KR20150106027A - 전기차용 전지팩과 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기차용 전지팩과 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기차에 장착되는 전지팩의 이상 여부를 감지하여 신속한 대처가 가능한 전기차용 전지팩과 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

전기차용 전지팩과 그 제어방법{BATTERY PACK FOR ELECTRIC CAR AND THE CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 전기차용 전지팩과 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기차에 장착되는 전지팩의 이상 여부를 감지하여 신속한 대처가 가능한 전기차용 전지팩과 그 제어방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기차(EV), 하이브리드 전기차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용되고 있다.
중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지팩의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
이와 같은 중대형 전지팩(예를 들면, 등록특허 제1305224호, 2013.09.02일 등록)은 전기차, 하이브리드 전기차용으로 사용되고 있다.
그러나 종래의 청소용 전기차는 전지팩의 정격용량을 높이기 위해서는 전지팩의 숫자를 증가시켜야 되나 협소한 수용함이 설치됨에 따라 전지팩을 증가시에 수용공간의 재설계가 필요한 문제점이 있었다. 또한 종래에는 전기차의 운행중에 과방전 또는 고온이나 쇼트에 의한 이상시 별다른 경고수단이 구비되지 않았기에 운행중에 갑자기 정지하는 경우가 발생되는 문제점이 있었다.
또한 종래의 전기차용 전지팩은 고장발생이나 기타 이유로 인하여 전지팩의 비엠에스(BMS)에 의해 감지되는 온도와 전압의 센싱데이타와 같은 내부 측정데이타를 확인할 수 있는 방법이 전무하여 세밀한 관리가 불가능한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전기차의 운행중 또는 정차중에 전지팩의 이상유무를 감지 및 경보하여 운전자의 대응이 신속하게 이루어질 수 있는 전기차용 전지팩 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 전지팩과 데스크탑, 노트북, PDA, 넷북, PDP와 같이 전지팩의 내부 데이타의 기록 및 수정과 삭제가능한 프로그램의 설치가 가능한 단말기(도시되지 않음)와 통신가능한 전기차용 전지팩 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.
본 발명에 따른 전기차용 전지팩의 바람직한 실시예는 전기차에 전원을 공급하는 전기차용 전지팩에 있어서, 하우징의 내측에 고정되는 하나 이상의 단위 전지팩의 전압과 온도를 감지하는 하나 이상의 비엠에스(Battery Management System); 상기 단위전지팩에서 전원커넥터에 연결되는 전원라인을 스위칭하는 릴레이; 상기 비엠에스로부터 인가되는 상기 단위전지팩의 온도와 전압의 감지신호와 설정기준을 비교하여 이상 여부를 판단하여 상기 릴레이를 제어하는 메인컨트롤러; 및 상기 메인컨트롤러의 제어에 의하여 이상여부를 경보하는 경보부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 전기차용 전지팩은 비상 전원 오프 명령을 인가하는 비상스위치와, 통신 케이블이 연결되는 통신커넥터를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 단위전지팩은 하나 이상의 전지셀이 전기적으로 연결되는 전지모듈을 수용하는 케이스의 내측 모서리에서 길이방향으로 연장되어 상기 전지모듈을 탄성 지지하는 탄성재를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 단위전지팩은 하나 이상의 전지셀이 전기적으로 연결되는 전지모듈을 수용하는 케이스의 벽면과 바닥판에 전자파를 차폐시키는 차폐재가 접착된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 하우징은 상기 단위전지팩의 바닥판과 이격되도록 바닥면에서 단을 이루어 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기차의 전지팩 제어방법의 바람직한 실시예는 전기차에 전원을 공급하는 전기차용 전지팩의 제어방법에 있어서, 상호간에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 단위전지팩에서 전기차의 부하에서 연장된 케이블이 접속된 전원커넥터 사이의 전원라인을 스위칭 온하는 전원온단계; 상기 단위전지팩의 온도와 전압감지신호를 수신하는 감지단계; 상기 감지단계에서 감지된 상기 단위전지팩의 온도 및 전압의 감지신호와 설정기준을 비교하여 이상여부를 판단하는 이상여부판단단계; 및 상기 이상여부판단단계에서 감지신호가 설정기준에 해당되면, 경보를 발령하는 경보단계;를 포함하고, 상기 전원온 단계 내지 경보단계중 어느 하나에서 전원 오프 명령이 인가되면, 상기 단위전지팩과 전원커넥터 사이의 전원라인을 스위칭 오프시켜 전원을 차단하는 차단단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 전기차용 전지팩의 제어방법은 상기 전원온 단계 내지 차단단계중 어느 하나에서 통신커넥터를 통하여 통신요청신호가 수신되는 지를 판단하는 통신커넥터 연결판단단계; 상기 통신커넥터 연결판단단계에서 통신요청이 수신되면, 수신된 요청에 따라서 데이타를 송신 및 수신하는 데이타송수신단계; 및 상기 데이타송수신단계 이후에 로그정보를 저장하는 로그정보저장단계를 포함한다.
