KR20130047064A - 이차전지 모니터용 블랙박스장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래의 리튬이온전지 및 리튬폴리머전지에 사용되는 PCM(Protection Circuit Moudule), 혹은 BMS(Battery Management System)이 전기차 및 전기구동장치화재시 이차전지와 함께 전소되어 사고분석 자체를 파악할 수 없고, 이차전지의 사고발생시, 전기차 사용자의 스마트폰으로의 알림기능이 없어, 전기차 및 전기구동장치화재시 대형사고의 문제점을 개선하고자, 입·출력접속단자, 퓨즈부(Fuse), 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System), 냉각팬, 이차전지모니터용 블랙박스로 이루어진 이차전지 모니터용 블랙박스 모듈(200)
로 구성됨으로서, 탈부착식 구조로 형성되어 BMS기능과 함께 혹은 단독으로 사용하여, 이상상황에 해당하는 데이터를 실시간으로 저장 및 분석할 수 있고, 전기차 뿐만 아니라 전기구동장치의 이차전지에도 호환시켜 적용시킬 수 있으며, 이차전지모니터용 블랙박스모듈에 저장된 측량데이터와 영상데이터를 통해 리튬이온전지 및 리튬폴리머 전지 등의 개별 구성 전지의 밸런싱(BALANCING)에 의한 용량 감소, 과충전 등에 의한 사고유발, 잔량 경고 이후의 사용시간 예측, 및 소비자의 연료 경고 이후의 행동 예측, 전기차의 전기차 및 전기구동장치 사고 및 전기차용 이차전지 성능 향상에 막대한 영향을 주는 고속 충전, 고율방전에 의한 잔량예측, 사용환경의 급속한 변경 등에 대한 이차전지의 반응 등을 예측할 수 있는 데이터를 획득할 수 있고, 무엇보다 이차전지의 이상신호발생시, WiFi 통신모듈을 통해 전기차 및 전기구동장치 사용자의 스마트폰으로 사전에 알려줄 수 있어, 대형사고를 미리 예방시킬 수 있는 이차전지 모니터용 블랙박스장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

이차전지 모니터용 블랙박스장치{E-VEHICLE BATTERY BLACK BOX SYSTEM}
본 발명은 전기차 및 전기구동장치로 사용되는 이차전지의 이상현상 추적장치로서, 이차전지가 사고발생 및 고장발생시 측량데이터와 영상데이터를 저장하고, 이상현상을 분석하여 이상상황을 예측하고 추후 제품개발 및 전지안전에 기여할수 있는 이차전지 모니터용 블랙박스장치에 관한 것이다.
종래 동력용 에너지원으로 주로 납전지를 사용하였고, 전기차에는 리튬이온전지 및 리튬 폴리머 전지를 사용하였다.
하지만, 종래에는 납전지 및 리튬이온전지, 리튬폴리머전지 일측에 전지 이상신호를 감지하고 녹화해서 저장하는 추적 장치가 없었다.
그리고, 리튬이온전지 및 리튬폴리머전지 등은 이차전지를 전기적으로 보호할 수 있는 PCM(Protection Circuit Moudule), 혹은 BMS(Battery Management System)를 사용하였다.
이는 이차전지를 과전압, 과전류 속에서는 보호할 수는 있으나, 교통사고 및 자체 기기 오류로 인한 전기차 및 전기구동장치화재의 경우에 대해서는 대부분 일체형으로 구성되어 있어, 이차전지 함께 전소되어 사고분석 자체를 파악할 수 없는 상태가 많았다.
또한, 이차전지의 이상신호발생시, 전기차 사용자의 스마트폰으로의 알림기능이 없어, 전기차 및 전기구동장치화재시 대형사고의 문제점이 발생하였다.
