KR20120117470A

KR20120117470A - 배터리 모듈의 온도 감지장치 및 배터리 팩 관리장치와 방법

Info

Publication number: KR20120117470A
Application number: KR1020110035244A
Authority: KR
Inventors: 강주현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2012-10-24
Also published as: KR101245285B1

Abstract

본 발명에 의한 배터리 모듈의 온도 감지장치는 복수 개 이차 전지를 포함하는 배터리 모듈의 온도 감지를 위한 장치로서, 상기 복수 개 이차전지 사이에 형성된 이격 공간에 삽입되는 복수 개의 열전도성 재질의 접촉 플레이트; 상기 복수 개의 접촉 플레이트와 연결되어 상기 접촉 플레이트를 지지하는 열전도성 재질의 지지 플레이트; 및 상기 지지 플레이트와 연결되며 상기 접촉 플레이트가 삽입된 복수 개 이차전지에 해당하는 배터리 모듈의 온도 상태 측정을 위한 영상 장치의 촬영 대상이 되는 패널을 포함하여 구성된다.
상기 본 발명은 복수 개 이차전지의 온도 분포 또는 열적 상태를 실질적으로 반영할 수 있음은 물론 집합된 배터리 모듈들에서 각 배터리 모듈에 대한 독립적인 온도 분포 모니터링 및 후속 제어를 더욱 효과적으로 구현할 수 있다.

Description

배터리 모듈의 온도 감지장치 및 배터리 팩 관리장치와 방법{Apparatus for sensing temperature of battery module and Apparatus and method of managing battery pack using it}

본 발명은 배터리 모듈의 온도 감지장치 및 이를 이용한 배터리 팩의 관리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 복수 개의 이차전지로 구성되는 배터리 모듈의 온도 상태를 외부에서 시각적 또는 영상적으로 효과적으로 인지하기 위하여 이차전지 사이에 형성된 공간에 끼움식으로 접촉될 수 있는 물리적 구조를 활용한 배터리 모듈의 온도 감지장치 및 이를 이용한 배터리 팩 관리장치 및 방법에 관한 것이다.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.

이러한 이차 전지는 전기 화학적 반응에 의하여 충방전을 끊임없이 반복할 수 있어 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지 활용원으로 주목받고 있다.

상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 구성되는 어셈블리와 상기 어셈블리 내지 배터리 모듈이 복수 개로 이루어지며, 상기 셀은 양극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액, 알루미늄 박막층 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 충방전이 가능한 구조가 된다.

이러한 기본적 구조에 더하여, 상기 배터리팩은 모터 등의 구동부하에 대한 전력 공급 제어, 전류, 전압 등의 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge) 등의 추정을 위한 알고리즘이 적용되어 이차전지의 상태를 모니터링하고 제어하는 BMS(Battery Management System) 등이 추가적으로 포함되어 구성된다.

한편, 상기 이차 전지는 개체가 집합되는 구성 순서에 의하여 통일적으로 사용되지는 않으나 단위 개체인 이차전지 셀(cell), 상위 집합체(assembly)인 배터리 모듈, 배터리 모듈의 집합체인 배터리(battery)(팩(pack)) 및 상기 배터리팩이 복수 개 집합되는 배터리 랙 등으로 칭해지기도 한다.

최근에는, 화석 연료에 의한 에너지 자원 고갈의 문제, 환경 오염에 대한 이슈, 에너지의 사용의 경제성 등에 대한 이슈가 중요하게 부각되면서, 전력 사용량과 전력 생산량의 불일치를 효과적으로 극복하고, 전력 과잉 공급에 의한 낭비 및 전력 공급 부족에 의한 과부하 현상 등을 해결하기 위하여 다양한 정보 통신 인프라와 연계되어 전력 공급량을 탄력적으로 조절하도록 하는 스마트 그리드 시스템이라는 개념이 활발히 연구되고 있다.

즉, 스마트 그리드 시스템에서는 전력 소비량이 적을 때에는 전력을 저장하였다가 전력 소비량이 많을 때에는 이와 같이 저장된 전력을 생산 전력과 함께 소비자에게 공급하도록 하는 인프라 구조를 가지게 된다.

이와 같은 스마트 그리드 시스템에서 생산된 전력을 저장하는 매체가 활용되어야 하는데, 이 경우에 상기 이차전지 내지 배터리팩은 전력을 저장하는 주요한 요소로 기능하게 된다.

또한, 이러한 전력 저장용 배터리 팩은 스마트 그리드 시스템뿐만 아니라 다른 여러 분야에서도 이용될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차에 충전 전력을 공급하는 전기 자동차 충전소에도 많은 양의 전력을 저장할 필요가 있으므로 여기에도 전력 저장용 배터리 팩이 이용될 수 있다.

이러한 전력 저장용 배터리팩은 상당한 개수의 이차전지가 멀티 구조로 집합되어 대용량의 시스템을 구성하게 된다. 이차전지는 내부의 전기 화학적 반응에 의하여 충전 또는 방전이 끊임없이 반복적으로 일어나며 이러한 충방전 과정은 불가피하게 발열을 수반하게 되는데 상기와 같이 이차전지가 대형화된 구조에서는 상기 충방전에 따른 발열은 비약적으로 증가하게 된다.

