KR20130022130A - 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치 - Google Patents

하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상기 에너지 저장 모듈 내 수분의 양을 측정하는 수분 감지 센서; 상기 수분 감지 센서를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 상기 에너지 저장 모듈의 고장 여부를 판단하는 제어 보드; 및 상기 제어 보드의 판단 결과에 따라 사용자에게 고장을 알리는 고장 알림부를 포함한다.

Description

하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치{Method and Apparatus for Detecting Abnormality of Electric Power Storage Module for Hybrid Industrial Vehicle}
본 발명은 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수분 감지 센서를 이용한 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근에는 유가의 급격한 상승과 함께 엔진의 잉여 동력을 에너지 저장 모듈에 저장하고, 엔진의 부족한 동력을 에너지 저장 모듈로부터 공급받아 연비를 개선한 하이브리드 형태의 산업용 차량에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈은 배터리와 울트라 커패시터(Ultra Capacitor; 이하, 'UC') 모듈로 구성되어 에너지 효율을 극대화시킬 수 있도록 각 저장 장치의 특성에 맞추어 동력을 제어하고 있다.
UC 모듈 및 배터리 등은 다수의 셀이 직렬로 연결되어 서브 모듈을 이루고, 다수의 서브 모듈이 직렬로 연결되어 전체 모듈을 구성한다.
이러한 에너지 저장 모듈은 구동 중에 열을 발생시키고, 이러한 구동열은 에너지 저장 모듈의 효율을 저하시키거나 고장을 야기시키는 원인이 된다. 따라서, 에너지 저장 모듈의 냉각을 위해 다양한 방법이 사용되고 있다. 통상적으로 공기 유동을 이용한 공랭식 냉각 방법 및 액상 냉매를 이용하는 수냉식 냉각 방법이 사용된다. 여기서, 수냉식 냉각 방법은 공랭식 냉각 방법보다 냉각 효율이 높아 다양한 방법으로 사용된다.
수냉식 냉각 방법의 일례로 냉매에 의해 냉각되는 수냉각판을 에너지 저장 모듈의 발열체에 접촉시키는 방법이 있다. 하지만, 이러한 종래의 수냉식 냉각 방법은 외부 충격 및 진동이 큰 산업용 차량에 사용할 경우 주요 구성품들이 피로나 충격에 의해 파손될 수 있고, 이때 누출되는 냉매가 에너지 저장 모듈 내부로 침입할 가능성이 있다. 따라서, 셀 간 단락(Short)에 의한 셀 및 모듈의 전기적 파손이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 외부로부터 에너지 저장 모듈 내부로 수분 유입시 에너지 저장 모듈의 셀이나 모듈의 치명적인 파손이 발생되기 전에 고장을 예방할 수 있는 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명은 배터리 및 에너지 저장 모듈을 동력원으로 사용하는 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치에 있어서, 상기 에너지 저장 모듈 내 수분의 양을 측정하는 수분 감지 센서; 상기 수분 감지 센서를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 상기 에너지 저장 모듈의 고장 여부를 판단하는 제어 보드; 및 상기 제어 보드의 판단 결과에 따라 사용자에게 고장을 알리는 고장 알림부를 포함한다.
또한, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명은 배터리 및 에너지 저장 모듈을 동력원으로 사용하는 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법에 있어서, 상기 에너지 저장 모듈 내 수분의 양을 측정하는 단계; 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 상기 에너지 저장 모듈의 고장 여부를 판단하는 단계; 및 판단 결과에 따라 경고음을 발생시키거나 상기 에너지 저장 모듈로 유입되는 전력을 차단하는 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 외부로부터의 수분 침입시 에너지 저장 모듈의 셀이나 모듈의 치명적인 파손이 발생되기 전에 고장을 예방하거나 고장 판단시 즉각적으로 전력을 차단하는 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치를 제공함으로써, 하이브리드 산업용 차량에서 시스템의 물리적인 안전을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 일부를 확대한 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 모듈의 서브 모듈의 고장 방식을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 일부를 확대한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 울트라 커패시터(Ultra Capacitor) 등의 에너지 저장 모듈(100)은 서브 모듈(120), 수냉각판(130), 수분 감지 센서(140), 제어 보드(150) 및 외부 케이스(160) 등을 포함한다.
서브 모듈(120)은 다수의 셀(122)이 직렬로 연결되어 구성되고, 다수의 서브 모듈(120)이 버스바(미도시)를 통해 직렬로 연결되어 전체 모듈을 구성한다. 각각의 서브 모듈(120)은 서브 모듈 케이스(124)에 수용되며, 각각의 서브 모듈 케이스(124)는 후술하는 외부 케이스(160) 내부에 수용된다.
수냉각판(130)은 서브 모듈(120)의 상하부에 장착되고, 열전도성이 높은 금속 재질로 이루어져 있어서 서브 모듈(120)에서 발생되는 열을 다수의 셀(122) 외부로 방출한다. 통상적으로 이러한 수냉각판은 알루미늄(Al)으로 형성되는 것이 일반적이다. 본 발명의 일실시예에서 에너지 저장 모듈(100)은 각 셀(122)의 단자가 그 상부에 형성되어 있어, 수냉각판(130)이 각 셀(122)의 하부에 배치된다. 따라서, 수냉각판(130)은 외부 케이스(160)의 저면과 서브 모듈 케이스(124)의 저면 사이에 배치된다.
외부 케이스(160)는 에너지 저장 모듈(100)의 외부를 감싸고, 금속 재질로 이루어져 있어서 외부 진동 피로나 충격으로부터 에너지 저장 모듈(100)을 보호한다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각수가 드나드는 냉각수로(162) 및 수냉각판(130)과 외부 케이스(160) 사이에 배치되어 냉각수로(162)를 밀봉시키는 가스켓(164)을 구비한다. 여기서, 가스켓(164)은 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 구조 단순화 및 제조 비용 감소 측면에서 간단한 도포에 의해 밀봉 기능을 수행할 수 있는 액상가스켓을 사용하는 것이 바람직하다.