본 발명은 전기차의 운행중 또는 정차중에 전지팩의 이상 유무를 감지 및 경보할 수 있어 운전자의 대응이 신속하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 전지팩과 데스크탑, 노트북, PDA, 넷북, PDP와 같이 전지팩의 내부 데이타의 기록 및 수정과 삭제가능한 프로그램의 설치가 가능한 단말기(도시되지 않음)와 통신가능함에 따라 전지팩의 관리가 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기차용 전지팩의 바람직한 실시예를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 전기차용 전지팩에서 전장판넬을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 전기차용 전지팩의 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 전기차용 전지팩의 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 전기차용 전지팩에서 단위 전지팩을 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 전기차용 전지팩에서 단위 전지팩의 분해사시도,
도 7은 본 발명에 따른 전기차용 전지팩의 제어방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 전기차용 전지팩 및 그 제어방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기차용 전지팩의 바람직한 실시예를 도시한 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 전기차용 전지팩에서 전장판넬을 도시한 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 전기차용 전지팩의 블럭도, 도 4는 본 발명에 따른 전기차용 전지팩의 측단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전기차용 전지팩은 하나 이상의 전지셀이 연결되는 하나 이상의 단위전지팩(400, 400')과, 상기 하나 이상의 단위전지팩(400, 400')을 수용하는 하우징(200)과, 상기 하우징(200)을 밀폐시키는 커버(100)와, 상기 하나 이상의 단위전지팩(400, 400')을 통합하여 이상감지 및 컨트롤하는 메인컨트롤러(310)가 장착되는 전장판넬(300)을 포함한다.
상기 하나 이상의 단위전지팩(400, 400')은 케이스(410)에 하나 이상의 전지셀이 직렬 또는 병렬로 연결되는 전지모듈(450)이 수용되고, 상기 전지모듈(450)의 온도 및 전압을 감지하는 비엠에스(Battery Management System)(350, 350')가 포함된다. 즉, 상기 하나 이상의 단위전지팩(400, 400')에서 제1단위전지팩(400)은 제1비엠에스(BMS)(350)를 포함하고, 제2단위전지팩(400')은 제2비엠에스(BMS)(350')를 포함한다. 상기 단위전지팩(400, 400')의 보다 구체적인 설명은 후술한다.
상기 하우징(200)은 내측에 하나 이상의 단위전지팩(400, 400')을 수용하도록 바닥면(213)과 측벽(211)을 형성하되, 상기 바닥면(213)은 상기 단위 전지팩(400, 400')의 바닥판(440)과 이격되도록 단을 이루는 이격단(212)과, 직립된 측벽(211)에 고정된 손잡이(220)와, 상기 단위전지팩(400, 400')에 연결되는 전원단자(230)와, 측벽(211)의 상단에서 절곡 되어 상기 커버(100) 및 전장판넬(300)이 고정되도록 다 수개의 나사공(214a)이 형성되는 절곡단(214)을 포함한다.
상기 절곡단(214)은 상기 전장판넬(300)과 커버(100)에 형성되는 나사공(130)에 일치되는 나사공(214a)이 다수 형성된다. 상기 나사공(214a)은 전장판넬(300)과 커버(100)를 연통하는 나사가 체결된다.
상기 손잡이(220)는 상기 하우징(200)의 양 측벽에서 상호 대향된 위치에 고정되는 한 쌍이다.
상기 이격단(212)은 상기 하우징(200)의 바닥면(213)에 단을 이루어 상기 단위전지팩(400, 400')의 바닥판(440)을 이격시킨다. 상기 이격단(212)은 상기 하우징(200)의 바닥면(213)으로부터 가해지는 진동이나 충격이 상기 단위전지팩(400, 400')에 전달되지 않도록 함에 그 목적이 있다.
상기 전원단자(230)는 상기 하우징(200)의 일측벽에서 고정브라켓(231)에 의하여 지지되어 상기 전장판넬(300)에 연결된다. 상기 전원단자(230)는 상기 단위전지팩(400, 400')에서 출력된 전원을 상기 전원커넥터(120)에 전달한다.
상기 커버(100)는 상면에서 조작판넬(110)과, 상기 전원단자(230)에 연결되어 전기차의 부하(도시되지 않음)에서 연장된 케이블이나 전선이 연결되는 전원커넥터(120)와, 상기 전원커넥터(120)를 지지하는 커넥터지지홈(140)과, 상기 하우징(200)의 절곡단(214)에 형성되는 나사공(214a)에 일치되는 하나 이상의 나사공(130)을 구비한다.