이와 같은 발열 현상은 전기 화학적 반응을 일으키는 이차전지에 내재적인 데미지(손상)을 미치게 되어 성능 저하를 초래할 수 있고, 배터리의 수명을 보장할 수 없다는 이차적인 문제를 야기할 수 있으며 발열에 의한 폭발 현상 등 안전성에도 치명적인 약점이 될 수 있다고 알려져 있다.

그러므로 대형 구조로 집합되는 에너지 저장원으로서 이용되는 배터리는 발열에 대한 모니터링이 필요하고, 냉각 공조 체계의 구동, 부품 교체 등과 같은 모니터링 결과에 대한 후속적인 조치가 필요하다고 할 수 있다.

종래에는 온도 센서를 이용하여 배터리의 온도를 측정하는 방법이 이용되고는 있으나, 이러한 방식은 온도 센서를 배터리에 반드시 부착시켜야 실효성이 높으므로 전력 저장원에 이용되는 배터리(이차전지) 모두에 구비시켜야 한다는 점에서 비용적으로도 경제성이 낮다고 할 수 있다.

또한, 배터리를 교체하거나 수리 내지 점검 등을 수행할 때마다 부착된 온도 센서를 분리시켜야 하므로 과정이 복잡해 지고 또한 이 과정에서 단선되거나 배터리에 물리적 충격이 가해져 전력 저장 장치의 안전성에 문제가 발생될 수 있다.

특히 배터리 팩 등으로 구현되는 배터리 모듈 등은 앞서 설명된 바와 같이 복수 개의 이차전지 들이 집합된 형태를 가지고 있음에도 불구하고, 종래에는 배터리 팩이나 배터리 모듈의 외장 케이스 등에 온도 센서를 장착시키고 그 온도 센서의 측정 정보를 이용하는 방법만으로 주로 운용되고 있어, 배터리 모듈을 구성하는 개별 이차전지 셀들에 대한 종합적인 온도 상태가 효과적으로 반영되지 않아 실질적인 온도 모니터링 내지 관리의 실효성이 낮다고 할 수 있다.

그러므로 에너지 저장 장치 등으로 활용되는 고용량 내지 대용량 배터리 팩의 물리적 구조에 최적화된 열 감지체와 이를 활용한 배터리 팩 관리 장치에 대한 필요성이 더욱 중요하다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기의 문제점 내지 필요성을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈 나아가 배터리 팩으로 구현되는 이차전지 집합체에 대한 단위 개체마다의 실효성 높은 열적 상태 모니터링을 위한 장치 및 이를 활용한 배터리 팩 관리장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 모듈의 온도 감지장치는 복수 개 이차 전지를 포함하는 배터리 모듈의 온도 감지를 위한 장치로서, 기 복수 개 이차전지 사이에 형성된 이격 공간에 삽입되는 복수 개의 열전도성 재질의 접촉 플레이트; 기 복수 개의 접촉 플레이트와 연결되어 상기 접촉 플레이트를 지지하는 열전도성 재질의 지지 플레이트; 및 기 지지 플레이트와 연결되며 상기 접촉 플레이트가 삽입된 복수 개 이차전지에 해당하는 배터리 모듈의 온도 상태 측정을 위한 영상 장치의 촬영 대상이 되는 패널을 포함하여 구성된다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 상기 본 발명의 접촉 플레이트는 상기 복수 개 이차전지 사이에 형성된 이격 공간에 삽입된 후 탄성력에 의하여 상기 복수 개 이차전지와의 물리적 접촉이 유지되도록 하는 탄성 부재가 구비될 수 있다.

여기에서, 상기 탄성 부재는 상기 이격 공간으로의 착탈이 용이하도록 라운드 형태의 판스프링으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 본 발명의 상기 패널은 온도에 따라 색상이 변하는 시온도료가 도포되는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩 관리장치는 배터리 모듈을 구성하는 복수 개 이차전지 사이에 형성된 이격 공간에 삽입되는 복수 개의 열전도성 재질의 접촉 플레이트, 상기 복수 개의 접촉 플레이트와 연결되어 상기 접촉 플레이트를 지지하는 열전도성 재질의 지지 플레이트와 상기 지지 플레이트와 연결되며 상기 접촉 플레이트가 삽입된 복수 개 이차전지에 해당하는 배터리 모듈의 온도 상태 측정을 위한 영상 장치의 촬영 대상이 되는 패널을 포함하며, 배터리 팩을 구성하는 복수 개 개별 배터리 모듈마다 설치되는 온도감지모듈; 및 상기 복수 개 온도감지모듈의 패널에 대한 영상을 생성하는 영상 모듈; 상기 배터리 모듈에 대한 과열 여부를 판단하는 기준 색상 정보가 저장된 저장부; 및 상기 영상모듈에서 생성된 영상의 색상 정보와 상기 기준 색상 정보를 상호 비교하여 상기 배터리 모듈별 과열 여부를 판단하는 제어부를 포함하여 구성된다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 상기 본 발명은 상기 영상의 좌표 정보를 이용하여 과열된 해당 배터리 모듈의 위치 정보를 생성하는 위치정보 생성부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 본 발명은 냉각 매체를 송풍시키는 냉각모듈을 더 포함할 수 있으며, 이 때, 상기 본 발명의 제어부는 상기 위치정보 생성부로부터 입력된 상기 위치 정보에 해당하는 영역으로 상기 냉각 매체가 송풍되도록 상기 냉각모듈의 방향 또는 강도를 제어하도록 구성될 수 있다.

