KR20140083553A - 전기자동차 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전기자동차는 배터리 셀과, 배터리 셀이 설치되는 케이스와, 누수 센서(leak sensor)를 포함하는 배터리 팩, 및, 누수 센서로부터 센싱값을 수신하는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함하고, 배터리 관리 시스템은 센싱값의 변화에 기초하여, 배터리 팩의 수밀 파괴 여부를 진단하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 배터리 팩의 수밀 파괴 여부를 진단하고, 고장을 감소시킬 수 있어, 전기자동차의 안정성을 강화할 수 있다.

Description

전기자동차{Electric vehicle}

본 발명은 전기자동차 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 차량 구동에 필요한 전원을 공급하는 배터리 팩의 수밀 파괴 여부를 진단할 수 있는 전기자동차 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차(Electric vehicle, EV)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서, 크게 배터리전용 전기자동차와 하이브리드 전기자동차로 분류되며, 배터리전용 전기자동차는 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하고 전원이 다 소모되면 재충전하고, 하이브리드 전기자동차는 엔진을 가동하여 전기발전을 하여 배터리에 충전을 하고 이 전기를 이용하여 전기모터를 구동하여 차를 움직이게 할 수 있다.

또한, 하이브리드 전기자동차는 직렬 방식과 병렬 방식으로 분류될 수 있으며, 직렬 방식은 엔진에서 출력되는 기계적 에너지는 발전기를 통하여 전기적 에너지로 바뀌고 이러한 전기적 에너지가 배터리나 모터로 공급되어 차량은 항상 모터로 구동되는 자동차로 기존의 전기자동차에 주행거리의 증대를 위하여 엔진과 발전기를 추가시킨 개념이고, 병렬 방식은 배터리 전원으로도 차를 움직이게 할 수 있고 엔진(가솔린 또는 디젤)만으로도 차량을 구동시키는 두 가지 동력원을 사용하고 주행조건에 따라 병렬 방식은 엔진과 모터가 동시에 차량을 구동할 수도 있다.

이러한 전기자동차에 있어서, 전원을 공급하는 배터리 셀을 적어도 하나 이상 갖는 배터리가 전기자동차에 차체에 구비된다.

본 발명의 목적은 배터리 팩 내부의 수밀 파괴 여부를 진단할 수 있는 자동차 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 전기자동차는 배터리 셀과, 배터리 셀이 설치되는 케이스와, 누수 센서(leak sensor)를 포함하는 배터리 팩, 및, 누수 센서로부터 센싱값을 수신하는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함하고, 배터리 관리 시스템은 센싱값의 변화에 기초하여, 배터리 팩의 수밀 파괴 여부를 진단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 배터리 팩의 수밀 파괴 여부를 진단하고, 고장을 감소시킬 수 있어, 전기자동차의 안정성을 강화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 차체와 배터리 팩이 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩과 배터리 관리 시스템이 도시된 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 누수 센서의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 케이스의 누수 센서 배치예들을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 자동차의 실시예로서 전기를 동력으로 움직이는 전기자동차(EV, Electric Vehicle, 이하, '자동차'라 칭함)에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 차체와 배터리 팩이 도시된 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 차체는 모터 및 동력 전달 계통의 부품을 탑재하는 전방차체(100)와, 탑승자가 승차하여 착석할 수 있는 중앙차체(200), 스페어 타이어 및 기타 물건 등을 보관할 수 있는 후방차체(300)를 포함하여 구성된다.

상기 차체(100 내지 300)들은 닫힌 공간을 만들어 그 내부에 각종 장치를 배치하고 탑승자나 화물을 수용한다. 일부를 개폐시켜 탑승자나 화물의 출입, 각종 장치의 유지보수를 용이하게 할 수 있는 구조를 가질 필요도 있다. 외부의 비나 바람, 먼지 등에서 탑승자나 화물, 각종 장치를 보호하는 것도 중요한 작용이다. 또한, 차체(100 내지 300)들 형상은 그대로 자동차의 외관 형상이 된다.

상기 전방차체(100)는 우물 정(井)자를 형성하며 모터 및 변속기가 구비된다. 상기 전방차체(100)에는, 자동차의 진행 방향을 바꾸기 위하여 앞 바퀴의 회전축 방향을 조절하는 조향장치와, 노면의 진동이 직접 차체에 닿지 않도록 하는 전륜현가장치가 구비된다.