상기 커넥터지지홈(140)은 내향되는 홈으로서 가로 및/또는 세로 방향으로 연장된 프레임(141)에 의하여 상기 전원커넥터(120)가 위치되는 구역을 설정한다.
상기 전원커넥터(120)는 상기 커버(100)에서 가로 및 세로방향으로 연장되는 프레임(141)에 의하여 구획된 커넥터지지홈(140)에서 구획된 공간별로 하나씩 위치되어 하측의 전원단자(230)와 전기적으로 연결된다. 아울러 상기 전원커넥터(120)는 전기차의 부하에 전원케이블 또는 전선이 연결되어 상기 단위전지팩(400, 400')에서 출력된 전원을 공급한다.
상기 조작판넬(110)은 상기 하나 이상의 단위전지팩(400, 400')의 전원 출력 명령을 인가하는 전원스위치(111)와, 전원오프명령을 인가하는 비상스위치(112)와, 타 단말기(도시되지 않음)와 통신을 수행하는 통신커넥터(113)와, 발광 및/또는 음향신호로 이상 여부를 경고하는 경보부(114)를 포함한다.
상기 전원스위치(111)는 전원 출력명령을 인가한다. 여기서 상기 전지팩은 상기 전기차에 설치된 이후에 상기 전원커넥터(120)에 연결되는 케이블 또는 전원선에 의하여 부하에 연결된 상태에서 상기 전원스위치(111)가 온 되면, 상기 전원 커넥터(120)를 통하여 전기차의 부하에 전원을 공급한다.
상기 비상스위치(112)는 전원 오프 명령을 인가한다. 예를 들어, 사용자가 상기 경보부(114)의 경보신호(예를 들면, 발광 또는 경보음)를 인지한 뒤에 상기 비상스위치(112)를 온하면, 상기 전원커넥터(120)의 전원출력이 차단된다.
상기 통신커넥터(113)는 타 단말기(도시되지 않음)의 통신케이블이 연결되는 커넥터이다. 예를 들면, 사용자가 캔(CAN) 통신 가능한 단말기(도시되지 않음)에 연결되는 통신케이블을 상기 통신커넥터(113)에 연결하면, 상기 통신커넥터(113)를 통하여 상기 메인컨트롤러와 단말기(도시되지 않음)간에 통신이 가능하다.
상기 경보부(114)는 후술되는 메인컨트롤러(310)의 제어에 의하여 상기 전지팩의 이상 유무를 발광신호 또는 음향신호로서 출력한다. 이를 위하여 상기 경보부(114)는 발광신호를 출력하는 램프 또는 경보음을 출력하는 부저중 적어도 하나 이상을 포함한다.
상기와 같은 전원스위치(111) 내지 경보부(114)는 후술되는 전장판넬(300)의 메인컨트롤러(310)와 연동한다. 보다 구체적인 설명은 상기 전장판넬(300)의 메인컨트롤러(310)와 함께 후술한다.
상기 전장판넬(300)은 상기 단위전지팩에 각각 설치되는 제1비엠에스(BMS)(350)와 제2비엠에스(BMS)(350')에 각각 연결되는 커넥터부(320)와, 상기 커넥터부(320)에서 인가되는 제1비엠에스(BMS)(350)와 제2비엠에스(BMS)(350')에서 각각 인가되는 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')의 온도 및 전압의 감지신호를 수신하는 메인컨트롤러(310)와, 상기 메인컨트롤러(310)의 제어에 의하여 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')의 전원라인을 스위칭하는 릴레이(330)가 설치된다.
상기 커넥터부(320)는 상기 제1단위전지팩(400)의 제1비엠에스(BMS)(350)와, 제2단위전지팩(400')의 제2비엠에스(BMS)(350')가 연결되어 온도 및 전압의 감지신호를 상기 메인컨트롤러(310)에 인가한다.
상기 출력부(340)는, 예를 들면, 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')에서 전원단자(230) 사이에 연결되어 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')을 직렬 또는 병렬로 연결시킨다.
상기 메인컨트롤러(310)는 상기 전원스위치(111)와 비상스위치(112)에서 전원온 및 오프명령이 인가되면, 상기 릴레이(330)를 제어하여 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')에서 출력부(340)에 연결되는 전원라인을 오프시킨다.
아울러 상기 메인컨트롤러(310)는 상기 제1비엠에스(BMS)(350)와 제2비엠에스(BMS)(350')의 전압감지 및 온도감지신호를 수신하여 설정된 온도 및 전압레벨(충전율)에 도달되면, 상기 경보부(114)를 제어하여 경보한다.
