조절하여 충방전을 연속적으로 진행할 수 있는 배터리 온도 제어장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의한 배터리 온도 제어장치는 복수 개로 형성된 배터리의 온도를 아날로그 저항 값을 출력하는 온도센서, 상기 온도센서의 저항 값을 디지털로 신호로 변환하여 배터리 팩의 온도를 제어하는 배터리 온도 제어부 및 상기 배터리 온도 제어부의 신호에 의해 동작되는 냉각 팬을 포함하고, 상기 배터리 온도 제어부는 냉각 팬의 결함 동작을 판별하는 결함 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 결함 판별부는 설정된 냉각 팬의 속도와 실제 회전 속도를 비교하여 이상 여부를 판별하는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 배터리 온도 제어부는 상기 아날로그 저항 값을 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터부, 상기 디지털 신호를 처리하여 냉각 팬에 전원을 인가하는 냉각 팬 전원제어부 및 상기 배터리의 온도에 따라 냉각 팬의 회전 속도를 제어하는 냉각 팬 속도제어부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다. 상기 냉각 팬 속도제어부는 펄스폭변조방식(PWM)으로 듀티비(Duty ratio)를 50 내지 100%로 변경하여 회전 속도를 조절하는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각 팬은 전원 인가 신호에도 불구하고 오프상태이거나, 입력된 회전 속도에 냉각 팬이 못 맞추는 경우 결함 동작임을 판별하는 냉각 팬 결함 판별부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 결함 판별부는 결함신호가 감지되면 LED를 점등시키는 LED제어부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 온도 제어방법은 배터리의 온도를 감지하는 저항 값으로 검출하는 온도감지단계, 상기 감지된 온도는 제1설정온도와 비교하여 냉각 팬에 전원을 인가하는 냉각 팬 전원인가단계, 상기 배터리의 온도에 따라 냉각 팬의 회전 속도를 제어하는 냉각 팬 동작단계, 상기 냉각 팬 동작 후 회전 속도에 따라 결함 유무를 판단하는 냉각 팬 결함 판정단계 및 상기 냉각 팬의 결함이 감지되면 LED를 점등시키는 결함표시단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각 팬 전원인가단계는 제1설정온도 보다 감지된 온도가 큰 경우 냉각 팬에 전원이 인가되는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각 팬 동작단계는 배터리 온도가 35℃ 내지 40℃이면, 펄스폭변조방식(PWM)으로 듀티비(Duty ratio)를 조절하여 냉각 팬의 속도를 50 내지 70%로 동작시키는 속도제어단계를 포함하는 것으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 냉각 팬 동작단계에서 배터리 온도가 40℃이상이면, 펄스폭변조방식(PWM)으로 듀티비(Duty ratio)를 조절하여 냉각 팬의 속도를 100%로 동작시키는 속도제어단계를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각 팬 결함 판정단계는 전원 인가 신호에도 불구하고 냉각 팬이 오프상태이면 냉각 팬에서 결함 신호를 배터리 온도 제어부로 전송하는 것을 더 포함하는 것으로 형성될 수 있다.
본 발명의 배터리 온도 제어장치 및 방법에 따르면 충방전시 배터리의 온도를 감지하여 냉각 팬의 속도를 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 배터리 온도 제어장치 및 방법에 따르면 대용량 배터리의 충방전을 연속적으로 진행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 배터리 온도 제어장치 및 방법에 따르면 충방전시 측정된 배터리의 온도를 조절하여 수명 및 용량이 최대가 되고, 안정성이 향상된 배터리를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 제어장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 따른 냉각 팬 구동 회로도이다.
도 3은 도 1의 온도 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 도 3의 냉각 팬 동작에 따른 온도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 3의 배터리 온도 변화에 따른 냉각 팬의 동작을 나타낸 그래프이다.
