KR20170018715A - Battery temperature control system for electric vehicle and method thereof - Google Patents

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Abstract

According to an aspect of the present invention, a battery temperature control apparatus comprises: a battery module including a plurality of battery cells; a temperature sensor for measuring the temperature of the battery module; a thermoelectric element attached to one side surface of the battery module; and a control unit for controlling heat absorbing or heating of the thermoelectric element according to the temperature of the battery module obtained from the temperature sensor.

Description

전기자동차용 배터리 온도조절 시스템 및 그 방법{Battery temperature control system for electric vehicle and method thereof}[0001] The present invention relates to a battery temperature control system for an electric vehicle,

본 발명은 배터리 냉각 시스템에 관한 것으로, 특히 전기자동차용 고용량 배터리의 모듈 별 온도조절 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cooling system, and more particularly, to a module-specific temperature control system and method for a high capacity battery for an electric vehicle.

최근 석유자원의 고갈과 배기가스에 의한 지구온난화 등 환경오염에 대한 우려 때문에 친환경 전기자동차와 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아지고 있고, 이에 따라 자동차 제작사들의 제품 개발과 출시도 활발히 이루어지고 있다.Recently, interest in environmentally friendly electric vehicles and hybrid vehicles has been increasing due to concern about environmental pollution such as depletion of petroleum resources and global warming due to exhaust gas, and automobile manufacturers are actively developing and launching products.

전기자동차(이하 하이브리드 자동차 포함)는 종래 화석연료를 연소시켜 이를 회전에너지로 바꾸어 바퀴를 구동시키던 것과 달리 전기에너지를 이용하여 전동기를 회전시켜 바퀴를 구동시키는데, 자동차의 주행을 위해서는 높은 에너지가 필요하고 따라서 고전압의 배터리 시스템이 필수적이다.Unlike electric vehicles (hereinafter referred to as hybrid cars) that burn fossil fuels and turn them into rotational energy to drive the wheels, electric energy is used to drive the wheels by rotating the electric motor. Therefore, a high-voltage battery system is essential.

이렇게 높은 전기 에너지를 얻기 위해서는 다수의 배터리를 직렬 또는 병렬로 연결하는데 각각의 배터리를 배터리셀(Cell)이라 하고 여러 개의 셀을 모아 고정한 것을 배터리모듈이라고 하며 모듈들을 모아 고정한 것을 배터리 팩이라 한다.In order to obtain such high electric energy, a plurality of batteries are connected in series or in parallel. Each battery is called a battery cell. A plurality of cells are collected and fixed. A battery module is called a battery pack.

배터리는 충전과 방전을 반복할 수 있는 2차 전지가 사용되는데 통상적으로는 섭씨 40도 이상의 고온과 섭씨 0도 이하의 저온에서는 제 성능을 발휘하지 못하고, 그러한 환경에서 충전과 방전이 반복되면 배터리의 수명도 단축되는 결과로 이어진다. 전기자동차의 성능과 수명은 결국 이 배터리의 수명에 의해 좌우되므로, 배터리에서 발생하는 열을 관리하고 주변 환경의 변화에 따라 배터리를 최적의 온도로 유지시켜 주는 것이 전기 자동차에 있어 중요한 과제로 부각되었다.A secondary battery capable of repeatedly charging and discharging is used for a battery. Normally, the battery does not perform at a high temperature of 40 degrees Celsius or less and a low temperature of 0 degree Celsius or lower. When charging and discharging are repeated in such an environment, Resulting in a shortened life span. Since the performance and lifetime of an electric vehicle are ultimately dependent on the life of the battery, maintenance of the heat generated by the battery and maintenance of the battery at the optimum temperature in accordance with changes in the surrounding environment have become an important challenge for electric vehicles .

더욱이 머지 않은 장래에는 하이브리드 형태가 아닌 배터리로만 운행되는 순수 전기자동차가 주류를 이룰 것으로 전망되고 있고, 배터리 시스템의 대형화도 필요하게 될 것이므로 배터리 팩 전체의 열관리 뿐만 아니라 배터리 팩을 이루는 각 배터리모듈의 독립적인 온도제어도 중요하게 될 것으로 예상된다.Furthermore, in the near future, it is expected that a pure electric vehicle, which is operated only by a battery other than a hybrid type, will become mainstream, and a battery system must be enlarged. Therefore, not only the heat management of the entire battery pack but also the independent Temperature control is also expected to become important.

차량용 배터리의 온도조절을 위해 종래에는 공기냉각방식, 에어컨 냉매 방식, 칠러를 이용하는 방식 등을 사용하였다.Conventionally, air cooling, air conditioner refrigerant, and chiller were used for temperature control of the battery of a vehicle.