또한 상기 메인컨트롤러(310)는 상기 제1비엠에스(BMS)(350)와 제2비엠에스(BMS)(350')에서 감지되는 전압 및 온도감지 데이타를 자체 메모리에 저장하고, 상기 통신커넥터(113)에 연결된 타 단말기(도시되지 않음)의 요청시에 송신한다. 아울러 상기 메인컨트롤러(310)는 상기 통신커넥터(113)에 연결되는 타 단말기(도시되지 않음)의 제어명령에 따라서 상기 릴레이(330)와 경보부(114)를 제어함도 가능하다. 또한 상기 메인컨트롤러(310)는 상기 통신커넥터(113)에 타 단말기(도시되지 않음)가 연결될 경우에 연결시간 및 송수신 데이타의 파일명과 같은 로그정보를 저장한다.
상기 단위전지팩(400, 400')은 도 5와 도 6에 도시된 제1단위전지팩을 참조하여 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 전기차용 전지팩에서 단위 전지팩을 도시한 사시도, 도 6은 본 발명에 따른 전기차용 전지팩에서 단위 전지팩의 분해사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 단위전지팩(400)은 하나 이상의 전지셀이 연결되는 전지모듈(450)이 안착되는 바닥판(440)의 상면에서 직립된 벽면을 이루는 전면판(420)과 배면판(450) 및 양 측판(430)에 의하여 상기 전지모듈(450)이 안착되는 공간을 형성하는 케이스와, 상기 케이스의 상부를 밀폐시키는 상부커버(410)와, 상기 전지모듈(450)의 온도 및 전압을 감지하는 비엠에스(BMS)를 포함한다.
상기 전지모듈(450)은 하나 이상의 전지셀이 직렬 또는 전기적으로 연결된 것으로서, 각각의 전지셀을 직렬 또는 병렬로 연결하는 회로기판(452)과, 상기 회로기판(452)에서 양과 음의 극성을 각각 출력하는 극주(451)와, 상기 비엠에스(BMS)로부터 연결된 케이블이 연결된 커넥터(453)를 포함한다.
상기 상부커버(410)는 상면에서 내향된 홈(411a)에 안착되어 상하 방향으로 회전되는 손잡이(4110)와, 배면에서 이격되어 상기 비엠에스(BMS)가 수용되는 공간을 형성하는 고정대(412)를 포함한다.
상기 손잡이(411)는 홈(411a)에 매립된 상태에서 직립 되도록 회전됨에 따라 사용자가 손가락에 쥘 수 있도록 하고, 사용 후에는 반대방향으로 회전시켜 상기 홈(411a)에 매립된 상태로서 보관된다.
상기 고정대(412)는 상기 상부커버(410)의 배면에서 고정되어 상기 비엠에스(BMS)(350)를 수용한다. 상기 비엠에스(BMS)(350)는 상기 회로기판(452)의 커넥터(453)에 연결된다. 이와 같은 비엠에스(BMS)(350)와 전지모듈(450)의 연결구성은 일반적으로 공지된 것임에 따라 그 설명을 생략하였다.
상기 바닥판(440)은 상기 양측판(430)과 전면판(420) 및 배면판(480)이 직립되어 고정되도록 평면으로 연장되되, 양측으로 돌출되어 나사(442)가 삽입되는 하나 이상의 나사공(441a)이 형성되는 고정탭(441)을 포함한다. 상기 고정탭(441)은 상기 바닥판(440)에 밀착되면서 상기 나사공(441a)을 통하여 나사(442)가 상기 바닥판(440)에서 상기 하우징(200)의 바닥면(213)까지 연통되어 상기 단위전지팩(400)을 고정시킨다.
이때 상기 단위전지팩(400)의 바닥판(440)은 상기 하우징(200)의 이격단(212)에 의하여 상기 하우징(200)의 바닥면(213)과 이격된다.
상기 전면판(420)은 상기 극주(451)와 상기 비엠에스(BMS)에서 연장된 케이블이 관통되는 관통구(421)가 형성된다. 아울러 상기 관통구(421)는 극성을 문자 또는 기호로서 표시하는 극주표시부가 형성됨이 바람직하다.
또한 상기 단위전지팩(400)은 전지모듈(450)이 외부의 진동이나 충격에 의한 손상을 방지하기 위하여 탄성력으로 상기 전지모듈(450)을 지지하는 탄성재(470)와, 상기 전면판(420)과 양 측판(430) 및 배면판(480)에 전자파를 차단하도록 접착된 차폐재(460)를 더 포함한다.