이와 함께, 상기 본 발명의 제어부는 과열된 배터리 모듈이 존재하는 경우 이에 대한 알람 정보가 관리자의 모바일 단말로 전송되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 상기 영상모듈은 상기 복수 개 온도감지모듈의 패널에 대한 적외선 영상을 생성하도록 구성될 수 있으며, 이와 함께, 상기 온도감지모듈의 패널은 온도에 따라 색상이 변하는 시온도료가 도포될 수 있는데, 이 때 상기 영상모듈은 상기 복수 개 온도감지모듈의 패널에 대한 가시광선 영상을 생성하도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 팩 관리방법은 복수 개의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에서, 상기 배터리 모듈을 구성하는 복수 개 이차전지 사이에 형성된 이격 공간에 삽입되는 복수 개의 열전도성 재질의 접촉 플레이트, 상기 복수 개의 접촉 플레이트와 연결되어 상기 접촉 플레이트를 지지하는 열전도성 재질의 지지 플레이트와 상기 지지 플레이트와 연결되며 상기 접촉 플레이트가 삽입된 복수 개 이차전지에 해당하는 배터리 모듈의 온도 상태 측정을 위한 영상 장치의 촬영 대상이 되는 패널을 포함하며, 개별 배터리 모듈마다 구비된 복수 개 온도감지모듈을 이용하여 배터리 팩을 관리하는 방법으로서, 상기 복수 개 온도감지모듈의 패널에 대한 영상을 생성하는 영상생성단계; 및 상기 영상생성단계에서 생성된 영상의 색상 정보와 상기 배터리 모듈에 대한 과열 여부를 판단하는 기준 색상 정보를 상호 비교하여 상기 배터리 모듈별 과열 여부를 판단하는 제어단계를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 본 발명에 의한 온도 감지 장치 등은 간단하면서도 배터리 모듈의 특징적 구조에 최적화된 물리적 구성을 포함하여 기 구축된 배터리 모듈 또는 배터리 모듈이 집합된 배터리 팩 등에 용이하게 장착 및 적용할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 감지 장치는 개별 배터리 모듈을 구성하는 복수 개 이차전지에 대한 실질적이고 유효한 온도 분포를 반영할 수 있음은 물론, 육안 또는 영상 모듈을 통하여 배터리 모듈마다의 독립된 열적 상태를 용이하게 확인할 수 있어 과열 등에 대한 후속조치를 효과적이고 신속하게 유도할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

이와 함께, 금속 재질 등의 열전도성 재질로 구현되는 본 발명의 감지 장치 등을 통하여 이차전지 셀 내부의 열을 외부로 어느 정도 배출시킬 수 있어 방열에 대한 기능도 제공할 수 있다.

또한, 배터리 팩과 상기 배터리 팩을 구성하는 복수 개의 개별 배터리 모듈에 대한 과열 여부를 정확히 진단하고, 이에 대한 정보를 사용자 내지 관리자에게 인터페이싱 할 수 있어 배터리 팩 등에 대한 수리, 교체 및 성능 유지 등을 위한 조속하고 최적화된 후속 프로세싱을 유도할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 모듈의 온도 감지장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 배터리 모듈의 온도 감지장치의 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 배터리 팩 관리장치에 대한 구성을 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예 의한 배터리 팩 관리장치의 전반적인 구성을 도시한 도면,
도 5는 과열 여부를 판단하는 기준이 되는 기준 색상 정보에 대한 일 실시예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 복수 개 배터리 모듈에 대하여 생성된 영상의 바람직한 일 실시예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 복수 개 배터리 모듈의 위치 정보와 관련된 영상의 바람직한 실시예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 배터리 팩 관리방법의 과정을 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 배터리 모듈의 온도 감지장치(이하 감지장치로 칭한다)(1000)의 구성을 도시한 도면인 도 1을 참조할 때, 우선, 본 발명의 감지장치(1000)는 복수 개 이차 전지(1)를 포함하는 배터리 모듈(10)의 온도 감지를 위한 장치로서, 접촉 플레이트(1100), 지지 플레이트(1200) 및 패널(1300)을 포함하여 구성된다.

상기 접촉 플레이트(1100)는 상기 배터리 모듈(10)을 구성하고 있는 복수 개의 이차전지(1)의 열이 전달되는 매개체가 되는 구성으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 복수 개 이차전지(1) 사이에 형성된 슬릿 등의 이격 공간(13)에 삽입되는 형태로 구현되며, 본 발명의 접촉 플레이트(1100)는 상기 이차전지 각각의 열 내지 온도 분포가 전달되도록 하는 기능을 수행하므로 금속 등의 열전도성 재질로 구성된다.