국내공개특허공보 특2003-0001013호(2003년01월06일 공개)
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 탈부착식 구조로 형성되어 BMS기능과 함께 혹은 단독으로 사용하여, 이상상황에 해당하는 데이터를 실시간으로 저장 및 분석할 수 있고, 전기차 뿐만 아니라 전기구동장치의 이차전지에도 호환시켜 적용시킬 수 있으며, 이차전지모니터용 블랙박스모듈에 저장된 측량데이터와 영상데이터를 통해 이차전지에 대한 이상신호 데이터를 다양하게 획득할 수 있고, 무엇보다 이차전지의 이상신호발생시, WiFi 통신모듈을 통해 전기차 및 전기구동장치 사용자의 스마트폰으로 사전에 알려줄 수 있어, 대형사고를 미리 예방시킬 수 있는 이차전지 모니터용 블랙박스장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이차전지 모니터용 블랙박스장치는
전기차 및 전기구동장치의 기기에 전원을 공급시키는 이차전지 일측에 연결되어, 이차전지가 사고발생 및 고장발생시, 이차전지의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터와, 이차전지의 영상데이터를 저장하고, 스마트폰으로 이차전지의 이상신호를 알려주는 이차전지 모니터용 블랙박스 모듈이 구성됨으로서 달성된다.
상기 이차전지 모니터용 블랙박스 모듈은
이차전지로 유입되는 입력접속단자와, 이차전지터 출력되는 출력접속단자 일측에 규정 값 이상의 과도한 전류가 계속 흐르지 못하도록 자동적으로 차단하는 퓨즈부(Fuse)와,
입·출력접속단자 일측 및 이차전지의 표면에 연결되어, 이차전지의 전압, 전류 및 온도를 실시간으로 측정하여 충방전 전류를 제어함으로 이차전지의 과충전 및 과방전을 방지하고, 이차전지모니터용 블랙박스모듈로 이차전지 배터부의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터를 전송시키는 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)와,
이차전지의 표면 일측에 설치되어, 이차전지의 이상온도 발생시, 이차전지모니터용 블랙박스모듈의 제어신호에 따라 동작되어 이차전지의 표면을 냉각시키는 냉각팬과,
블랙박스연계형 BMS(Battery Management System), 냉각팬, 영상카메라부와 연결되어, 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)로부터 전송된 이차전지의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터를 내부메모리에 저장시키고, 데이터 분석 후, 이차전지에 이상온도 발생시 냉각팬 구동명령신호를 출력시키고, WiFi 통신모듈을 통해 이차전지에 이상신호발생시 전기차 및 전기구동장치의 사용자 스마트폰으로 이차전지이상신호를 출력시키는 이차전지모니터용 블랙박스모듈가 포함되어구성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 전기차 뿐만 아니라 전기구동장치의 이차전지에도 호환시켜 적용시킬 수 있어 호환성이 우수하고, 이차전지모니터용 블랙박스모듈에 저장된 측량데이터와 영상데이터를 통해 리튬이온전지 및 리튬폴리머 전지 등의 개별 구성 전지의 밸런싱(BALANCING)에 의한 용량 감소, 과충전 등에 의한 사고유발, 잔량 경고 이후의 사용시간 예측, 및 소비자의 연료 경고 이후의 행동 예측, 전기차의 전기차 및 전기구동장치 사고 및 전기차용 이차전지 성능 향상에 막대한 영향을 주는 고속 충전, 고율방전에 의한 잔량예측, 사용환경의 급속한 변경 등에 대한 이차전지의 반응 등을 예측할 수 있는 데이터를 획득할 수 있고, 무엇보다 이차전지의 이상신호발생시, WiFi 통신모듈을 통해 전기차 및 전기구동장치 사용자의 스마트폰으로 사전에 알려줄 수 있어, 대형사고를 미리 예방시킬 수 있는 좋은 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지 모니터용 블랙박스장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 이차전지 모니터용 블랙박스 모듈(200)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 이차전지 전압측정부의 구성요소를 도시한 회로도,
도 4는 본 발명에 따른 이차전지 전류측정부의 구성요소를 도시한 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 셀 밸런싱부(CELL Balance)의 구성요소를 도시한 회로도,
도 6은 본 발명에 따른 이차전지 모니터용 블랙박스장치의 동작과정을 도시한 일실시예도.