공기냉각방식은 기존의 차량 에어컨 시스템과 연계하여 공기의 흐름으로 배터리의 온도를 관리하는 시스템으로, 기존의 시스템을 이용하므로 시스템을 단순화 할 수 있는 장점이 있으나 승객이 탑승하는 캐빈룸(Cabin room)의 온도에 의존하게 되므로 배터리의 온도조절이 자유롭지 못하고, 공기순환을 이용하기 때문에 냉각효율이 뛰어나지 못한 단점이 있다.The air cooling system is a system that manages the temperature of the battery by the flow of air in conjunction with the existing vehicle air conditioning system. It has the merit of simplifying the system because it uses the existing system, but the cabin room on which the passenger boarded, The temperature of the battery is not freely controlled and the cooling efficiency is not excellent due to the use of the air circulation.

공기냉각방식의 가장 큰 문제점은 배터리 팩의 크기가 커짐에 따라 공기의 흐름이 시작하는 지점과 끝나는 지점의 온도차이가 나게 되고, 따라서 배터리셀 또는 모듈 간 온도편차가 크게 되어 어느 지점을 기준으로 온도 조절을 해야 하는 지 판단하기 곤란하게 된다는 점이다.The biggest problem of the air cooling method is that as the size of the battery pack increases, the temperature difference between the starting point and the ending point of the air flow is increased, and accordingly, the temperature deviation between the battery cell or the module becomes large, It is difficult to judge whether or not to perform the adjustment.

이러한 공기냉각방식을 보완하기 위해 에어컨 냉매를 이용한 직접 냉각방식이 사용되었다. 에어컨의 공기순환에 의한 간접 냉각 방식이 아니라 냉매의 기화열을 이용하는 직접 냉각 방식을 사용함으로써 냉각 효과가 뛰어난 장점이 있으나, 이 역시 차량 에어컨 시스템과 연계해야 하고 또한 배터리의 온도가 낮은 경우에 온도를 높이기 위해서는 별도의 히팅 시스템을 구성해야 하는 단점이 있다.Direct cooling method using air conditioner refrigerant was used to supplement this air cooling method. The direct cooling method using the heat of vaporization of the refrigerant rather than the indirect cooling method by the air circulation of the air conditioner has an advantage of cooling effect. However, this also needs to be linked with the vehicle air conditioner system, However, there is a disadvantage that a separate heating system must be constructed.

칠러를 이용한 열관리 방식은, 온도조절을 위한 파이프를 통해 배터리에 냉각수를 흘려 보내고 칠러에서는 냉각수와 차량 에어컨 시스템 사이의 열 교환을 통하여 온도조절을 가능하게 하는 방식이다. 공기냉각방식과 달리 냉각수 순환에 의하기 때문에 냉각 효율이 좋고, 냉매 방식에 비해서는 승온이 가능하다는 장점이 있으나, 여전히 차량 에어컨 시스템과 연동해야 하는 한계와, 냉각수와 파이프, 펌프, 칠러 등의 시스템을 갖추어야 하므로 중량과 비용이 증가하는 문제점이 있다.The thermal management method using chiller is a method that allows cooling water to flow through a pipe for temperature control and chiller enables temperature control through heat exchange between cooling water and vehicle air-conditioning system. Unlike the air cooling system, the cooling system is advantageous in cooling efficiency due to the circulation of the cooling water and the temperature can be raised compared with the refrigerant system. However, there is still a limit to interlock with the vehicle air conditioning system and a system of cooling water, pipe, pump, There is a problem that weight and cost are increased.

이러한 종래의 냉각방식들은 주로 차량의 에어컨 시스템과 연동되므로 독립적인 시스템 구성이 어려운 한계가 있고, 또한 일반적으로 차량 에어컨 시스템은 차량의 앞쪽에 위치하고 배터리는 캐빈룸 뒤편에 위치하는 것도 냉각 시스템의 레이아웃이 복잡해지는 요인이 된다.Since the conventional cooling methods are mainly interlocked with the air conditioning system of the vehicle, independent system configuration is difficult. Also, the vehicle air conditioner system is located in front of the vehicle and the battery is located behind the cabin room. It becomes a complicated factor.

또한 배터리 온도조절을 위한 칠러나 승온을 위한 코일, 냉각수 순환을 위한 펌프와 파이프설치 등은 배터리 시스템의 소형화를 어렵게 하고, 결과적으로 차량의 공간활용도를 낮추고 에너지효율도 떨어뜨리는 원인이 된다..In addition, the chiller for temperature control of the battery, the coil for temperature rise, and the pump and pipe installation for circulating cooling water make it difficult to miniaturize the battery system, resulting in lower space utilization and lower energy efficiency.