상기 전방차체(100)는 모터나 변속기, 각종 보조 기구류 등의 중량물이 집중되어 탑재되는 것을 비롯하여 전륜현가장치의 앞 바퀴를 지지할 필요가 있다. 또한, 전륜 구동 자동차에서는 구동력도 상기 전방차체(100)가 담당한다.

상기 전방차체(100)는 사고 등으로 말미암아 강아 충격을 받을 경우 파손되어 충격을 흡수하여 차실에 강한 힘이 전달되지 않도록 한다. 전방차체(100)의 각 부품은 전방차체에 볼트 또는 너트로 고정되거나 용접되어 있으며, 프론트 펜더, 후드 등 외판 부품만 분리할 수 있게 되어 있다.

상기 중앙차체(200)는 대부분 차실, 즉 탑승자 등이 탑승하는 장소로 되어 있기 때문에 내부 공간은 될수록 크게 한다.

상기 중앙차체(200)는, 바닥면을 이루고 하측에 배터리 팩(400)이 장착되는 플로어(210)와, 상기 플로어의 중앙에 형성된 중앙 터널(230)과, 상기 플로어(210)의 좌,우측 가장자리에 구비되는 사이드 터널(240)을 포함한다.

상기 플로어(210)는 차실내의 바닥면으로서 강도가 높고 면적이 넓은 패널이다.

상기 중앙 터널(230)은 상방으로 인입되어 형성되고, 전후방향으로 길게 형성된다. 상기 중앙 터널(230)은 상기 플로어(210)에 일체로 형성되는 것도 가능하고, 별도로 이루어져 용접 등에 의해 결합되는 것도 가능하다.

상기 사이드 터널(240)은 각 필러의 베이스가 되도록 전후방향으로 길게 형성된 것으로, 사이드 멤버(Side member)라고도 칭할 수 있다.

상기 사이드 터널(240)에는 프론트 필러(미도시)와 센터 필러(미도시)가 결합될 수 있다.

상기 사이드 터널(240)은 상기 플로어(210)에 일체로 형성되는 것도 가능하고, 별도로 이루어져 용접 등에 의해 결합되는 것도 가능하다.

상기 후방차체(300)에는 노면의 진동이 직접 차에 닿지 않도록 후륜 현가장치(미도시)가 구비될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩의 분해 사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩(400)은 외관을 형성하는 배터리 케이스와, 상기 배터리 케이스의 내부에 적층되어 전류를 생성하는 복수의 배터리 셀 모듈들을 포함할 수 있다.

상기 배터리 케이스는 상기 복수의 배터리 셀 모듈(410)을 지지하고 상기 플로어(210)에 결합되는 배터리 케이스(412)와, 상기 배터리 케이스(412)의 상측에서 상기 복수의 셀 모듈(410)을 감싸도록 배치된 배터리 커버(414)를 포함할 수 있다.

상기 복수의 셀 모듈(410)은 전류를 생성하는 것으로, 상하방향으로 적층되는 것도 가능하고, 전후 또는 좌우방향으로 적층되는 것도 가능하다.

상기 배터리 케이스(412)는 볼트 등의 체결부재에 의해 상기 플로어(210)에 결합될 수 있다.

상기 배터리 커버(414)는 상기 복수의 셀 모듈(410)을 덮도록 형성될 수 있다.

전기자동차는 배터리 팩 내부에 침수액이 유입되면 안전상 문제가 되기 때문에 침수되어도 완벽한 수밀이 만족되어야 한다. 그래서 배터리 팩의 방수, 수밀 규정에 명시된 테스트를 통해 배터리 팩의 라이프 사이클(life cycle) 기간 동안 방수와 수밀에 대한 안전성을 검증한다.

한편, 기존의 배터리 관리 시스템(BMS)에는 배터리 팩(Battery Pack)의 수밀 파괴 여부를 판단하지 않는다.

낮은 확률로 생길 수 있는 배터리 팩의 수밀 파괴시 운전자는 배터리 팩의 수밀 파괴 여부를 알지 못한 상태로 차량 운행을 행하여 안전상의 문제를 야기할 수 있다.