더욱 효과적인 상기 접촉 플레이트(1100)의 삽입 내지 끼움식 결합을 위하여 상기 배터리 모듈(10)의 외장 하우징에 해당하는 케이스(11)에 상기 이격 공간(13)에 대응되는 슬릿 형상 등의 개구부가 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 지지 플레이트(1200)는 상기 복수 개의 접촉 플레이트(1100)와 연전도 가능하도록 연결되며 복수 개로 분기된 상기 접촉 플레이트(1100)를 물리적으로 지지하는 기능을 수행하므로 이러한 기능을 수행할 수 있다면 첨부된 도 1에 도시된 형상에 제한되지 않음은 물론이다.

상기 지지 플레이트(1200) 또한, 상기 접촉 플레이트(1100)를 통하여 전달되는 복수 개 이차전지(1)들에서 발생된 열 내지 온도가 전달되도록 금속 등의 열전도성 재질로 구성된다.

이와 함께, 본 발명의 패널(1300)은 상기 지지 플레이트(1200)와 열전도 가능하도록 연결되며, 배터리 모듈(10) 외부에서 해당 배터리 모듈(10)의 온도 분포 내지 열적 상태를 용이하게 확인하기 위한 외부 식별 표지로서 기능한다.

즉, 상기 접촉 플레이트(1100)에 전달된 해당 배터리 모듈의 이차전지(1)에 대한 온도 분포가 외부에서 육안 또는 후술되는 영상 장치 등을 통하여 확인 가능하도록 도 4에 예시된 바와 상기 패널(1300)은 배터리 모듈(10)의 정면과 대면하는 방향을 가지는 판상의 형상 등으로 이루어진다.

이와 같이 이차전지(1)에서 발생되는 열 또는 이차전지의 온도 분포는 접촉 플레이트(1100)로 실질적이고 효과적으로 전달되고, 이렇게 전달된 열 또는 온도 분포는 본 발명의 상기 패널(1300)을 통하여 외부에서 식별 또는 확인 가능하도록 구성되므로 상기 구성을 통하여 해당하는 배터리 모듈(10)의 실질적인 열적 상태를 효과적으로 모니터링할 수 있게 된다.

이와 같이 해당 배터리 모듈의 열적 상태를 상기 패널(1300)이 효과적으로 대표할 수 있게 되므로 영상 장치 등을 통하여 상기 패널에 대한 영상 정보를 생성하고 이를 활용하여 해당 배터리 모듈(10)의 발열 상태 또는 온도 분포를 용이하게 확인할 수 있게 된다. 영상 장치를 통한 해당 배터리 모듈의 온도 모니터링 및 후속 제어에 대한 구성은 후술하도록 한다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위한 본 발명의 감지장치(1000)는 이차전지 사이의 이격 공간(13)에 용이하게 삽입되고 삽입된 후 이차전지와의 열전달을 위한 물리적 접촉이 효과적으로 지속 및 유지되도록 하기 위하여 상기 접촉 플레이트(1100)에는 탄성 부재(1150)가 구비될 수 있다.

특히, 착탈의 용이성 및 물리적 접촉의 효과적 유지 등을 위하여 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이 이차전지에 삽입되는 방향으로 경사진 라운드 형상의 판스프링(1150)으로 상기 탄성 부재를 구현하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 해당하는 배터리 모듈(10)의 열적 상태를 관리자 등이 육안으로 모니터링 할 수 있도록 하거나 적외선 영상 등이 아닌 일반 가시광선 영상으로도 효과적으로 모니터링 할 수 있도록 상기 패널(1300)은 온도에 따라 색상이 변하는 시온 도료가 도포되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 시온도료는 측온도료(測溫塗料), 서모컬러(thermocolor), 카멜레온잉크(chameleon ink) 또는 써믹잉크(thermic ink)로도 불리는 것으로, 온도에 따라 색상이 변하는 특성을 가지고 있다.

즉, 상기 시온도료는 특정온도에서 변색되는 감온(感溫) 변색물질을 배합하여 만든 잉크로서 변색 물질의 종류와 함량 등에 따라 변색온도를 달리할 수 있는 물질이다.