이는 향후 순수 전기자동차에서 배터리셀이 많아지고 배터리 시스템이 대형화 되는 경우 배터리 위치에 따라 배터리셀간 온도편차가 커지게 되고, 따라서 온도 제어가 어렵게 되어 전체적인 차량 성능 저하로 이어지는 문제가 발생할 수 있다.If the number of battery cells increases in a pure electric vehicle and the size of a battery system increases in the future, the temperature deviation between the battery cells increases according to the position of the battery, so that it becomes difficult to control the temperature.

본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 배터리모듈 별로 온도 조절이 가능하도록 열전소자를 이용한 배터리 온도 조절 시스템과 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a battery temperature control system using a thermoelectric element so that temperature can be adjusted for each battery module and a method thereof.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 배터리 온도조절장치는 복수개의 배터리셀을 포함하는 배터리모듈; 상기 배터리모듈의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 배터리모듈의 일측면에 부착되는 열전소자; 및 상기 온도센서로부터 획득한 상기 배터리모듈의 온도에 따라 상기 열전소자의 흡열 또는 발열을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery temperature control apparatus comprising: a battery module including a plurality of battery cells; A temperature sensor for measuring a temperature of the battery module; A thermoelectric element attached to one side of the battery module; And a controller for controlling heat absorption or heat generation of the thermoelectric elements according to the temperature of the battery module obtained from the temperature sensor.

본 발명의 다른 일면에 따른 배터리 온도조절방법은 배터리모듈, 온도센서, 열전소자 및 제어부를 포함하는 배터리 온도조절장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 온도센서를 통해 상기 배터리모듈의 온도를 측정하는 단계; 상기 측정한 온도가 기설정된 최저온도보다 낮은 경우 상기 열전소자의 배터리모듈과 접촉하는 부분을 발열모드로 설정하는 단계; 및 상기 측정한 온도가 기설정된 최고온도보다 높은 경우 상기 열전소자의 배터리모듈과 접촉하는 부분을 흡열모드로 설정하는 단계;를 포함하여 상기 배터리모듈의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a battery temperature control apparatus including a battery module, a temperature sensor, a thermoelectric device, and a control unit, wherein the controller measures a temperature of the battery module through the temperature sensor; Setting a portion of the thermoelectric element in contact with the battery module to a heat generation mode when the measured temperature is lower than a predetermined minimum temperature; And setting a portion of the thermoelectric element which is in contact with the battery module to an endothermic mode when the measured temperature is higher than a preset maximum temperature, thereby controlling the temperature of the battery module.

본 발명에 따르면, 독립적인 온도조절장치를 배터리모듈별로 설치함으로써 배터리모듈별로 포함된 배터리셀을 냉각 또는 가열하여 최적의 성능을 발휘하는 온도로 유지할 수 있는 효과가 있고, 배터리모듈간 온도편차를 줄일 수 있어 배터리 효율이 높아지고 결과적으로 배터리 수명을 늘릴 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since independent temperature control devices are provided for each battery module, the battery cell included in each battery module can be cooled or heated to maintain the temperature at an optimum performance, and temperature deviation between battery modules can be reduced The battery efficiency can be increased and the battery life can be increased as a result.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도조절 시스템을 포함하는 전기차의 배터리모듈을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도조절 시스템을 포함하는 전기차의 배터리모듈을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈들로 구성된 배터리팩을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도조절 방법을 나타낸 흐름도.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도조절 방법을 나타낸 흐름도.1 is a view showing a battery module of an electric vehicle including a temperature control system according to an embodiment of the present invention;
2 is a view showing a battery module of an electric vehicle including a temperature control system according to another embodiment of the present invention.
3 illustrates a battery pack constructed from battery modules according to another embodiment of the present invention.
4 is a flow chart illustrating a method of adjusting temperature according to another embodiment of the present invention.
6 is a flow chart illustrating a method for controlling temperature according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms " comprises, " and / or "comprising" refer to the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Or additions.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 온도조절장치(100)를 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 shows a battery temperature control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

배터리 온도조절장치(100)는 복수개의 배터리셀(111)들을 포함하는 배터리모듈(110), 온도센서(120), 열전소자(130) 및 제어부(140)를 포함하여 이루어진다.The battery temperature controller 100 includes a battery module 110 including a plurality of battery cells 111, a temperature sensor 120, a thermoelectric element 130, and a controller 140.