먼저, 본 발명에서 설명되는 이차전지(100)에 관해 설명한다.
상기 이차전지(100)는 방전과 충전을 통해 전기차 및 전기구동장치의 기기에 전원을 공급시키는 배터리 역할을 하는 것으로, 이는 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지 및 리튬이온폴리머전지로 구성된다.
본 발명에 따른 이차전지는 주로 리튬이온전지 및 리튬이온폴리머전지로 이루어지며, 복수개의 리튬이온전지 및 리튬이온폴리머전지가 병렬 또는 직렬로 적층된 배터리팩 구조로 구성되고, 전압범위는 0V~30V이고, 전류범위는 -200A~200A이며, 온도범위는 -40℃~80℃인 특성을 가진다.
상기 이차전지는 충전기에서 전류가 유입되는 입력접속단자 일측과, 전기차 및 전기구동장치의 기기로 출력되는 출력접속단자 일측에 설치되어, 규정 값 이상의 과도한 전류가 계속 흐르지 못하도록 자동적으로 차단하는 퓨즈(Fuse)가 포함되어 구성된다.
상기 퓨즈(Fuse)는 이차전지에 과부하나 선간의 단락 등으로 과전류가 흘렀을 때, 입력접속단자 및 출력접속단자가 이루는 가용체(Element : 납, 납ㆍ주석의 합금 또는 아연 등)가 녹아 끊어져서 전로(電路)를 차단하여 이차전지를 보호한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지 모니터용 블랙박스장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 이차전지(100) 일측에 연결되는 이차전지 모니터용 블랙박스 모듈(200)로 구성된다.
상기 이차전지 모니터용 블랙박스 모듈(200)은 방전과 충전을 통해 전기차 및 전기구동장치의 기기에 전원을 공급시키는 이차전지 일측에 연결되어, 이차전지가 사고발생 및 고장발생시, 이차전지의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터와, 이차전지의 영상데이터를 저장하고, 스마트폰으로 이차전지의 이상신호를 알려주는 역할을 한다.
이는 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)(210), 냉각팬(220), 이차전지모니터용 블랙박스(230)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)(210)에 관해 설명한다.
상기 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)(210)는 이차전지의 전압, 전류 및 온도를 실시간으로 측정하여 충방전 전류를 제어함으로 이차전지의 과충전 및 과방전을 방지하고, 이차전지모니터용 블랙박스로 이차전지 배터부의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터를 전송시키는 역할을 한다.
이는 도 2에서 도시한 바와 같이, 이차전지 전압측정부(211), 이차전지 전류측정부(212), 온도센서(213), 셀 밸런싱부(CELL Balance)(214)로 구성된다.
상기 이차전지 전압측정부(211)는 충전기에서 이차전지로 유입되는 전압을 측정하는 역할을 하는 것으로, 이는 포토모스 릴레이(PhotoMOS-Relay)로 구성된다.
이는 충전기에서 이차전지로 유입되는 이차전지 입력접속단자 일측에 설치되어, 빛을 이용하여 모스페트(MosFet)를 구동시키기 때문에 잡음에 강하고 이차전지의 배터리팩간의 전류를 절연시킬 수 있고, 회로설계가 간단하며, 측정속도가 높은 특징을 가진다.
도 3에서 도시한 바와 같이, 포토모스 릴레이(PhotoMOS-Relay)를 두개 사용하여 이차전지로 유입되는 전압을 절연시킨다.
즉, 한 개의 포토모스 릴레이(PhotoMOS-Relay)는 이차전지로 유입되는 전압을 순간적으로 캐패시터(Capacitor)에 절연시켜 충전을 시킨 후, 다시 끊어버리는 역할을 하고, 다른 하나의 포토모스 릴레이(PhotoMOS-Relay)는 캐패시터(Capacitor)에 충전된 이차전지 전압을 이차전지모니터용 블랙박스의 블랙박스 제어부로 전달시킨다.