이와 같이 패널(1300)에 시온 도료를 도포함으로써 배터리 모듈 및 복수 개의 배터리 모듈로 구성되는 대용량 배터리 팩 등을 관리하는 관리자는 배터리 모듈에 해당하는 패널의 색상만으로도 현재 각 배터리 모듈의 온도 상태 등을 효과적으로 확인하고 모니터링할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 감지장치(1000)는 해당하는 배터리 모듈(10)에 더욱 효과적으로 장착되고 거치될 수 있도록 도 1 에 도시된 바와 같이 상기 배터리 모듈(100)의 케이스 상면에 거치되는 거치수단(1400)을 더 포함할 수 있다. 상기 거치수단(1400)은 지지 플레이트(1200) 등에서 연장되는 형태로 구현될 수 있으며, 감지장치(1000)의 배터리 모듈(10)에 거치되는 높낮이가 조정가능하도록 구현하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 거치수단(1400)의 일부에는 배터리 모듈(10) 상면 케이스 부분과 나사 등으로 결합 가능한 결합수단(1500)을 구비하여, 배터리 모듈(10)에 거치된 후 고정 가능하도록 구성될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도 3 등을 통하여 상술된 감지장치(1000)를 활용한 배터리 팩 관리장치(100) 및 관리 방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 배터리 팩 관리장치(이하 관리장치로 칭한다(100)는 영상모듈(110), 저장부(120), 제어부(130), 위치정보생성부(140), DB부(145), 화면표시수단(150), 알람수단(160) 및 냉각모듈(170)을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서 상술될 본 발명의 관리장치(100)의 설명에 있어, 전술된 감지장치(1000)는 상기 관리장치(100)의 일 구성요소로서 기능하므로, 장치 간의 관계 및 설명의 효율성을 높이기 위하여 온도감지모듈(1000)로 지칭될 수 있다.

우선, 본 발명의 상기 영상 모듈(110)은 배터리 모듈에 해당하는 패널(1300) 또는 도 4에 도시된 바와 같이 배터리 팩(200)을 대상으로 상기 배터리 팩(200)을 구성하는 복수 개의 배터리 모듈(10)들에 해당하는 각각의 패널(1300)들에 대한 영상을 생성한다(S800). 상기 복수 개 배터리 모듈(10)은 소정의 배터리 팩 하우징(210)에 적층 내지 집합되어 하나의 배터리 팩(200)으로 구성될 수 있다.

본 발명은 배터리 모듈(10)의 과열 여부에 대한 판단 및 이에 대한 후속 처리를 위하여 각 배터리 모듈(10)에 온도감지모듈(1000)을 각각 장착시키고 각각의 온도감지모듈(1000)의 패널(1300)에 대한 적외선 영상 등을 이용하게 되는데, 상기 적외선 영상 등은 일반 가시광선 영상과는 달리 객체(object)가 발산하는 열 내지 파장에 의하여 서로 다른 영상 내지 색상 정보를 가지므로 과열 여부에 대한 판단을 영상 데이터로 확인할 수 있는 이점을 가진다.

즉, 상기 적외선 영상 등을 구성하는 각 픽셀은 Y, Cb, Cr 등의 색상 정보를 가지고 있는데 이러한 영상 정보에 포함된 색상 정보는 객체의 열에 의하여 서로 다른 값을 가지게 되므로 과열 여부를 판단하는 기준이 되는 값을 대상으로 상호 비교 내지 매칭 프로세싱을 수행하면, 대상의 과열 여부를 판단할 수 있게 된다.

한편, 통상적으로 영상처리의 기본이 되는 영상의 색상공간은 색상 혼합의 관점, 인간의 시각 체계와의 유사성 등 색공간을 바라보는 관점에 따라 RGB, CMYK, HS계열, CIE, Y계열 등 다양한 공간으로 표현될 수 있으며, 이종(異種)의 형태로 표현된 색공간의 다른 색공간으로의 변환은 간단한 수학적 변환식에 의하여 변환될 수 있다.

배터리 모듈(10) 자체의 적외선 영상을 이용하는 것도 불가능한 것은 아니나, 외부 하우징을 포함한 물리적 구조에 의하여 배터리 모듈(10)을 구성하는 복수 개 이차전지의 실질적인 온도 분포가 반영되기 어렵고, 개별 배터리 모듈(10) 간의 인접성 등에 기인하여 개별 배터리 모듈(10) 자체의 독립된 온도 분포를 파악하기도 용이하지 않다.

이러한 문제점을 효과적으로 해결하기 위하여 본 발명은 앞서 설명된 온도감지모듈(1000)을 상기 배터리 모듈(10) 각각마다 장착시킴으로써 개별 배터리 모듈(10)의 온도 분포를 더욱 실질적이고 독립적으로 모니터링할 수 있다.

또한, ROM 등의 저장매체의 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 저장부(120)는 상기와 같은 과열 여부를 판단하는 기준 색상 정보가 저장된다. 상기 기준 색상 정보는 당업자가 적용 가능한 범위에서 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 첨부된 도 5와 같이 각 온도별 적외선 영상의 색상 분포에 따른 정보로 이루어질 수 있다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 적외선 영상은 객체의 온도에 따른 다른 색상 특히 명도(밝기) 정보를 가지게 되므로 이와 같은 원리를 적용하여 각 온도에 해당하는 색상 정보를 활용할 수 있게 된다.

상기 도 5에서는 하나의 예로 6 가지의 색상 정보를 예시하고 있으며, 상기 도 5에서는 이해의 편의성과 설명의 효율성 등을 높이기 위하여 기준 색상 정보의 예로 색상 정보 자체를 도시하고 있으나, 각 온도에 따른 색상의 명도 내지 밝기 정보의 크기가 데이터로 구성될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 도 5에서는 25℃를 예시적인 기준으로 그 이하의 온도를 가지는 패널은 정상 상태로 판단하며, 상기 온도를 초과하는 패널은 과열로 판단한다.