상기 탄성재(470)는 각 모서리에서 각각 설치되도록 종 방향으로 연장형성된다. 이때 상기 탄성재(470)는 'ㄴ'자 형으로서 상기 배면판(480)과 양측판(430) 사이의 각 모서리에 설치되는 제1탄성재(471)와, 상기 양측판(430)과 전면판(420) 사이의 모서리에 설치되는 제2탄성재(472)를 포함한다.
상기 제1탄성재(471)는 'ㄴ'자형으로 형성되어 길이방향으로 연장된다. 상기 제1탄성재(471)는 상기 배면판(480)과 일측판(430) 사이의 모서리와, 상기 배면판(480)과 타측판(430) 사이의 모서리에 각각 설치되어 상기 전지모듈(450)의 배면측 모서리를 탄성 지지한다. 여기서 상기 제1탄성재(471)는 상기 전지모듈(450)의 배면과 양측면이 상기 케이스의 배면판(480)과 양측판(430)에 이격되도록 탄성지지한다.
상기 제2탄성재(472)는 상기 전지모듈(450)의 전면측 테두리를 지지하도록 돌출되는 지지턱(472a)과, 상기 전지모듈(450)에 설치되는 회로기판(452)의 양측 테두리가 삽입되도록 내향된 삽입홈(472b)을 각각 포함한다. 제2탄성재(472)는 상기 일측판(430)과 전면판 사이의 모서리와 타측판(430)과 전면판(420) 사이의 모서리에 각각 위치되어 상기 전지모듈(450)의 전면측 양측 테두리가 상기 케이스의 양측판(430)에 이격되도록 탄성 지지하고, 상기 회로기판(452)의 손상을 방지한다.
이와 같은 단위 전지팩(400)은 상기 제1탄성재(471)와 제2탄성재(472)가 모서리에 각각 설치되어 외부에서 가해지는 진동이나 충격을 흡수하여 상기 전지모듈(450)과 회로기판(452)의 손상을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명의 단위 전지팩은 제1탄성재(471)와 제2탄성재(472)에 의한 탄성력에 의하여 지지됨에 따라 전기차의 운행중에 발생되는 진동이나 충격으로부터 안전하다.
아울러 상기 단위전지팩은 상기 바닥판(440)과 양측판(430) 및 전면판(420)의 내측에서 각각 전자파를 차폐시킬 수 있는 차폐재(460)가 접착됨에 따라 전자파를 차단할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기차용 전지팩은 상기와 같은 하나 이상의 단위전지팩을 직렬 또는 병렬로 연결하여 전기차의 동력원으로 사용된다. 이와 같은 전기차용 전지팩의 조립과정을 하기에서 설명한다.
작업자는, 예를 들면, 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')을 상기 하우징(200)의 내측에 안착시킨 뒤, 상기 고정탭(441)의 나사공(441a)에 나사(442)를 삽입하여 상기 하우징(200)의 이격단(212)에 고정시킨다. 이때 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')은 상기 이격단(212)에 의하여 상기 하우징(200)의 바닥면(213)과 이격된 상태로 고정된다.
이후 작업자는 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')의 상측에 상기 전장판넬(300)을 고정시킨다. 여기서 상기 작업자는 상기 전장판넬(300)의 고정 전 또는 이전에 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')의 관통구(421)에서 인출된 상기 제1비엠에스(BMS)(350)와 제2비엠에스(BMS)(350')에 각각 연결된 케이블을 상기 커넥터부(320)에 연결한다.
아울러 작업자는 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')의 극주(451)를 상기 전장판넬(300)에 설치된 상기 릴레이(330)에 연결한다. 상술한 바와 같이 상기 릴레이(330)는 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')의 극주(451)와 출력부(340) 사이 또는 상기 출력부(340)에서 상기 전원단자(230) 사이에 연결된다.
따라서 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')은 상기 출력부(340)에 의하여 직렬 또는 병렬연결된 상태에서 상기 하우징(200)의 전원단자(230)에 연결된다.
이후 작업자는 상기 전장판넬(300)의 고정 이후에 상기 커버(100)를 상기 하우징(200)의 상부에 고정시킨다. 이때 작업자는 상기 커버(100)에 설치되는 조작판넬(110)에 각각 연결되는 전선을 상기 메인컨트롤러(310)에 연결한다.
그리고 작업자는 상기 커버(100)의 전원커넥터(120)와 상기 전원단자(230)를 접속시키고, 전기차의 부하에 연결된 케이블을 상기 전원커넥터(120)에 연결한다. 상기 전원단자(230)와 전원커넥터(120)의 연결구성은 도 4에서 그 일예가 도시되어 있으나 일반적으로 공지된 구성 및 방법임에 따라서 상세한 설명을 생략한다.