본 발명에 따른 이차전지 전압측정부는 이차전지의 특성에 맞게 전압범위가 0V~30V이고, 채널은 16채널로 ±0.2% 정확도를 가지도록 구성된다.
상기 이차전지 전류측정부(212)는 충방전 중 이차전지의 전류를 측정하는 역할을 하는 것으로, 이는 이차전지에서 전기차 및 전기구동장치로 출력되는 출력접속단자 일측에 구성된다.
상기 이차전지 전류측정부는 도 4에서 도시한 바와 같이, 홀센서와 OP앰프로 구성된다.
즉, 홀센서에서 이차전지의 전류를 센싱한 후, OP앰프에서 증폭시켜 이차전지모니터용 블랙박스의 블랙박스 제어부로 전달시킨다.
상기 온도센서(213)는 이차전지 표면 온도를 측정하는 것으로, 이는 온도에 의해 저항값이 바뀌는 NTC(Negative Temperature Coefficient Thermistor), PTC(Positive Temperature Coefficient Thermistor) 중 어느 하나가 선택되어 -40℃~80℃ 온도범위에서 측정하도록 구성된다.
상기 셀 밸런싱부(CELL Balance)(214)는 개별 조합된 이차전지의 셀들은 정상이 아닌 상태에서 특성 차이가 발생할 수 있으므로 개별전지의 상태를 모니터링하여 특성을 맞추기 위하여 셀 밸런싱(cell balance)을 동작하여 특성을 동등 상태로 유지하는 역할을 한다.
도 5는 본 발명에 따른 셀 밸런싱 동작을 도시한 일실시예도에 관한 것으로, 이는 개별전지의 출력측을 증폭시켜 병렬로 접속시킨 후, 셀 밸런싱을 통해 동등하게 유지시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 냉각팬(220)에 관해 설명한다.
상기 냉각팬(220)은 이차전지의 표면 일측에 설치되어, 이차전지의 이상온도 발생시, 이차전지모니터용 블랙박스의 제어신호에 따라 동작되어 이차전지의 표면을 냉각시키는 역할을 한다.
이는 이차전지모니터용 블랙박스의 제어신호에 따라 동작되어 전류가 흐르는 방향에 따라 한쪽 면에는 흡열을 일으키고, 반대쪽 면에서 발열을 일으키는 펠티에 효과를 발생시키는 열전소자와, 열전소자 하단에 위치되어, 발열된 열을 방열핀을 통해 외부로 내보내는 방열판과, 방열판 하단에 위치되어, 방열판으로 전도된 열을 공냉식으로 열을 식혀주는 팬이 포함되어 구성된다.
상기 냉각팬은 이차전지모니터용 블랙박스의 전원부로부터 전원을 공급받아 구동된다.
다음으로, 본 발명에 따른 이차전지모니터용 블랙박스(230)에 관해 설명한다.
상기 이차전지모니터용 블랙박스(230)는 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System), 냉각팬, 영상카메라부와 연결되어, 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)로부터 전송된 이차전지의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터를 내부메모리에 저장시키고, 데이터 분석 후, 이차전지에 이상온도 발생시 냉각팬 구동명령신호를 출력시키고, WiFi 통신모듈을 통해 이차전지에 이상신호발생시 전기차 및 전기구동장치의 사용자 스마트폰으로 이차전지이상신호를 출력시키는 역할을 한다.
이는 블랙박스본체(231), 전원부(232), GPS 수신기(233), 캠카메라(234), WiFi 통신모듈(235), 블랙박스제어부(236)로 구성된다.
상기 블랙박스본체(231)는 외형구조로서, 사각박스형상으로 이루어져 각 기기를 지지하고 보호하는 역할을 한다.
상기 블랙박스본체(231)은 탄소섬유(Carbon fiber)와 에폭시 수지(Epoxy resin)의 복합체를 사용하되, 플라즈마를 이용하여 탄소섬유를 전처리함으로써 에폭시수지와의 결합력을 높이고, 또한 복합체의 제조과정에 있어서 4차에 걸친 경화과정을 거침으로써, 고강도의 내구성, 난연성, 방열성의 특성을 갖는 재질로 이루어진다.