본 발명의 제어부(130)는 상기 영상모듈(110)로부터 적외선 영상 정보가 입력되면 상기 저장부(120)에 저장되어 있는 기준 색상 정보를 독출하고(read) 상기 적외선 영상의 색상 정보와 상기 기준 색상 정보를 상호 비교하여 상기 패널(1300)의 과열 여부를 판단하게 된다(S810).

첨부된 도 6은 영상 모듈(110)로부터 입력되는 적외선 영상 정보를 예시적으로 도시한 도면으로서, 상기 적외선 영상은 3개의 배터리 모듈(20) 즉, 3개의 온도감지모듈의 패널(1300)을 대상으로 촬영한 적외선 영상이며, 실시형태에 따라 다양한 개수의 패널(1300)에 대한 영상을 촬영할 수 있음은 물론이다.

도 6에 도시된 바와 같이 가장 왼쪽의 #1 패널에 대한 색상 정보는 도 5에 도시된 기준 색상 정보와 비교할 때, (1) 즉, 40℃에 해당하는 색상 정보가 되므로 상기 #1 패널 즉, 이에 해당하는 배터리 모듈(10)은 과열된 상태로 판단된다.

이와 대응되는 관점에서 #2 패널의 색상 정보는 (3)에 해당하는 색상 정보 즉, 30℃에 해당하므로 과열로 판단되며, #3 패널의 경우 (6)에 해당하는 색상 정보이므로 과열되지 않은 정상 상태의 배터리 모듈로 판단될 수 있다.

데이터 처리에 대한 관점에서, 픽셀의 명도 정보는 0~255 범위의 데이터 값을 가질 수 있으며, 숫자가 커질수록 밝은 명도, 밝은 명도를 가질수록 높은 열을 가지는 대상을 의미하며, 기준이 되는 25℃에 해당되는 명도 정보가 100이라고 가정하면, 상기 100보다 큰 명도의 색상 정보를 가지는 이차전지는 과열된 상태이며, 그보다 작은 명도의 색상 정보를 가지는 이차전지는 과열되지 않은 상태로 판단할 수 있다. 또한, 이와 유사한 관점에서 색온도 정보를 이용하여 판단할 수도 있음은 물론이다.

이와 같은 방식을 적용하여, 상기 도 6에 예시된 3개의 패널 중 #1 및 #2 패널은 과열된 상태로 판단되며, #3 패널은 정상 상태로 판단될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 적외선 영상 정보의 색상 분석을 통하여 패널(1300) 즉, 배터리 모듈의 과열 여부를 더욱 실질적으로 판단할 수 있는데, 더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 본 발명의 위치정보 생성부(140)는 상기 제어부(130)에서 과열로 판단된 해당 패널 즉, 해당 배터리 모듈(10)의 위치 정보를 상기 적외선 영상의 좌표 정보 등을 이용하여 생성한다.

즉, 첨부된 도 7과 같은 이미지 데이터 내지 영상 데이터는 각 픽셀에 대한 좌표 정보를 포함하고 있으므로 이러한 좌표 정보를 이용하면 각 패널의 좌표 정보 특히, 과열로 판단된 패널의 좌표 정보를 확보할 수 있게 된다.

이렇게 확보된 좌표 정보를 이용하면 과열된 패널(1300)의 위치 정보를 생성할 수 있게 되는데, 예를 들어 도 7에서 #3 패널이 과열로 판단된 패널이라면 이에 대응되는 중심점 좌표(11,3)와 상기 영상을 촬영한 영상 모듈(110)과의 상대적 위치 관계 또는 기준이 되는 다른 위치의 상대적 위치 관계 등을 이용하여 상기 패널(과열된 패널)의 물리적인 위치 정보를 생성할 수 있다(S820). 이렇게 생성된 위치정보는 과열된 시간 정보 등과 함께 이력 데이터로 활용될 수 있도록 DB부(145)에 저장되도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 위치정보 생성부(140)가 과열된 패널에 대한 위치 정보를 생성하면 앞선 간략히 언급된 바와 같이 사용자 등이 효과적으로 이를 인지하도록 하기 위하여 상기 생성된 위치정보 또는 상기 위치정보에 대응되며 해당 배터리 모듈을 상징하는 아이콘 등의 상징 체계가 화면표시수단(150)에 출력되도록 제어할 수 있다(S830). 이 때에도 과열된 정도에 따라 차등적인 색상 정보가 출력되도록 구성하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 위험, 경고, 주의 등과 같은 수준별 상황 판단 및 이에 대한 조치가 가능하도록 붉은 색상, 주황 색상, 노랑 색상 등으로 색상 자체를 구분하여 출력하는 것도 가능하다. 이를 통하여 즉각적인 조치가 필요할 만큼 과열된 배터리 모듈과 주의나 예비적인 조치가 필요한 정도로 과열된 배터리 모듈이 구분 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 이러한 인터페이싱 구성을 통하여 관리자 등은 교체 내지 수리 등이 필요한 배터리 모듈이 무엇인지 또는 배터리 모듈의 수리 내지 교체가 필요한지 등을 정확하게 확인할 수 있어 시스템적 관리를 더욱 체계적으로 수행할 수 있게 된다.