전기자동차나 하이브리드 자동차는 그 무게 때문에 높은 에너지를 필요로 하므로 대용량, 고전압의 배터리를 갖추어야 한다. 현재 이를 위해 전기자동차의 배터리 시스템은 복수개의 배터리셀(111)들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리모듈(110)을 구성하고, 이 배터리모듈(110)들을 필요한 만큼 연결하여 배터리팩이라고 하는 배터리 시스템을 구성하여 사용한다.Electric cars and hybrid cars require high energy because of their weight, so batteries with high capacity and high voltage should be equipped. To this end, a battery system of an electric vehicle includes a plurality of battery cells 111 connected in series or in parallel to constitute a battery module 110, connecting the battery modules 110 as necessary, .

이러한 배터리 시스템의 각 배터리모듈(110)별 개별 온도조절을 위해서 각 배터리모듈(110)마다 온도를 측정할 수 있는 온도센서(120)을 장착한다. 배터리 시스템의 경우 상당한 부피를 차지하기 때문에 전체 배터리 시스템이 아닌 배터리모듈(110)별 온도측정과 온도조절이 필요하기 때문이다.In order to adjust the individual temperature of each battery module 110 of the battery system, a temperature sensor 120 for measuring the temperature of each battery module 110 is mounted. This is because the battery system requires a temperature measurement and a temperature control for each battery module 110, rather than the entire battery system, because it takes a considerable volume.

각 온도조절의 단위가 되는 배터리모듈(110)에는 열전소자(130)가 부착되는데 열전소자(130)는 반도체의 펠티에 효과를 이용한 것으로, 반도체의 PN접합을 사용하여 전류를 흘려주면 한쪽 면은 냉각되어 열을 흡수하고 반대 면은 발열이 되는 소자이다. 발열면과 흡열면은 전류의 방향에 따라 결정되므로 필요에 따라 전류의 방향을 바꾸어 발열과 흡열을 한 개의 소자로 제어가 가능한 장점이 있다.The thermoelectric element 130 is attached to the battery module 110 serving as a unit of temperature regulation. The thermoelectric element 130 uses the Peltier effect of the semiconductor. When a current is flowed using the semiconductor PN junction, And absorbs heat, and the opposite surface is a device that generates heat. Since the heat generating surface and the heat absorbing surface are determined according to the direction of current, it is possible to control the heat generation and the heat absorption by one element by changing the direction of the current as necessary.

배터리모듈(110)에 부착된 열전소자(130)는 온도센서(120)로 측정한 배터리모듈(110)의 온도에 따라 흡열 또는 발열모드로 전환하여 배터리모듈(110)의 온도를 배터리 동작에 최적의 조건이 되는 온도로 조절할 수 있다.The thermoelectric element 130 attached to the battery module 110 is switched to the endothermic or exothermic mode according to the temperature of the battery module 110 measured by the temperature sensor 120 so that the temperature of the battery module 110 is optimized for battery operation The temperature can be controlled.

제어부(130)는 온도센서(120)에 의해 측정한 배터리모듈(110)의 온도에 따라 열전소자(130)에 흐르는 전류의 방향을 바꾸어 흡열 또는 발열이 되는 면을 전환함으로써 배터리모듈(110)의 온도를 조절한다.The control unit 130 changes the direction of the current flowing in the thermoelectric element 130 according to the temperature of the battery module 110 measured by the temperature sensor 120 to switch the surface to be heat absorbed or generated, Adjust the temperature.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도조절장치(200)의 구성을 나타낸다.2 shows a configuration of a temperature control device 200 according to another embodiment of the present invention.

온도조절장치(200)는 온도조절의 효율을 높이기 위해 전술한 온도조절장치(100)에 비해 방열판(250, Heat sink), 냉각팬(260), 파이프(270) 등을 더 포함한다.The temperature control device 200 further includes a heat sink 250, a cooling fan 260, a pipe 270, and the like in comparison with the temperature control device 100 described above in order to increase the temperature control efficiency.

방열판(250)은 열전소자(230)의 양면 중 배터리모듈(210)이 부착된 면의 반대편 면에 부착되어 열전소자(230)의 열 교환 면적을 넓혀준다. 즉, 열전소자(230)가 냉각모드인 경우에는 배터리모듈(210)과 접촉한 면이 열을 흡수하고 방열판(250)과 접촉한 면이 열을 방출하게 되므로 방열판(250)에 의해 열을 방출하는 면이 넓어져서 방열효율이 좋아진다. 반대로 승온모드일 때는 방열판(250)에 의해 주변의 열을 더 잘 흡수할 수 있다.The heat dissipating plate 250 is attached to the opposite surface of the thermoelectric element 230 on the opposite side to the surface to which the battery module 210 is attached to enlarge the heat exchange area of the thermoelectric element 230. That is, when the thermoelectric element 230 is in the cooling mode, the surface in contact with the battery module 210 absorbs heat, and the surface in contact with the heat sink 250 emits heat, And the thermal efficiency is improved. Conversely, when the temperature raising mode is selected, the heat sink 250 can more absorb the surrounding heat.

