KR20190010209A

KR20190010209A - 배터리 방전장치

Info

Publication number: KR20190010209A
Application number: KR1020170092690A
Authority: KR
Inventors: 허민; 이홍기; 임형렬; 허찬호
Original assignee: 허민; 우석대학교 산학협력단
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-01-30

Abstract

본 발명은 고전압 배터리의 잔존 전기에너지의 방전시 그 전기에너지를 외부 차량으로 송전하여 재사용이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 방전 작업시 발생될 수 있는 안전사고를 방지할 수 있으며, 환경오염 발생, 방전작업의 간편화, 방전 작업시간의 단축을 할 수 있는 배터리 방전장치가 소개된다.

Description

배터리 방전장치 {Battery Discharger}

본 발명은 고전압 배터리에 잔존하는 전기에너지를 사전에 방전하여 잔존해 있는 전기에너지로 인한 안전사고를 방지할 수 있는 배터리 방전장치에 관한 것으로, 특히 방전할 배터리에 다수 개의 직, 병렬로 구성된 저항기와 코일, 스위칭소자인 트랜지스터 소자를 연결함으로써 광범위한 전압 및 전류를 방전할 수 있는 장치에 관한 것이다.

통상적으로 HEV(Hybrid Electric Vehicle)와 EV(Electric Vehicle) 등은 차량에 고전압 배터리를 장착하게 된다.

이러한 고전압 배터리는 차량의 수명이 다하거나 사고발생으로 인하여 차량을 폐차하거나 혹은 고전압 배터리의 재활용시 반드시 사전에 방전작업을 수행해야 한다.

현재 전기 안전성 확보를 위해 HEV/EV의 고전압 배터리를 방전시켜야 할 경우 반드시 차량에서 배터리를 차량에서 탈거하여야 하며, 탈거 후 염수에 담가 방전해야 한다.

하지만, 염수에 담가 고전압 배터리의 방전을 수행할 경우 염수의 제작 및 관리가 불편하고, 커다란 수조, 호이스트, 지게차 등 별도의 장비가 필요하여 작업성이 좋지 않다.

또한, 방전 중 유해 가스와 폐수가 발생하고, 배터리가 염수에 의해 부식되어 방전 후 배터리의 재활용 가치가 떨어지게 되어 부품을 재활용할 수 없게 되는 경우도 있다.

아울러, 염수 방전 중 배터리의 전압 등을 계측할 수 없어 방전 종료 시점을 알 수 없으며, 작업자들은 확실한 방전을 위해 상당히 많은 시간을 소모하여 배터리를 염수에 담그게 된다.

특히, 위와 같이 염수를 이용하여 전기를 분해하는 방전방식은 고전압 배터리 내에 남아있는 전기에너지를 재사용하지 못하여, 전기에너지의 손실도 발생된다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대해 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고전압 배터리의 잔존 전기에너지의 방전시 그 전기에너지를 외부 전기 자동차로 송전하여 재사용이 가능하도록 하고, 방전 작업시 발생할 수 있는 안전사고를 방지할 수 있으며, 환경오염 발생, 방전작업의 간편화, 방전 작업시간의 단축을 할 수 있는 배터리 방전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 방전장치는 고전압 배터리와 전기적 연결시 배터리 방전의 수행 여부를 선택하는 스위치부; 상기 스위치부를 통해 배터리 방전 작동이 수행되어 고전압 배터리에서 전기에너지의 전압을 상승시키는 전기 승압부; 및 상기 전기 승압부를 통해 승압된 직류 전기에너지로 변환하는 전기 변환부; 를 포함하고, 변환된 전기에너지를 외부 전기 자동차로 송전하여 고전압 배터리 내의 전기에너지를 재사용할 수 있다.

상기 고전압 배터리와 전기적으로 연결시 배터리 방전 수행 여부에 따라 스위치 부의 전기적 연결을 제어하는 제어부;가 더 포함될 수 있다.

고전압 배터리와 전기적 연결시 고전압 배터리의 전압을 검출하는 전압 감지부; 를 더 포함하고, 상기 제어부는 전압 감지부를 통해 검출된 고전압 배터리의 전압이 기저장된 한계전압에 도달시 외부 차량으로의 전기에너지 송전을 중지할 수 있다.

고전압 배터리에서 방전된 전기에너지를 이용하여 열을 발생하는 전기 소진부; 를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 전압 감지부를 통해 검출된 전기에너지의 전압이 한계전압에 도달할 경우 고전압 배터리로부터 방전되는 전기에너지를 전기 소진부로 방전하여 전기 에너지를 소진시킬 수 있다.

상기 전기 소진부는 전기에너지를 이용하여 열을 발생시킴으로써 전기에너지를 소진시키는 열 발생 저항체일 수 있다.