또한, 배터리 모듈이 과열되었다고 판단되는 경우 스피커, LED 등과 같은 청각 또는 시각 매체를 이용한 알람 수단(160)을 구동하는 등 상기 과열에 대한 알람 정보를 출력하여 경고 수단으로 활용될 수 있도록 구성할 수도 있다(S840).

이 경우, 앞서 살펴본 바와 같이 기준 색상 정보와의 차이를 이용하면 과열의 정도를 단계적으로 인식할 수 있으므로 이를 이용하여 상기 본 발명의 제어부(130)는 상기와 같이 알람 정보 등을 출력하되 과열된 정도에 따라 차등적인 알람 정보를 출력하도록 구성하여 관리자 등으로 하여금 차등적인 후속 조치 내지 예비적인 조치가 취할 수 있도록 유도할 수 있다.

또한, 물리적으로 이격되어 있는 원격지의 관리자 등에게 효과적으로 상기와 같은 정보를 전송하기 위하여 본 발명의 제어부(130)는 이통사의 SMS서버 등과 네트워킹하여 미리 지정된 관리자의 모바일 단말 등으로 패널(1300) 즉, 해당 배터리 모듈(10)에 대한 상태 정보 등이 SMS 또는 MMS 등으로 전송되도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다(S840).

또한, 본 발명은 팬과 같은 장비의 구동에 의하여 공기 등의 냉각매체가 배터리팩으로 유입되도록 하여 배터리를 냉각시키는 냉각모듈(170)을 더 포함할 수 있다.

이와 같은 냉각모듈(170)과의 연계를 통하여 더욱 효과적인 냉각 공조 체계가 이루어질 수 있도록 본 발명의 제어부(130)는 상기 위치정보 생성부(140)로부터 상기 과열된 배터리 모듈에 대한 위치정보가 입력되면 상기 위치정보에 해당하는 영역으로 냉각 매체가 집중적으로 송풍되도록 상기 냉각모듈(170)의 송풍 방향을 제어하도록 구성할 수 있다(S850).

앞서 설명된 바와 같이 본 발명의 온도감지모듈(100)의 패널에 시온 도료 등이 도포되는 경우, 앞서 설명된 영상모듈(110)은 일반 가시광선 영상을 생성하는 기기로도 충분히 구현될 수 있다.

시온 도표에 의하여 각 패널(1300)마다의 색상이 변경되는 경우, 이를 가시광선 영상으로 생성하여도 전술된 기준 색상 정보와의 비교, 과열 판단, 영상의 좌표 정보를 이용한 위치 정보 생성 등을 그대로 적용할 수 있으며, 장치 구현이나 비용 경제적인 면에서도 현저한 효과를 가질 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

한편 본 발명을 설명함에 있어, 도 3 등에 도시된 본 발명의 관리장치(100)에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.

즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 수행되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관히 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

100 : 관리장치 110 : 영상모듈
120 : 저장부 130 : 제어부
140 : 위치정보 생성부 145 : DB부
150 : 화면표시수단 160 : 알람수단
170 : 냉각모듈
1000 : 온도 감지장치(온도 감지모듈)
1100 : 접촉 플레이트 1150: 판스프링
1200: 지지 플레이트 1300: 패널
1400: 거치수단 1500: 결합수단

