KR20160083755A - 차량용 배터리의 과충전 방지 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리의 과충전 방지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 온도에 따라 저항값이 변하는 서미스터(thermistor)를 이용하여 차량용 배터리의 과충전을 방지하되, 배터리의 온도가 임계치를 초과하면 배터리로 공급되는 전류를 차단하고, 아울러 배터리의 전류를 일정량 방전시킴으로써, 배터리의 연소를 방지할 수 있는 차량용 배터리의 과충전 방지 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 차량용 배터리의 과충전 방지 장치에 있어서, 배터리로 인가되는 전원을 차단하는 제 1 릴레이; 상기 배터리를 방전시키는 제 2 릴레이; 상기 배터리의 온도에 상응하는 저항값을 갖는 제 1 서미스터; 상기 배터리의 온도가 임계치를 초과하면, 상기 제 1 서미스터의 저항값을 기반으로 상기 제 1 릴레이를 오프(Off) 시켜 상기 배터리로 인가되는 전원을 차단하는 제 1 릴레이 구동부; 상기 배터리의 온도에 상응하는 저항값을 갖는 제 2 서미스터; 및 상기 배터리의 온도가 임계치를 초과하면, 상기 제 2 서미스터의 저항값을 기반으로 상기 제 2 릴레이를 온(On) 시켜 상기 배터리를 방전시키는 제 2 릴레이 구동부를 포함한다.

Description

차량용 배터리의 과충전 방지 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR PREVENTING OVERCHARGE OF A BATTERY IN VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 배터리의 과충전 방지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도에 따라 저항값이 변하는 서미스터(thermistor)를 이용하여 차량용 배터리의 과충전을 방지하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, HEV(Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle) 등을 포함하는 친환경 차량은 전기모터에 구동전력을 공급하는 고전압 배터리를 탑재하고 있다.
이러한 고전압 배터리로는 고출력 리튬 이온(폴리머) 배터리(LiPB)가 널리 사용되고 있는데, 리튬 이온 배터리는 과충전시, 발열반응인 전해액 분해에 의해 가연성 가스가 발생하고, 이에 전지 내압이 상승하여 두께 팽창이 수반되며, 그에 따라 온도가 상승하고 단락이 발생하여 가연성 가스가 점화 및 발화되면서 운전자 및 차량의 안전에 치명적인 결과를 초래하게 된다.
친환경 차량에서 고전압 배터리의 과충전은 BMS(Battery Management System)에서 제어가 되고 있으나, BMS의 고장 시 과충전을 일으켜 배터리의 연소 및 폭발 가능성이 있다.
즉, BMS의 고장으로 과충전 제어가 이루어지지 못하면, 전해액 분해 발열반응이 일어나게 되고, 이후 '전압 상승 곡선 평탄, 온도 증가, 가연성 가스 발생 → 전지 내압 증가 → 지속적 전류 공급 → 전해액 고갈(분해), 전지 실링 해제 → 가연성 가스 방출, 온도 상승 → 음극 피막 분해, 저항 증가 →격리막 수축 및 용융 → 내부 쇼트 또는 전지 변형에 의한 외부 단락 발생 → 가연성 가스 발화'의 순으로 위험이 진행된다.
이와 같이 BMS의 고장 시에 배터리가 과충전되면, 전지 전압이 증가하게 되면서 전해질이 분해되어 가연성 가스가 발생하고, 가연성 가스가 발생함에 따라 배터리가 팽창하는바, 이때 회로 단락 등에 의해 가연성 가스가 점화될 경우에는 매우 위험한 상황에 직면하게 된다.
