KR20130020453A - 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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김종우
서동관
오근현
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한국과학기술원
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Abstract

유체가 순환하는 유체로에서 하나이상의 압력 값을 수신하여 데이터 값을 정렬하는 데이터 수집부와 기존 정상 데이터의 압력 값을 보관하는 기준부와 상기 데이터 수집부를 통하여 얻은 정렬된 압력 값과 상기 기준부의 압력값을 비교하여 판단하는 비교부; 및 상기 비교부의 판단에 의해 펌프의 전원 스위치에 ON/OFF 신호를 전송하는 펌프 작동부가 포함되는 수냉식 중대형 배터리의 제어장치가 제공한다.

Description

수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 및 그 제어 방법 {Leak detection/ blockade system and the control method in a heavy/medium batteries of water cooling type}
본 발명은 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 본 발명은 전기에너지 및 비접촉 유도급전 기술을 이용하여 주행중에도 충전이 가능한 온라인 전기자동차 및 일반 전기에너지를 이용해 주행 가능한 전기 자동차, HEV(hybrid electric vehicle) 기타 친환경 에너지를 접목하여 사용하는 NGV(next generation vehicle) 시스템 내부 배터리 장치에 적용 가능한 배터리의 누수 감지/차단 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
주로 중, 대형 전기자동차용 배터리는 비교적 높은 전압, 전력량을 갖고 있다. 이에 따라 부수적으로 충전/방전이 수행되는 동안 많은 발열을 수반한다. 따라서 공랭식 대비 냉각 효율이 탁월한 수냉식 도입이 필수적이다. 그러나 냉각 매체로 정해진 수로를 따라 흐르는 수냉식 장치에는 시간에 따라 노후되고 구조적으로 약해져 누수가 발생 할 수 있다. 누수가 발생하면, 습기, 결로 현상이 두드러지며 심한 경우 배터리 양극이 단락되어 파손 또는 손상될 수 있는 문제점이 있다. 이는 고가의 중대형 배터리를 교체 하거나 수리를 해야 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 누수 여부를 탐지하고 사용자에게 인지시킬 수 있는 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 및 그 제어 방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 전장품 주변으로 누수에 의한 장비 파손을 최소화하기 위한 배터리의 누수 감지/차단 시스템 및 그 제어 방법을 제공함을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라, 유체가 순환하는 유체로에서 하나이상의 압력 값을 수신하여 데이터 값을 정렬하는 데이터 수집부와 기존 정상 데이터의 압력 값을 보관하는 기준부와 상기 데이터 수집부를 통하여 얻은 정렬된 압력 값과 상기 기준부의 압력값을 비교하여 판단하는 비교부; 및 상기 비교부의 판단에 의해 펌프의 전원 스위치에 ON/OFF 신호를 전송하는 펌프 작동부가 포함되는 수냉식 중대형 배터리의 제어장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 배터리의 외측에 접하여 물이 순환할 수 있는 관을 구비하는 수냉판과 상기 수냉판으로 공급되는 하나 이상의 물 압력 값을 읽어 들이는 수압센서와 상기 수압센서로부터 하나이상의 압력 값을 수신하여 데이터 값을 정렬하는 데이터 수집부와 정상 데이터의 압력값을 보관하는 기준부와 상기 데이터 수집부를 통하여 얻은 정렬된 압력 값과 상기 기준부의 압력값을 비교하여 판단하는 비교부 및 상기 비교부의 판단에 의해 펌프의 전원 스위치에 ON/OFF 신호를 전송하는 펌프 작동부가 구비되는 수냉식 중대형 배터리의 제어장치 및 상기 펌프 작동부로부터 신호를 전송받아 수냉식 순환펌프를 구동하여 수냉판의 일측 단부는 물을 공급하고 타측 단부는 물을 흡입하는 펌프가 포함된 수냉식 중대형 배터리 누수 감지/차단 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 수냉판은 배터리와 접하도록 다수개가 배치되는 것이 좋다.
또한, 상기 수압센서는 상기 수냉판의 갯수에 대응하여 배치되는 것이 바람직하다.
또, 상기 수압센서는 상기 수냉판으로 물이 공급되는 부위에 배치되는 것이 좋다.
또한, 상기 펌프와 상기 수냉판 사이에 배치되고, 상기 펌프로부터 다수개의 수냉판으로 물이 일정유량 관을 따라 주입되는 인입다기관과 상기 수냉판과 상기 펌프 사이에 배치되고, 상기 수냉판의 관을 따라 물을 일정유량으로 빼내기 위한 복귀 인출 다기관이 구비된 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 냉식 중대형 배터리의 제어장치 또는 수냉식 중대형 배터리 누수 감지/차단 장치를가 구비된 전기 자동차를 제공한다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 방법으로서, (a) 배터리 셀에 접촉하여 열전도 및 방열을 하는 수냉판에 유입되는 냉각수의 압력 값을 읽어 들이는 수압센서단계와 (b) 압력 값을 수신하여 기존에 설정된 압력 값이 설정범위 내에 위치되면 정상을 판단하고 설정범위를 벗어나면 불량을 비교하여 판단하는 비교판단단계 및 (c) 배터리 주위를 순환하여 냉각 시키는 수냉식 펌프의 구동단계가 구비되는 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 방법을 제공한다.