Claims

복수 개 이차 전지를 포함하는 배터리 모듈의 온도 감지를 위한 장치로서,
상기 복수 개 이차전지 사이에 형성된 이격 공간에 삽입되는 복수 개의 열전도성 재질의 접촉 플레이트;
상기 복수 개의 접촉 플레이트와 연결되어 상기 접촉 플레이트를 지지하는 열전도성 재질의 지지 플레이트; 및
상기 지지 플레이트와 연결되며 상기 접촉 플레이트가 삽입된 복수 개 이차전지에 해당하는 배터리 모듈의 온도 상태 측정을 위한 영상 장치의 촬영 대상이 되는 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 온도 감지장치.
제 1항에 있어서, 상기 접촉 플레이트는,
상기 복수 개 이차전지 사이에 형성된 이격 공간에 삽입된 후 탄성력에 의하여 상기 복수 개 이차전지와의 물리적 접촉이 유지되도록 하는 탄성 부재가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 온도 감지장치.
제 2항에 있어서, 상기 탄성 부재는,
상기 이격 공간으로의 착탈이 용이하도록 라운드 형태의 판스프링인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 온도 감지장치.
제 1항에 있어서, 상기 패널은,
온도에 따라 색상이 변하는 시온도료가 도포된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 온도 감지장치.
배터리 모듈을 구성하는 복수 개 이차전지 사이에 형성된 이격 공간에 삽입되는 복수 개의 열전도성 재질의 접촉 플레이트, 상기 복수 개의 접촉 플레이트와 연결되어 상기 접촉 플레이트를 지지하는 열전도성 재질의 지지 플레이트와 상기 지지 플레이트와 연결되며 상기 접촉 플레이트가 삽입된 복수 개 이차전지에 해당하는 배터리 모듈의 온도 상태 측정을 위한 영상 장치의 촬영 대상이 되는 패널을 포함하며, 배터리 팩을 구성하는 복수 개 개별 배터리 모듈마다 설치되는 온도감지모듈; 및
상기 복수 개 온도감지모듈의 패널에 대한 영상을 생성하는 영상 모듈;
상기 배터리 모듈에 대한 과열 여부를 판단하는 기준 색상 정보가 저장된 저장부; 및
상기 영상모듈에서 생성된 영상의 색상 정보와 상기 기준 색상 정보를 상호 비교하여 상기 배터리 모듈별 과열 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리장치.
제 5항에 있어서,
상기 영상의 좌표 정보를 이용하여 과열된 해당 배터리 모듈의 위치 정보를 생성하는 위치정보 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리장치.
제 6항에 있어서,
냉각 매체를 송풍시키는 냉각모듈을 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 위치정보 생성부로부터 입력된 상기 위치 정보에 해당하는 영역으로 상기 냉각 매체가 송풍되도록 상기 냉각모듈의 방향 또는 강도를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리장치.
제 5항에 있어서, 상기 제어부는,
과열된 배터리 모듈이 존재하는 경우 이에 대한 알람 정보가 관리자의 모바일 단말로 전송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리장치.
제 5항에 있어서, 상기 온도감지모듈의 상기 접촉 플레이트는,
상기 복수 개 이차전지 사이에 형성된 이격 공간에 삽입된 후 탄성력에 의하여 상기 복수 개 이차전지와의 물리적 접촉이 유지되도록 하는 탄성 부재가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리장치.
제 9항에 있어서, 상기 탄성 부재는,
상기 이격 공간으로의 착탈이 용이하도록 라운드 형태의 판스프링인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리장치.
제 5항에 있어서, 상기 영상모듈은,
상기 복수 개 온도감지모듈의 패널에 대한 적외선 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리장치.
제 5항에 있어서, 상기 온도감지모듈의 패널은,
온도에 따라 색상이 변하는 시온도료가 도포되며,
상기 영상모듈은,
상기 복수 개 온도감지모듈의 패널에 대한 가시광선 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리장치.
복수 개의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에서, 상기 배터리 모듈을 구성하는 복수 개 이차전지 사이에 형성된 이격 공간에 삽입되는 복수 개의 열전도성 재질의 접촉 플레이트, 상기 복수 개의 접촉 플레이트와 연결되어 상기 접촉 플레이트를 지지하는 열전도성 재질의 지지 플레이트와 상기 지지 플레이트와 연결되며 상기 접촉 플레이트가 삽입된 복수 개 이차전지에 해당하는 배터리 모듈의 온도 상태 측정을 위한 영상 장치의 촬영 대상이 되는 패널을 포함하며, 개별 배터리 모듈마다 구비된 복수 개 온도감지모듈을 이용하여 배터리 팩을 관리하는 방법으로서,
상기 복수 개 온도감지모듈의 패널에 대한 영상을 생성하는 영상생성단계; 및
상기 영상생성단계에서 생성된 영상의 색상 정보와 상기 배터리 모듈에 대한 과열 여부를 판단하는 기준 색상 정보를 상호 비교하여 상기 배터리 모듈별 과열 여부를 판단하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리방법.
제 13항에 있어서,
상기 영상의 좌표 정보를 이용하여 과열된 해당 배터리 모듈의 위치 정보를 생성하는 위치정보 생성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리방법.
제 14항에 있어서,
상기 위치정보 생성단계의 위치 정보에 해당하는 영역으로 냉각매체가 송풍되도록 냉각 매체를 송풍시키는 냉각모듈의 방향 또는 강도를 제어하는 냉각단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리방법.
제 13항에 있어서,
과열된 배터리 모듈이 존재하는 경우 이에 대한 알람 정보가 관리자의 모바일 단말로 전송되도록 제어하는 전송단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리방법.
제 13항에 있어서, 상기 온도감지모듈의 상기 접촉 플레이트는,
상기 복수 개 이차전지 사이에 형성된 이격 공간에 삽입된 후 탄성력에 의하여 상기 복수 개 이차전지와의 물리적 접촉이 유지되도록 하는 탄성 부재가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리방법.
제 17항에 있어서, 상기 탄성 부재는,
상기 이격 공간으로의 착탈이 용이하도록 라운드 형태의 판스프링인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리방법.
제 13항에 있어서, 상기 영상모듈은,
상기 복수 개 온도감지모듈의 패널에 대한 적외선 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리방법.
제 13항에 있어서, 상기 온도감지모듈의 패널은,
온도에 따라 색상이 변하는 시온도료가 도포되며,
상기 영상모듈은,
상기 복수 개 온도감지모듈의 패널에 대한 가시광선 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리방법.