이하에서 실시예와 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 배터리 온도 제어장치 및 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 배터리 온도 제어장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 제어장치의 구성도이다. 도 2는 도 1에 따른 냉각 팬 구동 회로도이다. 도 3은 도 1의 온도 제어방법을 나타낸 흐름도이다. 도 4는 도 3의 냉각 팬 동작에 따른 온도를 나타낸 그래프이다. 도 5는 도 3의 배터리 온도 변화에 따른 냉각 팬의 동작을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 온도 제어장치(100)는, 도 1 내지 도2를 참조하면, 온도센서(120), 온도 제어부(130) 및 냉각 팬(140)을 포함하여 형성된다. 상기 배터리 온도 제어장치(100)는 LED(150)를 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 배터리 온도 제어장치(100)는 배터리(110)의 온도를 감지하도록 온도센서(120)를 포함한다. 상기 온도센서(120)는 측정된 온도를 저항값으로 검출한다. 상기 검출된 저항값은 A/D 컨버터부(131)에서 디지털신호로 변환되어 출력된다. 상기 디지털신호는 냉각 팬(140)을 구동하고, 배터리(110)의 온도에 따라 냉각 팬(140) 회전 수를 조절한다.
상기 온도센서(120)는 충방전할 때 배터리(110)의 상승하는 온도를 감지한다. 상기 온도센서(120)는 써미스터 및 저항을 포함한다. 상기 저항은 감지된 배터리(110) 온도를 저항 값으로 변환한다. 상기 저항값은 온도에 따라 실시간 변환된다.
상기 온도 제어부(130)는 A/D 컨버터부(131), 냉각 팬 전원제어부(132), 냉각 팬 속도제어부(133), 결함 판별부(134) 및 LED제어부(135)를 포함한다.
상기 온도 제어부(130)는 마이콤(Micom)을 포함한다. 상기 입력된 신호는 냉각 팬(140) 구동 신호 및 냉각 팬(140) 속도 조절 신호로 구분된다. 상기 냉각 팬(140) 속도 조절 신호는 펄스복변조방식(PWM)으로 출력되는 것이 바람직하다.
상기 A/D 컨버터부(131)는 실시간으로 입력된 저항 값을 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
상기 냉각 팬 전원제어부(132)는 고속 스위칭 소자를 포함한다. 상기 고속 스위칭 소자는 MOSFET 및 IGBT인 것을 특징으로 한다. 상기 냉각 팬 전원제어부(132)는 온도센서(120)에서 구동 신호가 입력되면 냉각 팬(140)에 전원을 인가한다.
상기 냉각 팬 속도제어부(133)는 펄스폭변조방식(PWM)으로 입력된 신호를 이용하여 듀티비(Duty ratio)를 조절한다. 상기 듀티비(Duty ratio)는 냉각 팬(140)의 회전 수를 조절한다. 상기 듀티비(Duty ratio)는 50%, 75% 또는 100%로 조절할 수 있다. 상기 냉각 팬 속도제어부(133)는 냉각 팬(140)의 회전 수를 조절하여 배터리의 온도를 조절할 수 있다. 이러한 배터리의 온도 조절을 통하여 연속적으로 충방전 동작을 수행할 수 있다.
상기 결함 판별부(134)는 냉각 팬(140)의 회전 수를 감지하여 결함을 감시하고, 결함이 감지되면 LED제어부(135)에서 LED(150)를 점등시킨다.
상기 냉각 팬(140)은 팬의 구동으로 배터리(110)를 냉각시킨다. 상기 냉각 팬(140)은 온도 제어부(130)에서 입력된 구동 신호로 전원이 공급된다. 상기 냉각 팬(140)은 배터리(110)의 온도에 따라 실시간으로 입력되는 냉각 팬 속도 조절 신호를 통하여 냉각 팬(140)의 회전 수가 조절된다.
다음은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 온도 제어방법은, 도3 내지 도5를 참조하면, 온도감지단계(S10), 냉각 팬 전원인가단계(S30), 냉각 팬 동작단계(S40), 냉각 팬 결함 판정단계(S50) 및 결함표시단계(S70)를 포함하여 형성된다.