바람직하게는, (a) 단계이후, (a1) 배터리의 충전 상태를 주기적으로 체크하여 충전량이 기 설정된 기준값 이하로 떨어진 경우 신호를 보내어 펌프의 구동을 중지시키는 단계를 더 포함한다.
또한, (b) 단계이후, (b1,) 기존에 설정된 압력 값의 범위를 사용자 인터페이스를 통하여 수정할 수 있는 단계가 포함하는 게 바람직하다.
또, (b1)단계이후, (b2) 불량의 신호를 공급받아 사용자 인터페이스에게 정상신호 또는 불량신호를 전송하는 캔 송수신단계가 포함한다.
본 발명에 따른 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 및 그 제어 방법은, 누수 여부를 탐지하고 사용자에게 인지시킬 수 있는 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 및 그 제어 방법을 제공 제공하는 효과가 있다.
또한, 전장품의 주변으로 누수에 의한 장비의 파손을 방지하는 대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예의 수냉식 중대형 배터리의 제어장치도.
도 2 는 본 발명의 다른 형태의 바람직한 실시예에 따른 수냉식 중대형 배터리 누수 감지/차단 장치도.
도 3 은 본 발명의 또 다른 형태의 바람직한 실시예에 따른 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 방법의 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 따른 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 상세한 설명은 생략한다. 들어가기에 앞서, 본 발명을 설명하는데 있어서, 그 실시 예가 상이하더라도 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 필요에 따라 그 설명을 생략할 수 있다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예의 수냉식 중대형 배터리의 제어장치도 이고, 도 2 는 본 발명의 다른 형태의 바람직한 실시예에 따른 수냉식 중대형 배터리 누수 감지/차단 장치도를 참조하여 설명하면.
배터리(28)의 배치와 형상은 차량의 실장 위치에 따라 대부분 결정된다. 배터리(28)를 냉각 시키는 수냉판(24)과 물의 압력을 읽어 들이는 수압센서(26)와 기존 데이터와 비교 판단하여 제어하는 수냉식 중대형 배터리의 제어장치(1)와 수냉식 중대형 배터리의 제어장치(1)의 판단결과에 의해 펌프(20)가 구동되는 펌프 작동부(17)가 구비된다.
수냉판(24)은 배터리(28)의 외주면을 따라 배치된다. 수냉판(24)은 배터리(28)의 외주면을 따라 유체가 순환할 수 있는 관이 배치된다. 수냉판(24)은 구동시에 발생되는 배터리(28)의 열이 관을 따라 전도 되도록 한다. 이는 유체가 배터리(28)의 열을 전도 받아 냉각시키기 위함이다.
수냉판(24)은 배터리(28)의 외주면을 따라 등 간격으로 2개 이상 배치되는 게 바람직하다. 이는 수냉판(24)의 갯수를 한정하기 위함은 아니고 신속하게 배터리(24)에서 열을 전도 받기 위함이다. 수냉판(24)은 관을 순환할 수 있는 유체가 사용된다. 수냉판(24)의 냉각을 위해 물이 사용되는 게 바람직하다. 이는 유체의 종류를 한정함은 아니면 관을 따라 순환하고 배터리(28)를 냉각시키는 어떠한 종류의 유체도 상관없다. 수냉판(24)은 유체의 원활한 순환을 개폐할 수 있는 개폐부가 구비될 수도 있다. 개폐부는 유체가 주입되는 주입구와 유체가 배출되는 배출구에 위치되는 게 바람직하다.
수압센서(26)는 실시간으로 수압의 압력을 체크하여 값을 읽어 들인다. 수압센서(26)는 펌프(20)로부터 관으로 주입되는 압력 값을 읽어 들인다.
수냉식 중대형 배터리의 제어장치(1)는 압력 값을 제어 하여 비교 판단한다. 수냉식 중대형 배터리의 제어장치(1)는 수압센서(26)로부터 압력 값을 수신하여 데이터 값을 정렬하는 데이터 수집부(10)와 정상 데이터의 압력 값을 보관하는 기준부(15)와 데이터 수집부(10)를 통하여 얻은 정렬된 압력 값과 기준부(15)의 압력 값을 비교하여 판단하는 비교부(13) 및 비교부(13)의 판단에 의해 펌프(20)의 전원 스위치에 ON/OFF 신호를 전송하는 펌프 작동부(17)가 구비된다. 비교부(13)의 판단에 의해 오류로 판단하면 사용자의 인터페이스(미도시)로 송수신한다.
