KR20120102459A - 배터리 연결 차단 장치 및 그 차단 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 전원 차단 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 이용되는 배터리 세트에 있어서 차량 충돌 등의 돌발 사고로 인해 차량에 일정 수준 이상의 충격이 가해진 경우 배터리 세트로부터 전기적 공급이 차단되게 하는 배터리 전원 차단 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 이용되는 배터리 세트에 있어서 차량 사고로 인해 차량에 일정 수준 이상의 충격이 가해진 경우 배터리 세트로부터의 전기적 공급을 차단함으로써 배터리로 인해 발생할 수 있는 위험을 방지할 수 있다.

Description

배터리 연결 차단 장치 및 그 차단 방법{Apparatus and method of shutting off connection to the battery}
본 발명은 배터리 전원 차단 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 이용되는 배터리 세트에 있어서 차량 충돌 등의 돌발 사고로 인해 차량에 일정 수준 이상의 충격이 가해진 경우 배터리 세트로부터 전기적 공급이 차단되게 하는 배터리 전원 차단 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)는 내연기관의 엔진과 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용하며, 전기 자동차는 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용한다.
하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서는 배터리의 필요 용량에 따라 다수의 배터리를 직렬 또는 직렬과 병렬의 혼합 구조로 연결하여 하나의 배터리 세트(battery set) 형태로 차량에 장착하게 된다.
차량은 항상 차량 충돌 등의 돌발 사고 위험을 가진다. 이러한 돌발 사고로 인해 차량에 일정 수준 이상의 충격이 가해지면 차량의 파손으로 인해 배터리 세트도 파손되거나 충격을 받을 위험이 있다. 배터리 세트의 파손 또는 충격으로 인하여 배터리 세트 내의 배터리가 분리되어 배터리 세트나 차량 내에서 노출된 전선과 차량 강판과 배터리와의 접촉 등으로 인하여 배터리의 출력단에서 단락이 발생할 수 있다.
하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리의 용량이 매우 크기 때문에 단락이 발생하면 열과 스파크를 발생시켜 배터리가 터질 위험성을 가진다. 배터리가 터진다면 배터리 내부의 전해액 등이 외부로 유출되거나 폭발될 위험뿐만 아니라 차량 내의 전기 장치의 모든 전선이 열에 의해 녹아버릴 위험 또한 가진다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 이용되는 배터리 세트에 있어서 차량 사고로 인해 차량에 일정 수준 이상의 충격이 가해진 경우 배터리 세트로부터의 전기적 공급을 차단함으로써 배터리로 인해 발생할 수 있는 위험을 방지할 수 있는, 배터리 연결 차단 장치 및 차단 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 차량의 가속도를 감지한 충격 감지 신호를 수신하고, 충격 감지신호를 분석하여 차량에 가해진 충격이 일정 수준 이상인 경우 차단 신호를 생성하는 차단 제어부; 및 배터리 세트의 출력단에 배치되며, 차단 신호를 수신하면 배터리 세트와 전원 제어 장치 간의 전기적 접점을 차단하는 연결 차단부를 포함하는 배터리 연결 차단 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 배터리 연결 차단 장치는 충격 감지 신호를 생성하는 충격 감지부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 차단 제어부는 해제 스위치가 온되면 복구 신호를 생성하는 차단 해제부를 더 포함하며, 연결 차단부는 복구 신호에 따라 배터리 세트와 전원 제어 장치 간의 전기적 접점을 재연결할 수 있다.
바람직하게는, 배터리 세트는 직렬 또는 직렬과 병렬의 혼합 구조로 연결된 다수 개의 개별 배터리로 구성되며, 연결 차단부는 개별 배터리의 각 출력단에 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 이용되는 배터리 세트에 있어서 차량 사고로 인해 차량에 일정 수준 이상의 충격이 가해진 경우 배터리 세트로부터의 전기적 공급을 차단함으로써 배터리로 인해 발생할 수 있는 위험을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 전원 차단 장치를 설명한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연결 차단부를 설명한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 전원 차단 방법을 설명한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 가진다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에 따른 배터리 전원 장치 및 방법은 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 이용되는 배터리 세트에 있어서 충돌이나 전복 등의 차량 사고로 인해 차량에 일정 수준 이상의 충격이 가해진 경우 배터리와 차량의 전원 제어 장치 간의 전기적 연결을 차단함으로써 차량 사고로 발생할 수 있는 누전, 감전, 및 배터리 단락 등의 2차 사고를 미연에 방지할 수 있는 기술에 관한 것이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 전원 차단 장치를 설명한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 연결 차단 장치(100)는 연결 차단부(110), 차단 제어부(120), 및 충격 감지부(130)를 포함하며, 추가로 해제 스위치(140)를 더 포함할 수 있다.
하이브리드 자동차나 전기 자동차는 전기 에너지로 모터를 회전시켜 차량의 구동력을 얻을 수 있는데, 이를 위해 배터리 세트(battery set, 10) 및 전원 제어 장치(power control unit, 20)를 포함한다.