상기 온도감지단계(S10)는 배터리(110)의 온도를 측정한다. 상기 배터리(110)는 충방전 시 온도가 상승된다. 이때, 온도센서(120)에서 배터리의 온도를 감지한다(S10). 상기 감지된 온도는 써미스터 및 저항을 통하여 저항 값으로 검출한다. 상기 저항 값을 아날로그 소신호로 변환하여 배터리 온도제어부(130)로 전송한다.
상기 저항 소신호는 A/D 컨버터부(120)에서 디지털 신호로 변환된다. 상기 변환된 신호와 제1설정온도를 비교한다(S20). 상기 제1설정온도는 배터리가 충방전 시 열화되는 온도이다. 상기 배터리 온도제어부(130)는 마이콤(Micom)을 포함한다. 상기 마이콤(Micom)에서 감지된 온도와 제1설정온도를 비교한다. 상기 마이콤(Micom)에서는 감지된 온도와 설정온도를 디지털 신호로 비교하여 판단한다. 이하에서 설명되는 온도는 A/D컨버터부(120)에서 변환된 디지털 신호이다. 이때, 상기 감지된 온도가 제1설정온도 보다 낮으면, 배터리의 온도가 상승하여도 냉각 팬을 구동할 시점이 아니기 때문에 온도센서(120)에서는 실시간으로 배터리 온도를 감지한다. 상기 감지된 온도가 제1설정온도 보다 높으면, 배터리가 열화 되어 냉각 팬이 동작되도록 냉각 팬 전원제어부(132)에서 전원 인가 신호가 전송된다.
상기 냉각 팬 전원인가단계(S30)는 냉각 팬 전원 인가 신호를 수신 받아 냉각 팬(140)에 전원을 인가한다.
상기 냉각 팬 동작단계(S40)는 배터리(110)의 온도에 따라 냉각 팬의 펄스폭변조방식(PWM)으로 듀티비(Duty ratio)를 조절하여 냉각 팬(140)의 회전 수를 제어한다. 상기 냉각 팬 동작단계(S40)는 미리 설정된 제2설정온도와 배터리 온도를 비교한다. 상기 제2설정온도는 냉각 팬(140) 동작 후 배터리 최저 온도일 수 있다. 상기 냉각 팬 동작단계(S40)에서 냉각 팬(140)의 동작으로 배터리(110)는 온도가 낮아진다. 이 경우, 상기 배터리(110) 온도가 제2설정온도 보다 낮으면 냉각 팬(140)은 동작이 정지된다. 그러나 상기 배터리(110) 온도가 제2설정온도 보다 높으면 냉각 팬(140)의 회전 수가 제어된다.
도5를 참조하면, 냉각 팬(140)의 동작으로 배터리(110)의 온도가 낮아진다. 상기 온도가 최저점까지 낮아지면 냉각 팬(140)의 동작은 정지된다. 이후 배터리(110)의 온도가 다시 상승할 때, 냉각 팬(140)은 바로 동작하는 것은 아니다. 상기 배터리(110)의 상승온도가 제1설정온도 보다 크면 냉각 팬(140)이 동작되어 배터리의 온도가 조절된다.
상기 회전 수 제어하는 방법은 예를 들어 배터리(110)의 온도가 35℃ 내지 40℃이면, 펄스폭변조방식(PWM)으로 듀티비(Duty ratio)를 조절하여 냉각 팬의 속도를 50 내지 70%로 동작시킨다. 상기 배터리(110) 온도가 40℃이상이면, 펄스폭변조방식(PWM)으로 듀티비(Duty ratio)를 조절하여 냉각 팬의 속도를 100%로 동작시킨다.
상기 냉각 팬 동작단계(S40)는 배터리(110) 온도에 따라 냉각 팬(140)의 속도를 자동으로 제어할 수 있다.