방열판(250)과 함께 냉각팬(260) 또한 열전소자(230)의 열 교환을 도와준다. 열전소자(230)와 방열판(250)에 의해 방출된 열을 냉각팬(260)으로 차량 밖으로 순환시켜 방열이 원활하도록 하는 것이다. 냉각팬(260)의 동작과 정지, 회전속도 등은 제어부(240)에 의해 조절된다.The cooling fan (260) together with the heat sink (250) also helps heat exchange of the thermoelectric elements (230). The heat generated by the thermoelectric element 230 and the heat sink 250 is circulated to the outside of the vehicle through the cooling fan 260 to facilitate heat radiation. The operation and stop of the cooling fan 260, the rotation speed, and the like are controlled by the control unit 240.

열 교환용 파이프(270)는 히트파이프(Heat pipe)라고도 불리며 배터리모듈(210)을 구성하는 배터리셀(211)의 사이사이에 위치하여 배터리의 전체적인 냉각효율을 높이고 열전소자에 의한 열 전달을 고르게 하기 위해 사용된다. 열전소자(230)만으로 배터리모듈(210)의 온도를 조절하는 경우에 열전소자(230)와 접촉한 부분과 그렇지 않은 부분의 온도차이가 또 발생할 수 있기 때문이다. The heat exchange pipe 270 is also called a heat pipe and is positioned between the battery cells 211 constituting the battery module 210 to increase the overall cooling efficiency of the battery and to uniformly transfer heat by the thermoelectric element Lt; / RTI > When temperature of the battery module 210 is adjusted using only the thermoelectric element 230, a temperature difference may occur between a portion contacting the thermoelectric element 230 and a portion not contacting the thermoelectric element 230.

파이프(270)는 알루미늄 재질 또는 강성과 열전도율을 고려하여 이를 만족하는 다른 재료로 구성 가능하다.The pipe 270 may be made of an aluminum material or other material satisfying the consideration of stiffness and thermal conductivity.

파이프(270)는 배터리셀(211)의 사이에 위치하고 배터리셀(211)보다 튀어나오는 부분은 'ㄱ'자 형태로 꺾어져 배터리모듈(210)과 열전소자(230)의 사이에 위치하게 된다. 파이프(270)가 꺾여서 보다 넓은 면적이 열전소자(230)와 접촉함으로써 파이프(270) 내의 냉매와 열전소자(230)간의 열 교환 효율을 높일 수 있는 구조이다. The pipe 270 is positioned between the battery cells 211 and the portion protruding from the battery cell 211 is bent in the shape of a letter and positioned between the battery module 210 and the thermoelectric element 230. The pipe 270 is bent so that a larger area is brought into contact with the thermoelectric element 230 to increase the heat exchange efficiency between the refrigerant in the pipe 270 and the thermoelectric element 230.

파이프(270)의 내부에는 아세톤 냉매가 채워져 있는데, 아세톤 냉매는 끓는점이 섭씨 56도로 배터리의 동작 온도범위와 비슷하기 때문에 배터리 냉각용 냉매로 사용된다. 아세톤 냉매는 배터리셀(211)의 열을 흡수하면 액체에서 기체로 기화되는데, 기화된 아세톤 냉매는 파이프(270)의 윗부분, 즉, 'ㄱ'자로 꺾여서 열전소자(230)와 접촉되는 부분에 이르게 되고 열전소자(230)와의 열 교환을 통해 다시 액체상태로 돌아가는 과정을 거치며 파이프(270) 내부를 순환한다.The inside of the pipe 270 is filled with acetone refrigerant. Since the boiling point of the acetone refrigerant is similar to the operating temperature range of the battery 56 degrees Celsius, it is used as a refrigerant for battery cooling. The acetone refrigerant is vaporized from the liquid to the gas when the heat of the battery cell 211 is absorbed. The vaporized acetone refrigerant is bent to the upper portion of the pipe 270, that is, the 'A' And returns to the liquid state through heat exchange with the thermoelectric element 230, and circulates inside the pipe 270.

이렇게 아세톤 냉매는 파이프(270)를 따라 기화와 액화를 반복하며 배터리셀(211)의 구석까지 순환하며 열전소자(230)와의 열 교환을 통해서 배터리모듈(210) 전체의 온도를 최적의 온도로 유지할 수 있도록 해준다. 또한 냉매 순환을 위해 워터펌프 등의 장치를 추가로 설치하지 않아도 되므로 전체 시스템의 부피와 중량이 작아지는 효과도 가진다.The acetone refrigerant repeats vaporization and liquefaction along the pipe 270, circulates to the corner of the battery cell 211, and maintains the temperature of the entire battery module 210 at an optimal temperature through heat exchange with the thermoelectric element 230 It can help. In addition, since no additional equipment such as a water pump is required for circulating the refrigerant, the volume and weight of the entire system can be reduced.