더욱 상세하게는,
상기 탄소섬유/에폭시 수지 복합체는
두께(Thickness(mm))가 0.27인 탄소섬유(Carbon fiber) 5 ~ 10wt%;와,
비중(Specific Gravity (20℃)) 1.14, 점도(Viscosity (cps at 25℃)) 700 ~ 1,100인 에폭시 수지(Epoxy resin) 60 ~ 80wt%;와,
이미다졸류 또는 제3아민(벤질디메틸아민)인 경화제 0.5 ~ 3wt%;와,
입자 크기가 200㎚ 내지 2㎛인 수산화마그네슘, 수산화알루미늄의 난연재 5 ~ 30wt%;의 혼합물을 형틀에 주입한 후, 50℃를 출발온도로 하여 80℃까지 15분간 온도를 상승시키는 1차 경화단계와, 80℃를 유지한 상태에서 25분간 유지하는 2차 경화단계와, 80℃에서 120℃까지 20분간 온도를 상승시키는 3차 경화단계와, 120℃를 유지한 상태에서 90분간 유지하는 4차 경화단계와, 120℃에서 50℃까지 30분간 온도를 하강시키는 5차 경화단계를 거쳐 제조된 것이다.
상기 탄소섬유(Carbon fiber)는 40 ~ 50시간 동안 아세톤 용액에 침지시켜 표면의 사이징 제를 제거 후, 증류수세척과정을 거쳐 60 ~ 65℃에서 4 ~ 5시간 건조과정을 거친 후 1 내지 4W/㎠ 파워의 플라즈마에 5sec ~ 60sec에 노출시켜 전처리한 것을 사용하는 것으로서, 내구성 및 전기특성에 영향을 미치게 되며, 그 사용량이 5wt% 미만인 경우에는 전기특성 및 내구성 향상을 기대하기 어렵고, 10wt%를 초과하게 되는 경우에는 성형성이 떨어질 수 있으므로, 상기 탄소섬유의 사용량은 전체 탄소섬유/에폭시 수지 복합체의 5 ~ 10wt%의 범위 내를 유지하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 에폭시 수지(Epoxy resin)의 사용량이 60wt% 미만인 경우에는 성형성이 떨어지고, 80wt%를 초과하게 되는 경우에는 난연성, 내구성이 떨어질 수 있으므로, 상기 에폭시 수지의 사용량은 전체 탄소섬유/에폭시 수지 복합체의 60 ~ 80wt%의 범위 내를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 탄소섬유/에폭시 수지 복합체의 보다 구체적인 성분비율은
두께(Thickness(mm))가 0.27인 탄소섬유(Carbon fiber) 7wt%;와,
비중(Specific Gravity (20℃)) 1.14, 점도(Viscosity (cps at 25℃)) 700 ~ 1,100인 에폭시 수지(Epoxy resin) 70wt%;와,
이미다졸류 또는 제3아민(벤질디메틸아민)인 경화제 1wt%;와,
입자 크기가 200㎚ 내지 2㎛인 수산화마그네슘, 수산화알루미늄의 난연재 22wt%;의 혼합물을 사용한다.
상기 탄소섬유의 플라즈마 전처리는 탄소섬유의 에폭시 수지와의 결합력을 강화시켜, 내구성에 영향을 미치게 되며, 또한 탄소섬유/에폭시 수지 복합체의 제조를 위한 경화과정에서 화학변화에 따른 내구성 향상에 미치게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 탄소섬유/에폭시 수지 복합체는 탄소섬유의 플라즈마 전처리과정과, 세분화된 경화과정을 거쳐 내구성이 높고, 난연성 특성 및 방열기능성이 뛰어난 블랙박스본체(231)를 제공하게 된다.