작업자는 상기 전지팩의 조립이 완료되면 상기 손잡이(220)를 이용하여 전기차의 수용함에 설치하고, 상기 전원스위치(111)를 온 하여 상기 전기차의 부하에 상기 전지팩으로부터 전원의 공급을 개시한다. 이후부터 상기 메인컨트롤러(310)는 상기 제1비엠에스(BMS)(350)와 제2비엠에스(BMS)(350')를 통하여 각각 인가되는 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')의 온도와 전압감지신호를 통하여 상기 전지팩의 과방전 또는 고온과 쇼트와 같은 이상상황의 발생여부를 판단한다.
상기와 같은 메인컨트롤러(310)의 제어에 의한 전기차용 전지팩의 제어방법은 첨부된 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 전기차용 전지팩의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 전기차용 전지팩의 제어방법은 전원스위치(111)가 온되어 전원을 공급하는 전원온단계(S11)와, 단위전지팩(400, 400')의 온도와 전압을 감지하는 감지단계(S12)와, 상기 감지단계(S12)에서 감지된 온도와 전압감지신호를 통하여 이상 여부를 판단하는 이상판단단계(S13)와, 상기 이상판단단계(S13)에서 이상이 발생되면 경보를 발령하는 경보단계(S14)와, 비상스위치(112)가 온 되는 지를 판단하는 비상스위치 온 판단단계(S15)와, 상기 비상스위치 온 판단단계(S15)에서 비상스위치(112)가 온 되면 전원을 차단하는 차단단계(S16)와, 통신커넥터(113)에 단말기(도시되지 않음)가 연결되어 통신연결되는 지를 판단하는 통신커넥터 연결판단단계(S17)와, 상기 통신커넥터(113)에 연결된 단말기(도시되지 않음)와 통신하여 데이타를 송수신하는 데이타송수신단계(S18)와, 단말기(도시되지 않음)와의 통신연결에 따른 로그정보를 저장하는 로그정보 저장단계(S19)를 포함한다.
상기 전원온단계(S11)는 상기 메인컨트롤러(310)가 상기 전원스위치(111)가 온되어 전원온 명령이 인가되면 상기 릴레이(330)를 스위칭 온 시켜 전원을 공급하도록 제어하는 단계이다. 여기서 작업자는 상기 커버(100)에 설치된 조작판넬(110)의 전원스위치(111)를 온 한다. 따라서 상기 메인컨트롤러(310)는 상기 전원스위치(111)가 온되여 전원온 명령이 인가되면, 상기 릴레이(330)를 제어하여 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')에서 전원단자(230)로 연결되는 전원라인을 스위칭온한다.
이때, 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')은 상기 출력부(340)를 통하여 직렬 또는 병렬로 연결되었다. 따라서 상기 전원커넥터(120)는 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')에서 공급되는 전원을 연결된 케이블을 통하여 상기 전기차의 부하에 출력한다. 여기서 본 발명은 상술한 바와 같이 하나 이상의 단위전지팩을 직렬 또는 병렬로 연결하여 전기차의 부하에 전원을 공급함에 따라 전기차의 부하에서 요구되는 용량의 조절이 가능하다. 즉, 본 발명은 상기 단위전지팩(400, 400')의 숫자를 증감시켜서 각각의 단위전지팩(400, 400')을 직렬 또는 병렬로서 연결함에 따라 전기차의 부하에서 요구하는 레벨의 전원을 공급할 수 있다.
상기 감지단계(S12)는 상기 메인컨트롤러(310)에서 상기 단위전지팩(400, 400')의 온도와 전압감지신호를 수신하는 단계이다. 여기서 상기 제1비엠에스(BMS)(350)는 상기 제1단위전지팩(400)의 온도와 전압을 감지하여 상기 커넥터부(320)를 통하여 상기 메인컨트롤러(310)에 인가한다. 마찬가지로 상기 제2비엠에스(BMS)(350')는 상기 제2단위전지팩(400')의 온도와 전압을 감지하여 상기 커넥터부(320)를 통하여 상기 메인컨트롤러(310)에 인가한다.
여기서 상기 전기차는 운행중에 진동이나 충격이 발생 될 수 있으나, 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')에 각각 설치되는 제1탄성재(471)와 제2탄성재(472)가 그 진동과 충격을 흡수하기 때문에 상기 전지팩의 손상을 방지한다. 아울러 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')은 전원의 공급과정에서 전자파가 발생 될 수 있으나, 상기 차폐재(460)에 의하여 상기 전지모듈에서 발생된 전자파가 차폐되어 외부에 출력되지 않기에 주변 및/또는 전기차의 전자장비에 영향을 주지 않는다.