제어부(240)는 냉각팬(260)의 회전수를 조절하고 열전소자(230)에 흐르는 전류의 방향과 세기를 조절하여 발열 또는 흡열을 제어함으로써 각 배터리모듈(210)의 온도가 미리 설정해 둔 온도범위에 있을 수 있도록 제어한다.The control unit 240 controls the rotation speed of the cooling fan 260 and controls the direction and the intensity of the current flowing in the thermoelectric element 230 to control the heat generation or the heat absorption so that the temperature of each battery module 210 is maintained at a predetermined temperature To be in range.

이렇게 배터리모듈(210) 단위로 독립적으로 구성되는 온도조절장치(200)는 각 배터리모듈(210) 별로 온도조절이 가능하다는 장점뿐 아니라, 모듈단위로 분해 또는 조립이 용이하므로 전기자동차의 크기와 필요 배터리 용량에 따라 배터리모듈(210)들을 연결하여 손쉽게 배터리 시스템의 확장이 가능하고 고장 시 배터리모듈(210) 별 수리가 가능하다는 장점도 가진다.The temperature control device 200 independently configured in units of the battery module 210 has advantages of being able to control the temperature of each battery module 210 as well as being easy to disassemble or assemble module by module, It is possible to easily expand the battery system by connecting the battery modules 210 according to the capacity of the battery, and it is also possible to repair each battery module 210 in case of failure.

도 3은 이러한 각각의 배터리모듈(210)이 모여서 배터리팩이라는 전기자동차용 배터리 시스템을 구성하는 모습을 나타난다.FIG. 3 shows that each of the battery modules 210 is assembled to constitute a battery system for an electric vehicle called a battery pack.

이하에서는 전술한 배터리 온도조절장치들(100, 200)을 통해 전기자동차용 배터리시스템의 온도를 조절하는 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of controlling the temperature of the battery system for an electric vehicle through the battery temperature controllers 100 and 200 will be described.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도조절 방법을 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a temperature control method according to another embodiment of the present invention.

제어부(240)는 각 배터리모듈(210) 별 온도를 파악하여 열전소자(230)와 냉각팬(260)을 이용하여 배터리모듈(210)별로 온도를 조절함으로써 전체 배터리시스템의 온도를 제어하는 역할을 한다. 배터리모듈(210)의 온도는 독립적으로 관리되기 때문에 제어부(240)도 배터리모듈(210) 별로 독립적으로 운용될 수도 있고, 배터리모듈(210) 별로 각각의 보조제어기를 설치한 후 차량의 중앙시스템에서 보조제어기들을 통합하여 관리하는 방법으로 운용하는 것 또한 가능하다.The control unit 240 controls the temperature of the entire battery system by controlling the temperature of each battery module 210 by using the thermoelectric element 230 and the cooling fan 260 by grasping the temperature of each battery module 210 do. Since the temperature of the battery module 210 is independently managed, the controller 240 may operate independently for each battery module 210. For each battery module 210, the respective auxiliary controllers may be installed, It is also possible to operate in a way that integrates and manages auxiliary controllers.

제어부(240)의 온도조절 방법을 구체적으로 살펴보면, 우선 각 배터리모듈(210)에 설치된 온도센서(220)를 통해서 배터리모듈(210) 각각의 온도를 파악한다(S410).The temperature of each of the battery modules 210 is determined through the temperature sensor 220 installed in each battery module 210 in operation S410.

온도센서(220)에 의해 측정된 배터리모듈(210) 별 온도를 미리 설정해놓은 최고온도 또는 최저온도와 비교하여(S420, S440) 열전소자(230)의 발열 또는 흡열을 결정하게 된다.The temperature of each of the battery modules 210 measured by the temperature sensor 220 is compared with a predetermined maximum or minimum temperature in steps S420 and S440 to determine the heat generation or the heat absorption of the thermoelectric device 230. [

열전소자(230)는 한 면이 발열을 하면 동시에 다른 면은 흡열을 하는 구조로 되어있으므로 배터리모듈(210)의 온도가 기설정된 최고온도보다 높은 경우, 즉, 냉각이 필요한 경우에 열전소자(230)와 배터리모듈(210)이 맞닿은 면이 흡열을 하고 반대 면이 발열을 하도록 열전소자(230)에 흐르는 전류의 방향을 조절해 준다(S430).Since the thermoelectric element 230 has a structure in which heat is generated on one side and heat is absorbed on the other side of the thermoelectric element 230, when the temperature of the battery module 210 is higher than a preset maximum temperature, And the battery module 210 are heat absorbed and the direction of the current flowing through the thermoelectric element 230 is adjusted so that the opposite surface generates heat (S430).