배터리 세트(10)는 전원 제어 장치(20)와 연결되며, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 전기 에너지를 공급한다. 이러한 배터리 세트(10)는 충방전이 가능하며, 차량 운행 시 전기 모터에 필요한 전기 에너지를 공급하고, 감속으로 인한 모터 회생이나 외부 전원으로부터의 충전에 의해 전기 에너지를 저장한다.
차량 운행에 필요한 고전압을 얻기 위해, 배터리 세트(10)는 개별 배터리들의 집합체로서 구성된다. 이러한 개별 배터리는 배터리 셀(battery cell) 또는 배터리 셀이 복수 개가 모여 패키징화된 배터리 모듈(battery module)일 수 있다.
전원 제어 장치(20)는 차량 내부에서 전기를 이용하는 각종 장치에 필요한 전기의 공급을 제어한다.
연결 차단부(110)는 배터리 세트(10)의 각 출력단(V+, V-)에 위치하며, 차단 신호에 기초하여 배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20) 간의 전기적 연결을 차단함으로써 전원 제어 장치(20)로의 전기 공급이 차단되도록 한다.
연결 차단부(110)는 차단 신호에 의해 전기적 연결을 개폐하는 접점 스위치(111)를 포함한다. 접점 스위치는 릴레이(111)로 구현될 수 있으며, 릴레이 외에도 차단 신호에 의해 전기적 접점의 연결을 끊거나 다시 재연결할 수 있는 접점 스위치나 전자부품이면 어느 것으로 구현되어도 무관하다. 연결 차단부(110)는 정상 동작 중에는 릴레이(111)를 온시켜 배터리 세트(10)에서 전원 제어 장치(20)로 전기가 공급되도록 하나, 차단 신호를 수신하면 릴레이(111)를 오프시킴으로써 배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20) 간의 전기적 연결을 차단한다.
충격 감지부(130)는 차량의 가속도를 감지하여 충격 감지 신호를 생성한다. 이를 위해 충격 감지부(130)는 차량의 가속도, 진동, 충격 등을 감지하여 충격 감지 신호를 생성하는 가속도 센서를 포함할 수 있다.
한편 차량에는 차량 충돌시 에어백을 팽창시킴으로써 승객을 보호할 수 있는 에어백 시스템이 장착될 수 있다. 에어백 시스템은 센서에 의해 차량의 충돌을 감지하는 충돌 감지부와 차량 충돌 시 에어백을 급속 팽창시키는 에어백 모듈로 구성된다.
본 발명에서, 차량에 에어백 시스템이 장착된 경우, 에어백 시스템의 충돌 감지부에서 생성된 에어백 신호가 차단 제어부(120)로 직접 제공되도록 본 발명이 구현될 수도 있다. 이러한 경우 에어백 시스템의 충돌 감지부는 충격 감지부(130)의 역할을 수행하게 되며, 에어백 시스템의 충돌 감지 신호는 충격 감지 신호로서 기능한다.
차단 제어부(120)는 충격 감지부(130)로부터 충격 감지 신호를 수신하고, 수신한 충격 감지 신호를 분석하여 차량에 가해진 충격이 일정 수준 이상인 경우 차단 신호를 생성한다. 생성된 차단 신호는 상기 연결 차단부(110)로 즉시 제공된다.
연결 차단부(110)는 차단 신호를 수신하는 즉시 배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20)와의 전기적 접점이 끊어지도록 한다. 일단 연결 차단부(110)에 의해 배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20)와의 전기적 접점이 끊어지면, 전기 연결의 차단이 해제되지 않는 이상 배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20)와의 전기적 연결은 복구되지 않는다.
차량의 운전자나 제3자가 배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20)와의 전기적 연결을 복구하기 위해, 차단 제어부(120)는 복구 신호를 생성하는 차단 해제부(121)를 더 포함할 수 있다.
차단 해제부(121)는 복구 스위치(140)와 연결되며, 사용자에 의해 복구 스위치가 온(ON)되면 복구 신호를 생성한다.
생성된 복구 신호는 연결 차단부(110)로 즉시 제공된다. 연결 차단부(110)는 복구 신호를 수신하면 릴레이가 다시 온되도록 하여 배터리 세트(10)가 전원 제어 장치(20)와 전기적으로 연결되도록 복구한다.
한편, 도면에서 도시되지는 않았지만 연결 차단부(110)는 차량이 일정 수준 이상의 충격을 받은 경우 배터리 세트(10)의 출력 단자에 기계적, 화학적 변화를 발생시켜 배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20) 간의 연결을 차단시킬 수도 있으며, 또한 차량이 일정 수준 이상의 충격을 받은 경우 배터리 세트(10)가 차량 본체로부터 자동으로 탈거되게 하는 충격 탈거부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
도 1에서 연결 차단부(110)는 배터리 세트(10)의 출력단에 위치하며, 배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20) 간의 전기적 연결을 차단하거나 복구한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연결 차단부를 설명한 도면이다.