상기 냉각 팬 결함 판정단계(S50)는 냉각 팬(140)의 결함을 감지하는 결함감지단계(S252)를 포함한다. 상기 냉각 팬(140)은 전원인가단계(S30)에서 전원이 공급되어도 실제 냉각 팬(140)이 동작되지 않는 경우가 있다. 이때 냉각 팬(140)은 결함 신호를 배터리 온도 제어부(130)에 보낸다. 상기 냉각 팬 결함 판정단계(S50)는 냉각 팬(140)에서 수신된 결함 신호로 판단할 수 있다. 또한, 상기 냉각 팬 결함 판정단계(S50)는 배터리 온도 제어부(130)에서 배터리 온도와 냉각 팬 속도제어부(133)의 신호를 비교하여 냉각 팬(140)의 결함 유무를 확인할 수 있다.
상기 결함표시단계(S70)는 결함신호가 수신되면 LED제어부(135)에서 LED(150)를 점등시킨다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정?변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 배터리 온도 제어장치
110: 배터리 120: 온도센서
130: 배터리 온도 제어부 131: A/D 컨버터부
132: 냉각 팬 전원제어부 133: 냉각 팬 속도제어부
134: 결함 판별부 135: LED제어부
140: 냉각 팬 150: LED

Claims (11)

  1. 배터리의 온도를 아날로그 저항 값을 출력하는 온도센서;
    상기 온도센서의 저항 값을 디지털로 신호로 변환하여 배터리 팩의 온도를 제어하는 배터리 온도 제어부; 및
    상기 배터리 온도 제어부의 신호에 의해 동작되는 냉각 팬을 포함하고,
    상기 배터리 온도 제어부는 냉각 팬의 결함 동작을 판별하는 결함 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결함 판별부는 설정된 냉각 팬의 속도와 실제 회전 속도를 비교하여 이상 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도제어 장지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 제어부는
    상기 아날로그 저항 값을 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터부;
    상기 디지털 신호를 처리하여 냉각 팬에 전원을 인가하는 냉각 팬 전원제어부; 및
    상기 배터리의 온도에 따라 냉각 팬의 회전 속도를 제어하는 냉각 팬 속도제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각 팬 속도제어부는 펄스폭변조방식(PWM)으로 듀티비(Duty ratio)를 50 내지 100%로 변경하여 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 팬은 전원 인가 신호에도 불구하고 오프상태이거나, 입력된 회전 속도에 냉각 팬이 못 맞추는 경우 결함 동작임을 판별하는 냉각 팬 결함 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 결함 판별부는 결함신호가 감지되면 LED를 점등시키는 LED제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도제어 장치.
  7. 배터리의 온도를 감지하는 저항값으로 검출하는 온도감지단계;
    상기 감지된 온도는 제1설정온도와 비교하여 냉각 팬에 전원을 인가하는 냉각 팬 전원인가단계;
    상기 배터리의 온도에 따라 냉각 팬의 회전 속도를 제어하는 냉각 팬 동작단계;
    상기 냉각 팬 동작 후 회전 속도에 따라 결함 유무를 판단하는 냉각 팬 결함 판정단계; 및
    상기 냉각 팬의 결함이 감지되면 LED를 점등시키는 결함표시단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 팬 전원인가단계는 제1설정온도 보다 감지된 온도가 큰 경우 냉각 팬에 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 배터리 온도제어 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 팬 동작단계는 배터리 온도가 35℃ 내지 40℃이면, 펄스폭변조방식(PWM)으로 듀티비(Duty ratio)를 조절하여 냉각 팬의 속도를 50 내지 70%로 동작시키는 속도제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도제어 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 팬 동작단계에서 배터리 온도가 40℃이상이면, 펄스폭변조방식(PWM)으로 듀티비(Duty ratio)를 조절하여 냉각 팬의 속도를 100%로 동작시키는 속도제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도제어 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각 팬 결함 판정단계는 전원 인가 신호에도 불구하고 냉각 팬이 오프상태이면 냉각 팬에서 결함 신호를 배터리 온도 제어부로 전송하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도제어 방법.
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