수냉식 중대형 배터리의 제어장치(1)는 수냉판(24)과 수압센서(26)의 이상 유무 및 접속 상태를 판단하기도 한다. 이는 수냉식 중대형 배터리의 제어장치(1)는 수냉판(24)과 수압센서(26)에 이상이 있을 경우 장비의 파손을 방지하기 위하여 펌프(20)의 구동을 중지 시킨다.
수냉식 중대형 배터리의 제어장치(1)는 수냉판(24)과 수압센서(26)와 사용자 인터페이스의 접속 상태 및 이상 유무를 송수신하기 위해서 CAN(controller Area network) 통신 방식을 사용할 수도 있다. CAN(controller Area network)은 두 개 이상의 마이크로 컨트롤러가 존재할 때 이를 연결시켜 데이터를 통신하기 위한버스 통신 방식이다. 자동차 등의 경우 전자 제어 부품의 사용이 많아짐에 따라 이를 효율적으로 관리하기 위하여 CAN 통신 방식을 많이 사용하고 있다.
펌프(20)는 수냉식 중대형 배터리의 제어장치(1)에서 ON/OFF신호를 받아 관을 따라 이동하는 유체를 순환시킨다. 펌프(20)의 고장을 대비하여 다수개가 배치될 수도 있다. 펌프(20)는 인입다기관(22)으로 유체를 주입하고 배출 시에는 인출다기관(29)을 통하여 유체를 배출한다.
인입다기관(22)/인출다기관(29)은 다수개의 수냉판(24)의 관으로 유체가 주입/배출되기 위해서는 일정한 압력을 공급해준다. 인입다기관(22)/인출다기관(29)은 수냉판(24)과 펌프(20) 사이에 배치된다.
(a) 수압센서
(a) 수압센서(26)는 전기자동차의 배터리(28) 셀에 접촉하여 열전도 및 방열을 하는 수냉판(24)에 유입되는 냉각수의 압력 값의 데이터를 읽어 들인다. 수압센서(26)의 신호가 정상적으로 이루어지는 지를 체크한다. (a1) 전기자동차의 전원은 배터리(28)로 각 전장장치에 공급된다. 이를 위해 배터리의 충전 량을 수시로 체크해야 한다.
(b) 비교판단단계
(b) 비교판단단계는 수압센서(26)에서 실시간으로 입력되는 데이터 압력 값과 기존에 설정된 압력 값을 불러 들여 비교하여 압력 값이 설정범위 내에 있는 지를 판단한다. (b1) 기존에 설정된 압력 값의 데이터가 정상인지를 확인한다. 기존 데이터의 압력 값이 오류 값이 입력되어 있을 경우 이를 수정한다. 이때 오류 값을 수정하기 위해서는 사용자 인터페이스를 사용한다. (b2) 불량 신호를 공급 받아 사용자의 인터페이스에 신호를 전송한다. 이때 사용자의 인터페이스는 등이 점멸되거나 알람이 울리도록 하는 게 바람직하다.
(C) 구동단계
(C) 구동단계는 배터리(28) 주위를 유체가 순환하여 냉각 시킨다. 펌프(20)가 동작되면 유체는 계속 순환을 한다.
한편, 수냉식 중대형 배터리 누수 감지/차단 시스템 방벙의 프로세스의 일 실시예를 이하에서 설명한다. 도 3 은 본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따른 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 방법의 순서도를 참조한다.
전기 자동차에 전원을 공급한다(S10), 베터리 & 냉각 시스템의 전결상태 및 이상 유무를 확인 한다. 이상이 없을 경우 다음 단계로 진행된다. 이상이 있을 경우에는 순환 펌프의 전원 스위치를 OFF시킨다(S20), 배터리 & 냉각 시스템의 연결 상태가 이상이 없을 경우 다음 단계로 진행 된다. 배터리 & 냉각 시스템의 연결 상태가 이상 있을 경우 순환 펌프의 전원 스위치를 OFF시킨다(S30).
배터리의 잔존량을 체크한다. 이는 펌프의 구동이 가능한지를 체크 한다. 배터리의 잔존 용량이 30%로 이상일 경우 다음 단계로 진행된다. 배터리의 잔존 용량이 30%로 이하 일 경우 순환펌프의 전원 스위치를 OFF시킨다(S40).
냉각시스템의 정상 압력 값을 체크 한다. 정상 압력 값이 입력되면 다음단계로 진행된다. 정상 압력 값이 입력되지 않으면 순환펌프의 전원 스위치를 OFF시킨다(S50).