본 발명에서 연결 차단부(110)는 배터리 세트(10)의 출력단(V+, V-)에 배치되도록 구현될 수도 있으나, 도 2에서처럼 배터리 세트(10)를 구성하는 각 개별 배터리(1~n)의 출력단에 각각 배치되도록 구현될 수도 있다.
도 2의 (a)와 (b)는 각각 개별 배터리(1~n)가 직렬 및 병렬로 연결된 배터리 세트(10) 내의 결선 구조를 예시하지만, 배터리 세트(10)는 이에 한정되지 않고 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 혼합 구조로 다양하게 결선될 수 있다.
고속으로 주행하는 차량의 충돌 사고의 경우, 큰 충격량으로 인한 차량의 파손으로 배터리 세트(10)의 하우징이 파손될 수도 있다. 이러한 경우 배터리 세트(10) 내의 개별 배터리(1~n)가 배터리 세트(10)와 분리되어 배터리 세트(10)나 차량 내에서 노출된 전선과 차량 강판과 배터리와의 접촉 등으로 인하여 개별 배터리(1~n)의 출력단에서 단락이 발생할 수 있다.
배터리 세트(10) 내에서 개별 배터리(1~n)는 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 혼합 구조로 배치될 수 있다. 개별 배터리(1~n)의 출력단에서의 단락을 방지하기 위해, 각 개별 배터리(1~n)의 출력단(V+, V-)에는 도 2에서처럼 각각 접점 스위치(111_1~111_n)가 배치될 수 있다.
각각의 접점 스위치(111_1~111_n)는 차단 제어부(120)의 차단 신호에 따라 전기접 접점을 열고, 차단 해제부(121)의 복구 신호에 따라 전기적 접점을 닫는다.
이하에서는 본 발명에 따른 배터리 연결 차단 방법을 설명하도록 한다. 본 발명에 따른 배터리 연결 차단 방법은 본 발명에 따른 배터리 연결 차단 장치와 본질적으로 동일하므로, 상세한 설명 및 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 연결 차단 방법을 설명한 흐름도이다.
우선 충격 감지부(130)는 차량의 가속도를 감지하여 충격 감지 신호를 생성한다(S10). 차량에 에어백 시스템이 장착된 경우 에어백 시스템에서 생성된 신호는 충격 감지 신호로서 기능할 수 있다.
차단 제어부(120)는 충격 감지 신호를 분석하여(S20), 차량에 가해진 충격이 일정 수준 이상인 경우 차단 신호를 생성한다(S30, S40). 생성된 차단 신호는 연결 차단부(110)로 즉시 제공된다.
한편, 차량에 가해진 충격이 일정 수준 미만인 경우, 차단 제어부(120)는 차단 신호를 생성하지 않으며 충격 감지부(130)로부터 충격 감지 신호를 계속적으로 수신한다.
연결 차단부(110)는 차단 신호를 수신하면 즉시 배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20)와의 전기적 접점을 차단한다(S50).
배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20)와의 전기적 접점이 차단된 후, 연결 차단부(110)가 복구 신호를 수신하면, 연결 차단부(110)는 복구 신호에 따라 배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20)와의 전기적 접점을 재연결한다(S60, S70).
만일 복구 신호가 수신되지 않으면, 배터리 세트(10)와 전원 제어 장치(20)와의 전기적 접점은 차단된 상태로 유지된다.
본 발명의 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서는 도면에 도시된 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 이로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등 및 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 배터리 세트 20, 전원 제어 장치
110, 연결 차단부 120, 차단 제어부
130, 충격 감지부 140, 해제 스위치

Claims (4)

  1. 차량의 가속도를 감지한 충격 감지 신호를 수신하고, 상기 충격 감지신호를 분석하여 차량에 가해진 충격이 일정 수준 이상인 경우 차단 신호를 생성하는 차단 제어부; 및
    배터리 세트의 출력단에 배치되며, 상기 차단 신호를 수신하면 상기 배터리 세트와 전원 제어 장치 간의 전기적 접점을 차단하는 연결 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 연결 차단 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충격 감지 신호를 생성하는 충격 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 연결 차단 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 차단 제어부는
    해제 스위치가 온되면 복구 신호를 생성하는 차단 해제부를 더 포함하며,
    상기 연결 차단부는 복구 신호에 따라 상기 배터리 세트와 상기 전원 제어 장치 간의 전기적 접점을 재연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 연결 차단 장치.
  4. 제1항에 있어서, 배터리 세트는 직렬 또는 직렬과 병렬의 혼합 구조로 연결된 다수 개의 개별 배터리로 구성되며,
    상기 연결 차단부는 상기 개별 배터리의 각 출력단에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 연결 차단 장치.
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