상기 전원부(232)는 각 기기에 독립적으로 전원을 공급하는 역할을 한다.
이는 리튬폴리머전지가 배터리팩 구조로 이루어져 블랙박스 본체 내부에 별도로 구성된다.
그 이유는 전기차 및 전기구동장치가 화재 및 고장으로 인해 이차전지로부터 원활하게 전원을 공급받을 수가 없기 때문에, 독립적으로 블랙박스 본체 내부에 전원부를 구성함으로서, 전기차 및 전기구동장치에 화재 및 고장이 발생되더라도, 그 상태를 그대로 캠카메라를 통해 영상데이터로 저장시키고, 냉각팬을 구동시켜 이차전지 표면을 냉각시키고, WiFi 통신모듈을 통해 전기차 및 전기구동장치 사용자의 스마트폰으로 이차전지 이상신호를 출력시키도록 구동시키기 위함이다.
상기 GPS 수신기(233)는 블랙박스본체의 측면 일측에 형성되어 GPS 위성으로부터 GPS 정보를 수신하면서 전기차 및 전기구동장치의 현재 위치를 수신받는 역할을 한다.
이는 전기차 및 전기구동장치의 사고발생 및 고장발생시 현재 위치를 수신받아 블랙박스제어부로 전달시켜 내부메모리에 저장시켜, 추후에 이차전지의 이상현상을 분석하여 이상상황을 예측하고 추후 제품개발 및 전지안전에 기여할 수 있도록 위치데이터를 제공한다.
상기 캠카메라(234)는 이차전지를 바라보는 블랙박스본체의 전면 일측에 설치되어, 이차전지의 표면 상태를 영상으로 촬영한 후, 촬영한 영상데이터를 내부메모리로 전송시키는 역할을 한다.
이는 후단일측에 구동모터가 구성되어, 상,하,좌,우로 이동하면서 이차전지의 표면 전체를 영상으로 촬영하도록 구성된다.
상기 WiFi 무선통신모듈(235)은 전기차 및 전기구동장치의 사용자 스마트폰과 WiFi망으로 연결되어 양방향 데이터 통신을 하는 역할을 한다.
여기서, 스마트폰은 미리 화면상에 이차전지이상신호알림 어플을 다운로드받아 활성화시킨 후, WiFi 무선통신모듈을 통해 전기차 및 전기구동장치의 이차전지 이상신호를 수신받아 진동이나, 경고음으로 사용자에게 알려주도록 구성된다.
상기 블랙박스 제어부(236)는 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)로부터 전송된 이차전지의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터와, 캠카메라에서 촬영한 영상데이터를 내부메모리에 저장하고, 측량데이터와 영상데이터를 분석한 후, 이차전지의 전압, 전류 및 온도가 기준설정값 이상이면, 1차로 냉각팬 구동명령신호를 출력시키고, 2차로 WiFi 통신모듈을 통해 전기차 및 전기구동장치의 사용자 스마트폰으로 이차전지이상신호를 출력시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 PIC16C711원칩마이컴으로 구성되고, 전원단자에 전원부가 연결되어 5V의 전원을 인가받고, 입력단자 일측에 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)의 이차전지 전압측정부가 연결되어, 이차전지의 전압에 관한 측정데이터를 입력받아 내부메모리에 저장시키고, 또 다른 입력단자 타측에 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)의 이차전지 전류측정부가 연결되어, 이차전지의 전류에 관한 측정데이터를 입력받아 내부메모리에 저장시키며, 또 다른 입력단자 타측에 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)의 온도센서가 연결되어, 이차전지의 온도에 관한 측정데이터를 입력받아 내부메모리에 저장시키고, 또 다른 입력단자 일측에 GPS 수신기가 연결되어, GPS 수신기로부터 전기차 및 전기구동장치의 현재 위치데이터를 입력받아 내부메모리에 저장시키며, 또 다른 입력단자 타측에 캠카메라가 연결되어, 캠카메라로부터 이차전지의 표면상태를 촬영한 영상데이터를 입력받아 내부메모리에 저장시키며, 출력단자 일측에 냉각팬의 열전소자가 연결되어, 측정데이터와 영상데이터 분석결과, 이차전지의 이상온도 발생시 열전소자 구동명령신호를 출력시키도록 제어하고, 또 다른 출력단자 타측에 WiFi 무선통신모듈이 연결되어, 이차전지에 이상신호발생시, 전기차 및 전기구동장치의 사용자 스마트폰으로 이상신호를 출력시키도록 제어한다.