반대로 배터리모듈(210)의 온도가 기설정된 최저온도보다 낮은 경우에는 배터리모듈(210)의 승온이 필요하므로 열전소자(230)에 흐르는 전류의 방향만 냉각 시와 반대로 설정해 줌으로써 간단히 열전소자(230)가 발열 기능을 발휘하도록 할 수 있다(S450).When the temperature of the battery module 210 is lower than the predetermined minimum temperature, the temperature of the battery module 210 needs to be raised. Therefore, only the direction of the current flowing through the thermoelectric element 230 is reversed, So that the heat generating function can be exerted (S450).

배터리 온도조절장치(200)에 냉각팬(260)이 포함된 경우에는 배터리모듈(210)의 냉각을 두 단계로 나누어 수행하고 온도를 높이는 경우에는 냉각팬(260)이 없는 경우와 마찬가지로 열전소자(230)만을 이용해서 한다. 도 5는 냉각팬(260)이 포함된 경우의 온도조절방법의 흐름도를 나타낸다.When the battery temperature controller 200 includes the cooling fan 260, the cooling of the battery module 210 is divided into two stages. When the temperature of the battery module 210 is increased, as in the case where the cooling fan 260 is not provided, 230 alone. 5 shows a flow chart of the temperature control method when the cooling fan 260 is included.

배터리모듈(210)의 온도를 측정(S510)한 후 측정온도를 최고온도와 비교(S520) 하여 최고온도보다 높은 경우엔 열전소자(230)의 동작 전에 우선 냉각팬(260)을 동작시켜 냉각을 시도한다.The temperature of the battery module 210 is measured in step S510 and the measured temperature is compared with the maximum temperature in step S520. If the measured temperature is higher than the maximum temperature, the cooling fan 260 is operated before the thermoelectric element 230 is operated. Try it.

냉각팬(260)은 열전소자(230)의 기능 구현을 위해 반드시 필요한 구성이어서 이를 이용하여 1차?Ю? 냉각을 시도한 후 목표온도에 미치지 못하는 경우에 열전소자(230)로 추가적인 냉각을 하면 냉각에 드는 에너지를 절약할 수 있다. 열전소자(230)보다 냉각팬(260)이 전력소모가 적기 때문이다.The cooling fan 260 is a necessary component for implementing the function of the thermoelectric element 230 so that the first- If cooling is attempted and the temperature is lower than the target temperature, additional cooling with the thermoelectric element 230 can save energy for cooling. This is because the cooling fan 260 consumes less power than the thermoelectric element 230.

냉각팬(260)을 동작시켜 배터리모듈(210)의 냉각을 시도한 후에 다시 온도를 측정(S550)하고 최고온도와 비교(S550)하여 여전히 최고온도보다 높은 경우에는 열전소자(230)를 흡열모드로 설정(S560)하여 온도를 조절하게 된다.After the cooling fan 260 is operated to attempt cooling of the battery module 210, the temperature is measured again (S550) and compared with the maximum temperature (S550). If the temperature is still higher than the maximum temperature, the thermoelectric conversion element (S560) to adjust the temperature.

이상과 같은 배터리 온도조절 시스템과 냉각 방법에 의해 배터리모듈들의 온도를 관리함으로써 복잡한 온도조절 부품이나 구조를 단순화 할 수 있고, 배터리 시스템의 부피가 작아지고 무게가 가벼워짐에 따라 전기자동차 전체적으로 공간활용도가 높아지고 에너지효율도 좋아지는 효과를 얻을 수 있다.By controlling the temperature of the battery modules by the battery temperature control system and the cooling method as described above, it is possible to simplify complicated temperature control parts and structures, and as the volume of the battery system becomes smaller and the weight becomes lighter, And the energy efficiency is improved.

이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the above-described embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, Of course, this is possible. Accordingly, the scope of protection of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the description of the following claims.