수분 감지 센서(140)는 외부 케이스(160) 내부의 수분 유입을 감지하기 위한 것이다. 이를 위해, 본 발명의 일실시예에서 수분 감지 센서(140)는 서브 모듈 케이스(124)의 외부에 배치된다. 따라서, 에너지 저장 모듈(100)에 설치되는 수분 감지 센서(140)의 개수는 서브 모듈(120)의 개수에 대응되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 수분 감지 센서(140)는 서브 모듈 케이스(124)의 하단으로부터 일정 간격 이격되어 배치된다. 이는 각 셀(122)의 하단이 수냉각판(130) 및 방열체(170) 등에 의해 외부 케이스(160) 저면으로부터 일정 간격 이격되어 배치되기 때문이다. 이에 따라, 외부 케이스(160) 저면에 수분이 침입하더라도 실질적으로 각 셀(122)을 손상시키지 않기 때문에, 이 시점을 감지하여 미리 에너지 저장 모듈(100)의 구동을 중지시켜 운전자의 작업 효율을 저하시키지 않게 된다. 여기서, 방열체(170)는 방열 기능 및 절연 기능을 수행할 수 있는 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 패드 형상으로 형성된 것을 예로 들었으나, 패드 형상이 아닌 도포체 등과 같은 다른 형태로도 구성 가능하다.
이와 유사하게, 본 발명에 따른 수분 감지 센서(140)는 각 셀(122)의 하단과 외부 케이스(160) 사이에 배치된다. 이는 외부 케이스(160) 내부에 침입한 수분의 수위가 각 셀(122)의 하단보다 낮더라도, 모세관 현상 등으로 인해 방열체(170) 및 수냉각판(130)의 틈새를 통해 셀(122)의 하단에 수분이 실질적으로 침입하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 산업용 차량이 경사지 등에서 작업할 경우 내부 수분이 유동하여 특정 부위에서 수위가 높아져서 셀(122)의 하단에 수분이 침입하는 것을 감안한 것이다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서는 셀(122)의 하단으로부터 대략 3 ~ 4 mm 이격되도록 외부 케이스(160) 하단 외주면에 수분 감지 센서(140)가 설치되며, 이 경우, 수분 감지 센서(140)는 셀(122)의 하단과 수냉각판(130) 사이 또는 방열체(170)와 수냉각판(130) 사이에 배치되어, 상술한 모세관 현상에 의한 수분 침투 및 차량의 자세 등에 의한 수분 유동에 의한 수분 침투를 모두 감지할 수 있게 된다.
제어 보드(150)는 수분 감지 센서(140)를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 에너지 저장 모듈(100)의 고장 여부를 판단한 후, 경고음을 발생시키거나 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 보드(150)는 셀(122) 바닥을 기준으로 3 ~ 4 mm 아래(A)에서 수분 유입이 감지되면, 단락의 위험성이 높다고 판단하여 경고음을 발생시키거나 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 서브 모듈(120)과 수냉각판(130) 사이에는 방열체(170)가 추가로 구비될 수 있다. 따라서, 서브 모듈(120)에서 발생되는 열을 수냉각판(130)으로 효과적으로 전달할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 저장 모듈(100)의 고장 감지 장치(400)는 수분 감지 센서(140), 제어 보드(150), 고장 알림부(410) 및 전력 차단부(420) 등을 포함한다.
수분 감지 센서(140)는 에너지 저장 모듈(100) 내 수분의 양을 측정한다.
제어 보드(150)는 수분 감지 센서(140)를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 에너지 저장 모듈(100)의 고장 여부를 판단한다. 이를 위해, 제어 보드(150)는 신호 변환부(152), 메모리부(154) 및 제어부(156) 등을 포함할 수 있다.
신호 변환부(152)는 수분 감지 센서(140)를 이용하여 측정된 수분의 양을 전기적인 신호로 변환한다.
메모리부(154)는 기설정된 수분의 양을 저장한다.
제어부(156)는 수분 감지 센서(140)를 이용하여 측정된 수분의 양과 메모리부(154)에 저장된 기설정된 수분의 양을 비교하여 에너지 저장 모듈(100)의 고장 여부를 판단한다.
고장 알림부(410)는 제어부(156)의 판단 결과에 따라 경고음을 발생한다. 이때, 고장 알림부(410)는 전력 차단부(420)가 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단하기 이전에 감지된 수분의 양이 소량인 경우, 시스템의 운전을 바로 정지하지 않고 경고음을 발생함으로써, 고장을 사전에 예방할 수 있도록 한다.
전력 차단부(420)는 제어부(156)의 판단 결과에 따라 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 수분 감지 센서(140)는 에너지 저장 모듈(100) 내 수분의 양을 측정한다(S510).
제어 보드(150)는 수분 감지 센서(140)를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 에너지 저장 모듈(100)의 고장 여부를 판단한다(S520). 예를 들면, 제어 보드(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 셀(122) 바닥을 기준으로 3 ~ 4 mm 아래(A)에서 수분 유입이 감지되면, 에너지 저장 모듈(100)이 고장난 것으로 판단한다.
고장 알림부(410)는 제어 보드(150)의 판단 결과에 따라 경고음을 발생한다(S530). 이때, 고장 알림부(410)는 전력 차단부(420)가 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단하기 이전에 감지된 수분의 양이 소량인 경우, 시스템의 운전을 바로 정지하지 않고 경고음을 발생함으로써, 고장을 사전에 예방할 수 있도록 한다.
이어서, 전력 차단부(420)는 제어부(156)의 판단 결과에 따라 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단한다(S540).
본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
120: 서브 모듈 122: 셀
124: 서브 모듈 케이스 130: 수냉각판
140: 수분 감지 센서 150: 제어 보드
152: 신호 변환부 154: 메모리부
156: 제어부 160: 외부 케이스
162: 냉각수로 164: 가스켓
170: 방열체 410: 고장 알림부
420: 전력 차단부