이하, 본 발명에 따른 이차전지 모니터용 블랙박스장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 이차전지 일측에 이차전지 모니터용 블랙박스 모듈을 설치한다.
이는 이차전지의 입력접속단자 일측에 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)의 이차전지 전압측정부가 설치되고, 이차전지의 출력접속단자 일측에 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)의 이차전지 전류측정부가 설치되며, 이차전지의 표면에 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)의 온도센서가 설치되고, 이차전지의 표면 일측에 냉각팬이 설치되며, 이차전지와 30cm~50cm 근거리에 이차전지 모니터용 블랙박스가 설치된다.
이어서, 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)가 구동되어 이차전지의 전압, 전류 및 온도를 실시간으로 측정하여 충방전 전류를 제어함으로 이차전지의 과충전 및 과방전을 방지하고, 이차전지모니터용 블랙박스로 이차전지 배터부의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터를 전송시킨다.
이어서, 이차전지모니터용 블랙박스의 캠카메라가 구동되어 이차전지의 표면 상태를 영상으로 촬영한 후, 촬영한 영상데이터를 내부메모리로 전송시킨다.
이어서, GPS 수신기를 통해 전기차 및 전기구동장치의 현재 위치를 수신받는다.
이어서, 블랙박스 제어부에서 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)로부터 전송된 이차전지의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터와, 캠카메라에서 촬영한 영상데이터를 내부메모리에 저장한다.
이어서, 블랙박스 제어부에서 측량데이터와 영상데이터를 분석한 후, 이차전지의 전압, 전류 및 온도가 기준설정값 이상이면, 1차로 냉각팬 구동명령신호를 출력시키고, 2차로 WiFi 통신모듈을 통해 전기차 및 전기구동장치의 사용자 스마트폰으로 이차전지이상신호를 출력시키도록 제어한다.
끝으로, 도 6에서 도시한 바와 같이, 이차전지이상신호알림 어플이 활성화된 전기차 및 전기구동장치의 사용자 스마트폰에 전기차 및 전기구동장치의 이차전지 이상신호가 진동이나, 경고음으로 출력된다.
100 : 이차전지 200 : 이차전지 모니터용 블랙박스 모듈
210 : 블랙박스연계형 BMS 211 : 이차전지 전압측정부
212 : 이차전지 전류측정부 213 : 온도센서
214 : 셀 밸런싱부 220 : 냉각팬
230 : 이차전지모니터용 블랙박스

Claims (5)

  1. 방전과 충전을 통해 전기차 및 전기구동장치의 기기에 전원을 공급시키는 이차전지(100) 일측에 연결되어, 이차전지가 사고발생 및 고장발생시, 이차전지의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터와, 이차전지의 영상데이터를 저장하고, 스마트폰으로 이차전지의 이상신호를 알려주는 이차전지 모니터용 블랙박스 모듈(200)이 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모니터용 블랙박스장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이차전지 모니터용 블랙박스 모듈(200)은
    이차전지의 전압, 전류 및 온도를 실시간으로 측정하여 충방전 전류를 제어함으로 이차전지의 과충전 및 과방전을 방지하고, 이차전지모니터용 블랙박스로 이차전지 배터부의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터를 전송시키는 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)(210)와,
    이차전지의 표면 일측에 설치되어, 이차전지의 이상온도 발생시, 이차전지모니터용 블랙박스의 제어신호에 따라 동작되어 이차전지의 표면을 냉각시키는 냉각팬(220)과,