본 발명의 목적은 배터리 팩 내부의 수밀 파괴 여부를 진단할 수 있는 자동차 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩과 배터리 관리 시스템이 도시된 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 누수 센서의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 또한, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 케이스의 누수 센서 배치예들을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.

도면들을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차는 배터리 셀(520)과, 상기 배터리 셀이 설치되는 케이스와, 누수 센서(leak sensor, 530)를 포함하는 배터리 팩(500) 및, 상기 누수 센서(530)로부터 센싱값을 수신하는 배터리 관리 시스템(510)을 포함하고, 상기 배터리 관리 시스템(510)은 상기 센싱값의 변화에 기초하여, 상기 배터리 팩(500)의 수밀 파괴 여부를 진단할 수 있다.

한편, 도 3에서는. 상기 배터리 관리 시스템(510)은 상기 배터리 팩(500)에 포함되는 예를 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 배터리 관리 시스템(510)은 상기 배터리 팩(500) 외부에 구비될 수 있고, 프로세서 또는 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다.

수밀 규정 만족에 의한 제품 보증은 되지만 제작된 배터리 팩 중 규정을 만족하지 못하는 제품이 발생하거나 사고에 의한 수밀 파괴시 운전자는 배터리 팩의 수밀 파괴 여부를 알지 못한다.

따라서, 본 발명은 배터리 팩 내부에 누수 센서(Liquid Leakage Detection Sensor)를 장착하여 배터리 팩의 수밀 파괴시 배터리 관리 시스템(BMS)이 수밀 파괴 여부를 판단하여 운전자에게 문제 상황을 알린다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전기차의 배터리 팩(500) 내부에 누수 센서(530)를 추가한다.

한편, 상기 배터리 관리 시스템(510)은 상기 누수 센서(530)로 전압을 공급할 수 있다. 누수 센서(Leak Sensor)는 BMS(510)로부터 공급 전원을 받아 누수(Liquid Leak) 여부를 측정하여 BMS(510)로 측정값을 보낸다.

상기 배터리 관리 시스템(510)은 상기 누수 센서(530)로부터 전압값을 수신하여, 상기 전압값이 소정 기준값 이상 변하는 경우에 수밀이 파괴된 것으로 판단할 수 있다.

한편, 상기 누수 센서(530)는 필름 타입(film type)일 수 있다. 필름 타입의 누수 센서는 100~300㎛의 두께로 매우 얇기 때문에 배터리 팩(500)의 케이스(610) 바닥 부분에 설치하기 용이하며, 배터리 팩(500) 내부의 수분 유무를 감지할 수 있다.

실시예에 따라서는, 케이스(610) 내부 바닥면을 미세한 고저차를 두어 액체 유입시 가장 낮은 곳으로 흐르도록 설계하여 낮은 부분에 누수 센서를 설치할 수 있다. 누수 센서의 배치예들은 도 6과 도 7을 참조하여 상세히 후술한다.

누수 센서(530)는 수밀 파괴 시 물이 고일 수 있는 부분에 설치하는 것이 바람직하다. 차량 키 온(Key on)시 BMS(510)가 파워 온(power on)이 되고 L누수 센서(530)로 전압을 공급하여 누수 센서(530)를 동작시킨다.

상기 누수 센서(530)는 액체가 접촉하면 저항값이 변한다. 누수 센서(530)는 액체가 닿았을 때 누수 센서(530) 상의 액체에 의해 누수 센서(530)의 저항이 낮아지게 되고 그로 인해 누수 센서(530)의 내부저항에 걸리는 전압값이 변동한다. BMS(510)는 이 전압값을 수신하여 수밀 파괴 여부를 판단할 수 있다.

도 4는 BMS(510)와 연결된 누수 센서(530)의 회로도를 간략히 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 누수 센서(530)에 액체가 닿으면 내부에 있는 저항회로의 R1과 R2 외에 누수로 인한 저항 성분값(Rleak)이 발생함으로써, 저항값이 변하게 되고 이에 따라 iR에 걸리는 전압(V1) 역시 변하게 된다. BMS(510)에서는 V1 전압값을 받아 A/D 컨버터(Converter)로 디지털(Digital) 수치로 변환시켜서 수밀 파괴 여부를 판단한다

수밀이 파괴되면 BMS(510)는 상위 제어기에 에러 플래그(Error Flag)를 전송하여 배터리 팩 메인 릴레이를 오프하거나 차량 클러스터(cluster)에 수밀 이상 점등 등 안전 제어를 실시하거나 BMS(510) 자체로 안전 제어를 실시하여 운전자가 차량 점검을 받을 수 있도록 한다.