대한민국 공개특허공보 제2009-0013867호(2009.02.06 공개)
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 온도에 따라 저항값이 변하는 서미스터(thermistor)를 이용하여 차량용 배터리의 과충전을 방지하되, 배터리의 온도가 임계치를 초과하면 배터리로 공급되는 전류를 차단하고, 아울러 배터리의 전류를 일정량 방전시킴으로써, 배터리의 연소를 방지할 수 있는 차량용 배터리의 과충전 방지 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 차량용 배터리의 과충전 방지 장치에 있어서, 배터리로 인가되는 전원을 차단하는 제 1 릴레이; 상기 배터리를 방전시키는 제 2 릴레이; 상기 배터리의 온도에 상응하는 저항값을 갖는 제 1 서미스터; 상기 배터리의 온도가 임계치를 초과하면, 상기 제 1 서미스터의 저항값을 기반으로 상기 제 1 릴레이를 오프(Off) 시켜 상기 배터리로 인가되는 전원을 차단하는 제 1 릴레이 구동부; 상기 배터리의 온도에 상응하는 저항값을 갖는 제 2 서미스터; 및 상기 배터리의 온도가 임계치를 초과하면, 상기 제 2 서미스터의 저항값을 기반으로 상기 제 2 릴레이를 온(On) 시켜 상기 배터리를 방전시키는 제 2 릴레이 구동부를 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 차량용 배터리의 과충전 방지 방법에 있어서, 배터리의 온도가 임계치를 초과하면, 제 1 릴레이 구동부가 제 1 서미스터의 저항값을 기반으로 상기 제 1 릴레이를 오프(Off) 시켜 상기 배터리로 인가되는 전원을 차단하는 단계; 및 상기 배터리의 온도가 임계치를 초과하면, 제 2 릴레이 구동부가 제 2 서미스터의 저항값을 기반으로 상기 제 2 릴레이를 온(On) 시켜 상기 배터리를 방전시키는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 온도에 따라 저항값이 변하는 서미스터(thermistor)를 이용하여 차량용 배터리의 과충전을 방지하되, 배터리의 온도가 임계치를 초과하면 배터리로 공급되는 전류를 차단하고, 아울러 배터리의 전류를 일정량 방전시킴으로써, 배터리의 연소를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 차량용 배터리의 과충전 방지 장치에 대한 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 차량용 배터리의 과충전 방지 장치에 대한 일실시예 회로도,
도 3 은 본 발명에 따른 차량용 배터리의 과충전 방지 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 차량용 배터리의 과충전 방지 장치에 대한 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 배터리의 과충전 방지 장치는, 전원 공급부(10), 제 1 릴레이(20), 배터리(30), 제 2 릴레이(40), BMS(Battery Management System)(50), PTC(Positive Temperature Coefficient) 서미스터(60), 제 1 릴레이 구동부(70), NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터(80), 및 제 2 릴레이 구동부(90)를 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 전원 공급부(10)는 배터리(30)에 충전 전원을 공급한다.
제 1 릴레이(20)는 전원 공급부(10)로부터 공급되는 전원을 배터리(30)로 인가 또는 차단한다.
배터리(30)는 전원 공급부(10)로부터 공급되는 전원을 이용하여 충전한다.
제 2 릴레이(40)는 배터리(30)의 충전전류를 방전한다. 이러한 제 2 릴레이(40)의 일단에는 충전전류를 방전하기 위한 저항이 연결된다. 이하, 제 2 릴레이(40)와 방전용 저항을 통칭하는 용어로 방전부라 칭한다.
BMS(50)는 12V의 제어신호를 제 1 릴레이 구동부(70) 및 제 2 릴레이 구동부(90)로 전송한다.
PTC 서미스터(60)는 배터리(30)의 내부에 위치하는 것이 바람직하며, 배터리(30)의 온도에 따라 저항을 가변시킨다. 즉, PTC 서미스터(60)는 배터리(30)의 온도가 높으면 놓을수록 큰 저항값을 갖는다.
예를 들어, 배터리(30)의 온도가 25℃이면 PTC 서미스터(60)의 저항값은 10Ω이고, 배터리(30)의 온도가 90℃로 높아지면 PTC 서미스터(60)의 저항값은 1kΩ으로 증가한다.
제 1 릴레이 구동부(70)는 배터리(30)의 온도가 임계치(일례로 90℃)를 초과하면 제 1 릴레이(20)를 오프(Off) 시켜 배터리(30)로 인가되는 전원을 차단한다.
NTC 서미스터(80)는 배터리(30)의 내부에 위치하는 것이 바람직하며, 배터리(30)의 온도에 따라 저항을 가변시킨다. 즉, NTC 서미스터(80)는 배터리(30)의 온도가 높으면 높을수록 낮은 저항값을 갖는다.
예를 들어, 배터리(30)의 온도가 25℃이면 NTC 서미스터(80)의 저항값은 1kΩ이고, 배터리(30)의 온도가 90℃로 높아지면 NTC 서미스터(80)의 저항값은 10Ω으로 감소한다.
제 2 릴레이 구동부(90)는 배터리(30)의 온도가 임계치(일례로 90℃)를 초과하면 제 2 릴레이(40)를 온(On) 시켜 배터리(30)의 충전전류를 방전시킨다. 이때, 배터리(30)의 충전전류가 일정량 방전되면 배터리(30)의 온도가 낮아지게 되고, 그러면 제 2 릴레이 구동부(90)는 제 2 릴레이(40)를 오프시켜 배터리(30)의 방전을 중단한다.
도 2 는 본 발명에 따른 차량용 배터리의 과충전 방지 장치에 대한 일실시예 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(10)로부터 공급되는 전원은 제 1 릴레이(20)를 통해 배터리(30)에 인가된다.