상기 이상판단단계(S13)는 상기 메인컨트롤러(310)가 상기 제1비엠에스(BMS)(350)와 제2비엠에스(BMS)(350')로부터 각각 인가되는 온도와 전압감지신호와 설정기준에 비교하여 이상여부를 판단하는 단계이다. 상기 설정기준은 화재발생 및 전지모듈(450)에 손상을 줄 수 있는 온도와, 과방전을 방지하기 위한 충전율과, 쇼트에 의한 이상전압중 하나 이상을 포함하며, 그 외에도 상기 전지모듈(450)의 이상을 줄 수 있는 모든 이상상황을 고려한 조건(온도와 전압(또는 전류))을 설정할 수 있다.
상기 경보단계(S14)는 상기 메인컨트롤러(310)가 상기 이상판단단계(S13)에서 고온, 과방전, 쇼트와 같은 이상 상황 중 어느 하나가 감지된 것으로 판단되면, 상기 경보부(114)를 제어하여 경보를 발령하는 단계이다. 상기 경보부(114)는 상기 메인컨트롤러(310)의 제어에 의하여 발광신호 및/또는 경보음을 출력하여 운전자에게 이상상황을 경고한다.
상기 비상스위치 온 판단단계(S15)는 상기 메인컨트롤러(310)가 상기 비상스위치(112)가 온되는 지를 판단하는 단계이다. 상기 전기차의 운전자는 상기 경보단계에서 경보가 발령되면, 상기 전지팩의 과방전이나 화재 위험을 방지하기 위하여 상기 비상스위치(112)를 온하여 전지팩의 전원공급을 차단할 수 있다. 따라서 상기 메인컨트롤러(310)는 상기 경보단계(S14) 이후에 상기 비상스위치(112)가 온되는 지를 판단한다.
상술한 바는 상기 경보단계(S14) 이후에 상기 비상스위치온 판단단계(S15)가 진행되는 것으로 설명하였으나, 운전자의 선택에 따라서 상기 비상스위치(112)가 온 될 수 있다.
상기 차단단계(S16)는 상기 메인컨트롤러(310)가 상기 릴레이(330)를 제어하여 상기 전지팩의 전원공급을 차단하는 단계이다. 상기 메인컨트롤러(310)는 상기 비상스위치 온 판단단계(S15)에서 비상스위치(112)가 온 되면, 상기 릴레이(330)를 제어하여 상기 제1단위전지팩(400)과 제2단위전지팩(400')의 극주(451)에 연결되는 전원라인을 오프시켜 전원공급을 차단한다. 즉,본 발명은 상기와 같은 비상조치로 인하여 전지팩의 과방전이나 화재로 인한 손해를 방지할 수 있다.
상기 통신커넥터 연결판단단계(S17)는 상기 메인컨트롤러(310)가 상기 통신커넥터(113)에 타 단말기(도시되지 않음)가 연결되어 통신요청이 있는지를 판단하는 단계이다. 운전자 또는 관리자는 상기 전지팩과 통신가능한 프로그램 및 장치를 구비한 단말기(도시되지 않음)에 연결되는 통신케이블을 상기 통신커넥터(113)에 연결한다. 따라서 상기 통신커넥터(113)는 상기 메인컨트롤러(310)에 상기 접속신호를 인가한다.
상기 데이타송수신단계(S18)는 상기 메인컨트롤러(310)가 상기 통신커넥터(113)를 통하여 인가되는 제어명령에 의하여 저장된 데이타 또는 상기 단말기(도시되지 않음)에서 송신된 데이타를 수신하는 단계이다. 상기 작업자는 상기 통신커넥터(113)를 통하여 자신의 단말기(도시되지 않음)를 조작하여 상기 메인컨트롤러(310)의 프로그램 및 데이타(예를 들면, 온도와 전압의 설정기준)과, 상기 제1비엠에스(BMS)(350)와 제2비엠에스(BMS)(350')의 운영프로그램을 수정할 수 있다.
상기 로그정보 저장단계(S19)는 상기 메인컨트롤러(310)가 상기 통신커넥터(113)에 단말기(도시되지 않음)가 연결되는 시간과 날짜 그리고 작업내용(송수신 데이타의 명칭과 파일종류)을 갖는 로그정보를 자체 메모리에 저장하는 단계이다. 상기 로그정보는 관리자가 상기 전지팩의 유지관리를 위하여 상기 데이타송수신단계에서 제공될 수 있다.