배터리 팩(500)의 수밀이 파괴된 상태에서 차량이 침수가 되거나 배터리 셀(520)에 닿을 정도로 물이 차오르면 운전자와 탑승자의 안전에 큰 문제가 야기된다. 이러한 문제를 사전에 방지하기 위해 누수 센서(530)를 이용하여 B배터리 팩(500)의 수밀 파괴 여부를 판단할 수 있는 기능을 BMS(510)에 탑재한다.

본 발명에 따르면, 배터리 팩(500)의 수밀 기능 상태를 판단이 가능하므로 수밀 규정을 만족하는 배터리 팩(500)에 대해 2차적인 보호가 가능하다.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 케이스의 누수 센서 배치예들을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.

도 5를 참조하면, 케이스(550) 상에 복수의 배터리 셀(520)과 누수 센서(530)가 배치된다. 도 5의 (b)와 (c)는 각각 A-A와 B-B에 따른 절개면을 간략히 도시한 것이다.

도면들을 참조하면, 상기 케이스(550)는 경사를 가질 수 있고, 상기 누수 센서(530)는 상기 케이스의 가장 낮은 부분에 배치될 수 있다. 케이스(550)의 구조를 물이 한 곳에 고이도록 설계하여 적은 면적의 누수 센서(530)로 수밀 파괴 여부를 판단할 수 있다.

한편, 경사를 가지는 케이스(550)에 배터리 셀(520)을 지지하기 위한 지지 부재(540)를 더 포함할 수 있다.

도 6의 (b)와 (c)는 도 6의 (a)에서, 각각 A-A와 B-B에 따른 절개면을 간략히 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 케이스(610)는 상에 복수의 배터리 셀(620)과 누수 센서(630)가 배치될 수 있다. 한편, 누수 센서(630)는 복수의 배터리 셀 사이를 가로지르게 배치될 수 있다.

도 5를 참조하여 설명한 A-A와 B-B 면 모두에서 경사를 가지는 케이스(550)와 달리, 도 6에서 예시된 케이스(610)는 한 축으로만 경사를 가질 수 있다.

또한, 케이스(610)의 경사를 가지는 부분에는 배터리 셀(620)을 지지하기 위한 지지 부재(640)를 더 포함할 수 있다.

도 7을 참조하면, 케이스(740)는 복수의 경사면과 가장 낮은 부분을 가질 수 있고, 복수의 배터리 셀(720) 사이의 가장 낮은 부분들에는 누수 센서(731, 732)들이 배치될 수 있다. 이 경우에도, 케이스(740)의 경사를 가지는 부분에는 배터리 셀(720)을 지지하기 위한 지지 부재(750)를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 제어 방법은 전기 자동차에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

500: 배터리 팩 510: 배터리 관리 시스템
520: 배터리 셀 모듈 530: 누수 센서

Claims (8)

1. 배터리 셀과, 상기 배터리 셀이 설치되는 케이스와, 누수 센서(leak sensor)를 포함하는 배터리 팩; 및,
   상기 누수 센서로부터 센싱값을 수신하는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함하고,
   상기 배터리 관리 시스템은 상기 센싱값의 변화에 기초하여, 상기 배터리 팩의 수밀 파괴 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 배터리 관리 시스템은 상기 누수 센서로 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 배터리 관리 시스템은 상기 누수 센서로부터 전압값을 수신하여, 상기 전압값이 소정 기준값 이상 변하는 경우에 수밀이 파괴된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 누수 센서는 액체가 접촉하면 저항값이 변하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 케이스는 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 누수 센서는 상기 케이스의 가장 낮은 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 누수 센서는 필름 타입(film type)인 것을 특징으로 하는 전기자동차.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 누수 센서는 복수의 배터리 셀 사이를 가로지르게 배치된 것을 특징으로 하는 전기자동차.

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