    블랙박스연계형 BMS(Battery Management System), 냉각팬과 연결되어, 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)로부터 전송된 이차전지의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터를 내부메모리에 저장시키고, 데이터 분석 후, 이차전지에 이상온도 발생시 냉각팬 구동명령신호를 출력시키고, WiFi 통신모듈을 통해 이차전지에 이상신호발생시 전기차 및 전기구동장치의 사용자 스마트폰으로 이차전지이상신호를 출력시키는 이차전지모니터용 블랙박스(230)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모니터용 블랙박스장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이차전지모니터용 블랙박스(230)는
    외형구조로서, 사각박스형상으로 이루어져 각 기기를 지지하고 보호하는 블랙박스본체(231)와,
    각 기기에 독립적으로 전원을 공급하는 전원부(232)와,
    블랙박스본체의 측면 일측에 형성되어 GPS 위성으로부터 GPS 정보를 수신하면서 전기차 및 전기구동장치의 현재 위치를 수신받는 GPS 수신기(233)와,
    이차전지를 바라보는 블랙박스본체의 전면 일측에 설치되어, 이차전지의 표면 상태를 영상으로 촬영한 후, 촬영한 영상데이터를 내부메모리로 전송시키는 캠카메라(234)와,
    전기차 및 전기구동장치의 사용자 스마트폰과 WiFi망으로 연결되어 양방향 데이터 통신을 하는 WiFi 무선통신모듈(235)과,
    블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)로부터 전송된 이차전지의 전압, 전류 및 온도에 관한 측정데이터와, 캠카메라에서 촬영한 영상데이터를 내부메모리에 저장하고, 측량데이터와 영상데이터를 분석한 후, 이차전지의 전압, 전류 및 온도가 기준설정값 이상이면, 1차로 냉각팬 구동명령신호를 출력시키고, 2차로 WiFi 통신모듈을 통해 전기차 및 전기구동장치의 사용자 스마트폰으로 이차전지이상신호를 출력시키도록 제어하는 블랙박스 제어부(236)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모니터용 블랙박스장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 블랙박스본체(231)는
    두께(Thickness(mm))가 0.27인 탄소섬유(Carbon fiber) 5 ~ 10wt%;와,
    비중(Specific Gravity (20℃)) 1.14, 점도(Viscosity (cps at 25℃)) 700 ~ 1,100인 에폭시 수지(Epoxy resin) 60 ~ 80wt%;와,
    이미다졸류 또는 제3아민(벤질디메틸아민)인 경화제 0.5 ~ 3wt%;와,
    입자 크기가 200㎚ 내지 2㎛인 수산화마그네슘, 수산화알루미늄의 난연재 5 ~ 30wt%;의 혼합물을 형틀에 주입한 후, 50℃를 출발온도로 하여 80℃까지 15분간 온도를 상승시키는 1차 경화단계와, 80℃를 유지한 상태에서 25분간 유지하는 2차 경화단계와, 80℃에서 120℃까지 20분간 온도를 상승시키는 3차 경화단계와, 120℃를 유지한 상태에서 90분간 유지하는 4차 경화단계와, 120℃에서 50℃까지 30분간 온도를 하강시키는 5차 경화단계를 거쳐 제조된 탄소섬유/에폭시 수지 복합체로 구성되는 것임을 특징으로 하는 이차전지 모니터용 블랙박스장치.

  5. 제1항에 있어서, 상기 블랙박스연계형 BMS(Battery Management System)(210)는
    충전기에서 이차전지로 유입되는 전압을 측정하는 이차전지 전압측정부(211)와,
    총방전 중 이차전지의 전류를 측정하는 이차전지 전류측정부(212)와,
    이차전지 표면 온도를 측정하는 온도센서(213)와,
    개별전지의 상태를 모니터링하여 특성을 맞추기 위하여 셀 밸런싱(cell balance)을 동작하여 특성을 동등 상태로 유지하는 셀 밸런싱부(CELL Balance)(214)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모니터용 블랙박스장치.
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