100: 배터리 온도조절장치 110: 배터리모듈
111: 배터리셀 120: 온도센서
130: 열전소자 140: 제어부
200: 배터리 온도조절장치 210: 배터리모듈
211: 배터리셀 220: 온도센서
230: 열전소자 240: 제어부
250: 방열판 260: 냉각팬
270: 열 교환용 파이프100: Battery temperature controller 110: Battery module
111: battery cell 120: temperature sensor
130: thermoelectric element 140:
200: battery temperature regulator 210: battery module
211: battery cell 220: temperature sensor
230: thermoelectric element 240:
250: Heat sink 260: Cooling fan
270: Heat exchange pipe

Claims (7)

복수개의 배터리셀을 포함하는 배터리모듈;
상기 배터리모듈의 온도를 측정하는 온도센서;
상기 배터리모듈의 일측면에 부착되는 열전소자; 및
상기 온도센서로부터 획득한 상기 배터리모듈의 온도에 따라 상기 열전소자의 흡열 또는 발열을 조절하는 제어부;
를 포함하는 배터리 온도조절장치.
A battery module including a plurality of battery cells;
A temperature sensor for measuring a temperature of the battery module;
A thermoelectric element attached to one side of the battery module; And
A controller for controlling heat absorption or heat generation of the thermoelectric elements according to the temperature of the battery module acquired from the temperature sensor;
And a battery temperature control unit.
제1항에 있어서, 상기 온도조절장치는
상기 열전소자의 일측면에 부착되어 열전소자의 발열 또는 흡열 면적을 확대해 주는 방열판을 더 포함하는 것
인 배터리 온도조절장치.
The apparatus of claim 1, wherein the temperature regulating device
And a heat sink attached to one side of the thermoelectric element to enlarge a heat or endothermic area of the thermoelectric element
In battery temperature control.
제1항에 있어서, 상기 배터리모듈은
상기 복수의 배터리셀 사이에 냉매가 담긴 파이프를 포함하되,
상기 파이프의 일단이 상기 열전소자와 접촉되어 상기 냉매와 상기 열전소자간의 열 교환이 이루어지는 것
인 배터리 온도조절장치.
The battery module according to claim 1, wherein the battery module
And a pipe containing a coolant between the plurality of battery cells,
Wherein one end of the pipe is in contact with the thermoelectric element to perform heat exchange between the refrigerant and the thermoelectric element
In battery temperature control.
제3항에 있어서, 상기 냉매는
아세톤 냉매인 것
인 배터리 온도조절장치.
4. The compressor according to claim 3, wherein the refrigerant
Acetone refrigerant
In battery temperature control.
제3항에 있어서, 상기 파이프는
알루미늄 파이프인 것
인 배터리 온도조절장치.
4. The apparatus of claim 3, wherein the pipe
Aluminum pipes
In battery temperature control.
배터리모듈, 온도센서, 열전소자 및 제어부를 포함하는 배터리 온도조절장치에 있어서, 상기 제어부는
상기 온도센서를 통해 상기 배터리모듈의 온도를 측정하는 단계;
상기 측정한 온도가 기설정된 최저온도보다 낮은 경우 상기 열전소자의 배터리모듈과 접촉하는 부분을 발열모드로 설정하는 단계; 및
상기 측정한 온도가 기설정된 최고온도보다 높은 경우 상기 열전소자의 배터리모듈과 접촉하는 부분을 흡열모드로 설정하는 단계; 를 포함하여 상기 배터리모듈의 온도를 조절하는 것
인 배터리 온도조절방법.
A battery temperature control apparatus comprising a battery module, a temperature sensor, a thermoelectric element and a control unit,
Measuring a temperature of the battery module through the temperature sensor;
Setting a portion of the thermoelectric element in contact with the battery module to a heat generation mode when the measured temperature is lower than a predetermined minimum temperature; And
Setting a portion of the thermoelectric element in contact with the battery module to an endothermic mode when the measured temperature is higher than a predetermined maximum temperature; To adjust the temperature of the battery module
In battery temperature adjustment method.
제6항에 있어서,
상기 배터리 온도조절장치는 냉각팬을 더 포함하고,
상기 흡열모드로 설정하는 단계는,
상기 제어부는 상기 측정한 온도가 상기 최고온도보다 높은 경우 상기 냉각팬을 동작시키고 상기 냉각팬 동작 후에 다시 상기 배터리모듈의 온도를 측정하여 상기 측정한 온도가 상기 최고온도보다 높은 경우 상기 열전소자의 상기 배터리모듈과 접촉하는 부분을 흡열모드로 설정하는 것
인 배터리 온도조절방법.The method according to claim 6,
Wherein the battery temperature regulating device further comprises a cooling fan,
The step of setting the heat absorbing mode comprises:
Wherein the control unit operates the cooling fan when the measured temperature is higher than the maximum temperature and measures the temperature of the battery module again after the operation of the cooling fan. When the measured temperature is higher than the maximum temperature, Setting the part in contact with the battery module to an endothermic mode
In battery temperature adjustment method.
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