제 1 릴레이 구동부(70)는 일례로 릴레이 구동 코일로 구현될 수 있으며, BMS(50)로부터의 12V 전압을 PTC 서미스터(60)로 인가한다. 이때, 배터리(30)의 온도가 임계치(일례로 90℃)를 초과하면, 배터리(30)의 내부에 위치한 PTC 서미스터(60)의 저항값이 1kΩ이 되고, 릴레이 구동 코일의 양단에 걸리는 전압이 0.3V가 되어, 배터리(30)로 인가되는 전원을 차단하도록 제 1 릴레이(20)를 오프시킨다.
또한, 제 2 릴레이(40)는 방전용 저항을 구비하고 있어 배터리의 전류를 방전시킨다.
제 2 릴레이 구동부(90)는 일례로 릴레이 구동 코일로 구현될 수 있으며, BMS(50)로부터의 12V 전압을 NTC 서미스터(80)로 인가한다. 이때, 배터리(30)의 온도가 임계치(일례로 90℃)를 초과하면, 배터리(30)의 내부에 위치한 NTC 서미스터(80)의 저항값이 10Ω이 되고, 릴레이 구동 코일의 양단에 걸리는 전압이 9V가 되어, 배터리(30)의 충전전류를 방전하도록 제 2 릴레이(40)를 온시킨다.
도 3 은 본 발명에 따른 차량용 배터리의 과충전 방지 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 배터리(30)의 온도가 임계치를 초과하면, 제 1 릴레이 구동부(70)가 PTC 서미스터(60)의 저항값을 기반으로 제 1 릴레이(20)를 오프(Off) 시켜 배터리(30)로 인가되는 전원을 차단한다(301).
그리고, 제 2 릴레이 구동부(90)가 NTC 서미스터(80)의 저항값을 기반으로 제 2 릴레이(40)를 온(On) 시켜 배터리를 방전시킨다(302).
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10 : 전원 공급부
20 : 제 1 릴레이
30 : 배터리
40 : 제 2 릴레이
50 : BMS
60 : PTC 서미스터
70 : 제 1 릴레이 구동부
80 : NTC 서미스터
90 : 제 2 릴레이 구동부

Claims (7)

  1. 배터리로 인가되는 전원을 차단하는 제 1 릴레이;
    상기 배터리를 방전시키는 제 2 릴레이;
    상기 배터리의 온도에 상응하는 저항값을 갖는 제 1 서미스터;
    상기 배터리의 온도가 임계치를 초과하면, 상기 제 1 서미스터의 저항값을 기반으로 상기 제 1 릴레이를 오프(Off) 시켜 상기 배터리로 인가되는 전원을 차단하는 제 1 릴레이 구동부;
    상기 배터리의 온도에 상응하는 저항값을 갖는 제 2 서미스터; 및
    상기 배터리의 온도가 임계치를 초과하면, 상기 제 2 서미스터의 저항값을 기반으로 상기 제 2 릴레이를 온(On) 시켜 상기 배터리를 방전시키는 제 2 릴레이 구동부
    를 포함하는 차량용 배터리의 과충전 방지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 릴레이 구동부는,
    양단에 걸리는 전압이 제 1 기준치를 초과하면 상기 제 1 릴레이를 오프시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 과충전 방지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 릴레이 구동부는,
    양단에 걸리는 전압이 제 2 기준치를 초과하면 상기 제 2 릴레이를 온시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 과충전 방지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 서미스터는 PTC 서미스터이고, 상기 제 2 서미스터는 NTC 서미스터이며, 모두 상기 배터리의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 과충전 방지 장치.
  5. 배터리의 온도가 임계치를 초과하면, 제 1 릴레이 구동부가 제 1 서미스터의 저항값을 기반으로 상기 제 1 릴레이를 오프(Off) 시켜 상기 배터리로 인가되는 전원을 차단하는 단계; 및
    상기 배터리의 온도가 임계치를 초과하면, 제 2 릴레이 구동부가 제 2 서미스터의 저항값을 기반으로 상기 제 2 릴레이를 온(On) 시켜 상기 배터리를 방전시키는 단계
    를 포함하는 차량용 배터리의 과충전 방지 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전원 차단 단계는,
    상기 제 1 릴레이 구동부의 양단에 걸리는 전압이 제 1 기준치를 초과하면 상기 제 1 릴레이를 오프시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 과충전 방지 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 배터리 방전 단계는,
    상기 제 2 릴레이 구동부의 양단에 걸리는 전압이 제 2 기준치를 초과하면 상기 제 2 릴레이를 온시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 과충전 방지 방법.
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