Claims (5)

  1. 배터리 및 에너지 저장 모듈을 동력원으로 사용하는 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치에 있어서,
    상기 에너지 저장 모듈 내 수분의 양을 측정하는 수분 감지 센서;
    상기 수분 감지 센서를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 상기 에너지 저장 모듈의 고장 여부를 판단하는 제어 보드; 및
    상기 제어 보드의 판단 결과에 따라 사용자에게 고장을 알리는 고장 알림부;
    를 포함하는 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 보드의 판단 결과에 따라 상기 에너지 저장 모듈로 유입되는 전력을 차단하는 전력 차단부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    전기 에너지를 저장하는 복수의 셀과 상기 복수의 셀을 수용하는 외부 케이스를 포함하며,
    상기 수분 감지 센서는,
    상기 셀의 하단과 상기 외부 케이스 내부 하면의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 셀과 상기 외부 케이스 저면 사이에 냉각판이 설치되고, 상기 냉각판과 상기 셀 사이에 절연 및 방열을 위한 방열체가 더 설치되며,
    상기 수분 감지 센서는 상기 방열체와 상기 냉각판 사이의 높이에 위치하도록 상기 외부 케이스 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치.
  5. 배터리 및 에너지 저장 모듈을 동력원으로 사용하는 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법에 있어서,
    상기 에너지 저장 모듈 내 수분의 양을 측정하는 단계;
    측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 상기 에너지 저장 모듈의 고장 여부를 판단하는 단계; 및
    판단 결과에 따라 경고음을 발생시키거나 상기 에너지 저장 모듈로 유입되는 전력을 차단하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 산업용 차량의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법.
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