여기서 상기 통신커넥터 연결판단단단계(S17) 내지 로그정보 저장단계(S19)는 감지단계(S12) 이후에 진행되는 것으로 설명되었으나, 이는 작업자의 필요에 의하여 상기 차단단계(S16) 이후 또는 상기 전원 온 단계(S11) 내지 차단 단계(S16)중 어느 때라도 가능하다.
본 발명은 상술한 바와 같이 전기차용 전지팩을 하나 이상의 단위전지팩을 직렬 또는 병렬로 연결하여 전기차의 부하에 필요한 정격용량을 생성 및 공급할 수 있어 부하의 정격용량의 변화에 따른 전지팩의 출력용량을 조절함이 가능하다. 아울러 상기 단위전지팩은 충격이나 진동으로부터 보호가능하고, 전자파를 차폐할 수 있어 전기차 또는 주변의 민감한 전자장비에 영향을 주지 않는다.
즉, 본 발명은 전기차에 최적화된 구성과 작용을 갖는 전기차용 전지팩을 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
100 : 커버 110 : 조작판넬
111 : 전원스위치 112 : 비상스위치
113 : 통신커넥터 114 : 경보부
120 : 전원커넥터 130, 213a, 441a : 나사공
200 : 하우징 220 : 손잡이
230 : 전원단자 300 : 전장판넬
310 : 메인컨트롤러 320 : 커넥터부
330 : 릴레이 340 : 출력부
350, 350' : 비엠에스 400, 400' : 단위전지팩
410 : 상부커버 411 : 손잡이
420 : 전면판 421 : 관통구
430 : 측판 440 : 바닥판
450 : 전지모듈 451 : 극주
452 : 회로기판 453 : 커넥터
460 : 차폐재 470 : 탄성재
471 : 제1탄성재 472 : 제2탄성재
480 : 배면판

Claims (7)

  1. 전기차에 전원을 공급하는 전기차용 전지팩에 있어서,
    하우징의 내측에 고정되는 하나 이상의 단위 전지팩의 전압과 온도를 감지하는 하나 이상의 비엠에스;
    상기 단위전지팩에서 전원커넥터에 연결되는 전원라인을 스위칭하는 릴레이;
    상기 비엠에스로부터 인가되는 상기 단위전지팩의 온도와 전압의 감지신호와 설정기준을 비교하여 이상 여부를 판단하여 상기 릴레이를 제어하는 메인컨트롤러; 및
    상기 메인컨트롤러의 제어에 의하여 이상여부를 경보하는 경보부를 포함하는 전기차용 전지팩.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기차용 전지팩은
    비상 전원 오프 명령을 인가하는 비상스위치; 및
    통신케이블이 연결되는 통신커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차용 전지팩.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단위전지팩은
    하나 이상의 전지셀이 전기적으로 연결되는 전지모듈을 수용하는 케이스의 내측 모서리에서 길이방향으로 연장되어 상기 전지모듈을 탄성 지지하는 탄성재를 포함하는 전기차용 전지팩.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단위전지팩은
    하나 이상의 전지셀이 전기적으로 연결되는 전지모듈을 수용하는 케이스의 벽면과 바닥판에 전자파를 차폐시키는 차폐재가 접착된 것을 특징으로 하는 전기차용 전지팩.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하우징은
    상기 단위전지팩의 바닥판과 이격되도록 바닥면에서 단을 이루어 형성되는 것을 특징으로 하는 전기차용 전지팩.
  6. 상호간에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 단위전지팩에서 전기차의 부하에서 연장된 케이블이 접속된 전원커넥터 사이의 전원라인을 스위칭 온하는 전원온단계;
    상기 단위전지팩의 온도와 전압감지신호를 수신하는 감지단계;
    상기 감지단계에서 감지된 상기 단위전지팩의 온도 및 전압의 감지신호와 설정기준을 비교하여 이상여부를 판단하는 이상여부판단단계; 및
    상기 이상여부판단단계에서 감지신호가 설정기준에 해당되면, 경보를 발령하는 경보단계;를 포함하고,
    상기 전원온 단계 내지 경보단계중 어느 하나에서 전원 오프 명령이 인가되면, 상기 단위전지팩과 전원커넥터 사이의 전원라인을 스위칭 오프시켜 전원을 차단하는 차단단계를 포함하는 전기차용 전지팩의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전원온 단계 내지 차단단계중 어느 하나에서 통신커넥터를 통하여 통신요청신호가 수신되는 지를 판단하는 통신커넥터 연결판단단계;
    상기 통신커넥터 연결판단단계에서 통신요청이 수신되면, 수신된 요청에 따라서 데이타를 송신 및 수신하는 데이타송수신단계; 및
    상기 데이타송수신단계 이후에 로그정보를 저장하는 로그정보 저장단계를 포함하는 전기차용 전지팩의 제어방법.
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