기존에 설정된 압력값과 비교하여 기존 압력값의 범위 내에 정상압력 값이 위치되면 다음 단계로 진행된다. 설정된 압력값의 범위에 도달하지 못하거나 압력값이 초과 되면 순환펌프의 전원 스위치를 OFF시킨다(S60). 순환펌프의 전원 스위치를 ON시킨다(S70).
이상과 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 수냉식 중대형 배터리의 제어장치
10: 데이타 수집부 13: 비교부
15: 기준부 17: 펌프작동부
2: 수냉식 중대형 배터리 누수 감지/차단 장치
20: 펌프 22:인입 다기관
24: 수냉판 26: 수압센서
28: 배터리 29: 복귀 인출 다기관

Claims (11)

  1. 유체가 순환하는 유체로에서 하나이상의 압력 값을 수신하여 데이터 값을 정렬하는 데이터 수집부;
    기존 정상 데이터의 압력 값을 보관하는 기준부;
    상기 데이터 수집부를 통하여 얻은 정렬된 압력 값과 상기 기준부의 압력값을 비교하여 판단하는 비교부; 및
    상기 비교부의 판단에 의해 펌프의 전원 스위치에 ON/OFF 신호를 전송하는 펌프 작동부
    가 포함되는 수냉식 중대형 배터리의 제어장치.
  2. 배터리의 외측에 접하여 물이 순환할 수 있는 관을 구비하는 수냉판;
    상기 수냉판으로 공급되는 하나 이상의 물 압력 값을 읽어 들이는 수압센서;
    상기 수압센서로부터 하나이상의 압력 값을 수신하여 데이터 값을 정렬하는 데이터 수집부와 정상 데이터의 압력값을 보관하는 기준부와 상기 데이터 수집부를 통하여 얻은 정렬된 압력 값과 상기 기준부의 압력값을 비교하여 판단하는 비교부 및 상기 비교부의 판단에 의해 펌프의 전원 스위치에 ON/OFF 신호를 전송하는 펌프 작동부가 구비되는 수냉식 중대형 배터리의 제어장치; 및
    상기 펌프 작동부로부터 신호를 전송받아 수냉식 순환펌프를 구동하여 수냉판의 일측 단부는 물을 공급하고 타측 단부는 물을 흡입하는 펌프가
    포함된 수냉식 중대형 배터리 누수 감지/차단 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 수냉판은 배터리와 접하도록 다수개가 배치되는 것을 특징으로 하는 수냉식 중대형 배터리 누수 감지/차단 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 수압센서는 상기 수냉판의 갯수에 대응하여 배치되는 것을 특징으로 하는 수냉식 중대형 배터리 누수 감지/차단 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 수압센서는 상기 수냉판으로 물이 공급되는 부위에 배치되는 것을 특징으로 하는 수냉식 중대형 배터리 누수 감지/차단 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 펌프와 상기 수냉판 사이에 배치되고, 상기 펌프로부터 다수개의 수냉판으로 물이 일정유량 관을 따라 주입되는 인입다기관;
    상기 수냉판과 상기 펌프 사이에 배치되고, 상기 수냉판의 관을 따라 물을 일정유량으로 빼내기 위한 복귀 인출 다기관이 구비된 것을 특징으로 하는 수냉식 중대형 배터리 누수 감지/차단 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2가 구비되어 포함되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
  8. 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 방법으로서,
    (a) 배터리 셀에 접촉하여 열전도 및 방열을 하는 수냉판에 유입되는 냉각수의 압력 값을 읽어 들이는 수압센서단계:
    (b) 압력 값을 수신하여 기존에 설정된 압력 값이 설정범위 내에 위치되면 정상을 판단하고 설정범위를 벗어나면 불량을 비교하여 판단하는 비교판단단계;
    (c) 배터리 주위를 순환하여 냉각 시키는 수냉식 펌프의 구동단계가 구비되는 것을 특징으로 하는 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템 방법.
  9. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    (a) 단계이후,
    (a1) 배터리의 충전 상태를 주기적으로 체크하여 충전량이 기 설정된 기준값 이하로 떨어진 경우 신호를 보내어 펌프의 구동을 중지시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    (b) 단계이후,
    (b1) 기존에 설정된 압력 값의 범위를 사용자 인터페이스를 통하여 수정할 수 있는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 시스템방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    (b1)단계이후,
    (b2) 불량의 신호를 공급받아 사용자 인터페이스에게 정상신호 또는 불량신호를 전송하는 캔 송수신단계가
    포함되는 수냉식 중대형 배터리의 누수 감지/차단 제어 방법
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CN110994075A (zh) * 2019-12-31 2020-04-10 郑州科技学院 一种电动汽车电池散热装置
CN112098020A (zh) * 2020-09-18 2020-12-18 宁波益诺生智能制造有限公司 一种集水杯漏气检测装置
US11380949B2 (en) 2018-01-23 2022-07-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Coolant distribution interface for a battery module housing

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