상기 고전압 배터리가 차량에 장착되어 있는 경우 BMS와 제어부 간에 통신 가능하도록 연결하여, 제어부를 통해 고전압 배터리의 전기에너지를 송전하도록 할 수 있다.

상기 BMS와 제어부가 간에 통신 연결되면, BMS는 차량을 현재 가상주행 상태인 것으로 인식할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 방전장치는 고전압 배터리의 잔존 전기에너지의 방전시 그 전기에너지를 외부 차량으로 송전하여 재사용이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 방전 작업시 발생할 수 있는 안전사고를 방지할 수 있으며, 환경오염 발생, 방전작업의 간편화, 방전 작업시간의 단축을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 방전장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 방전장치의 실시를 나타낸 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 방전장치에 대하여 살펴본다.

본 발명의 배터리 방전장치는 고전압 배터리(100)와 전기적 연결시 배터리 방전의 수행 여부를 선택하는 스위치부(200); 상기 스위치부(200)를 통해 배터리 방전 작동이 수행되어 고전압 배터리(100)에서 송전 되는 전기에너지의 전압을 상승시키는 전기 승압부(300); 상기 전기 승압부(300)를 통해 승압된 직류 전기에너지를 교류 전기에너지로 변환하는 전기 변환부(400);를 포함하고, 변환된 전기에너지를 외부 차량(500)으로 송전하여 고전압 배터리(100) 내의 전기에너지를 재사용할 수 있도록 한다. 이러한, 본 발명의 배터리 방전장치는 단품 고전압 배터리의 방전을 수행할 수 있음과 더불어, 차량에 설치된 차상 고전압 배터리의 송전작업도 수행할 수있다.

상기 스위치부(200)는 고전압 배터리의 전기에너지가 방전장치 측으로의 방전을 선택적으로 수행되도록 하는 개폐기이다. 이러한 전자 접촉기는 다양한 스위칭 수단이 적용될 수 있고, 고전압 배터리(100)와 연결시 전기에너

지의 방전 동작을 선택적으로 결정하여 고전압 배터리(100)의 전기에너지가 방전장치에 송전되도록 한다.

한편, 상기의 전기 승압부(300)는 전기에너지의 전압을 승압시키기 위한 [0024] 부스트 컨버터로서, 고전압 배터리(100)로부터 방전장치로 송전되는 전기에너지의 전압을 상승시켜 송신되는 전력의 손실을 저감하며, 특히 고전압 배터리(100)에서 송전되는 전기에너지를 외부 차량(500)으로 빠르게 송전시킬 수 있다.

한편, 전기 변환부(400)는 직류 전기에너지를 직류 전기에너지로 생성하기 위한 승압기로서, 본 발명에서는 전기에너지를 차량으로 송전하기 위한 수단에 따라 배전반의 적용시 부스터가 적용될 수 있다. 이렇게, 고전압 배터리(100)에서 전송된 직류 전기에너지를 고압 직류 전기에너지로 변환하여 전기에너지를 외부 차량(500)으로 송전이 이루어지도록 할 수 있다.

한편, 고전압 배터리(100)에서 송전된 전기에너지는 외부 차량(500)으로 송전하여 전기에너지를 재사용할 수 있도록 있다.

한편, 상기 고전압 배터리(100)와 전기적으로 연결시 배터리(100) 방전 수행 여부에 따라 스위치부(200)의 전기적 연결을 제어하는 제어부(700);가 더 포함될 수 있다.

여기서, 제어부(700)는 스위치부(200)를 제어하여 고전압 배터리(100)의 전기에너지의 송전을 선택할 뿐만 아니라, 전기 승압부(300) 및 전기 변환부(400)를 제어하여 전기에너지의 전압 조절 및 교류 변환을 조절할 수 있다.

이러한 제어부(700)는 고전압 배터리(100)에서 송전되는 전기에너지의 전압 및 상태에 따라 적절한 방전 동작이 수행되도록 제어할 수 있다. 이에 대해서는 하기 설명하도록 하겠다.

본 발명의 방전 장치에는 고전압 배터리(100)와 전기적 연결시 고전압 배터리(100)의 전압을 검출하는 전압 감지부(600);를 더 포함한다.

통상적으로, 고전압 배터리(100)의 경우 충전되어있는 전기에너지가 감소함에 따라 전장부품에 송전 효율이 저하된다.

즉, 본 발명의 방전장치를 통해 고전압 배터리(100)의 방전시 전기에너지가 지속적으로 감소함에 따라 외부 차량으로의 송전 효율이 저하되어 전기에너지의 방전에 소요되는 시간이 증가하게 된다.

이때, 제어부(700)가 전기 승압부(300)를 제어하여 고전압 배터리(100)에서 송전되는 전기에너지의 전압을 승압시킴으로써 송전 효율을 어느 정도 보정할 수 있지만, 결국 전기에너지가 계속적으로 감소함에 따라 송전 효율이 낮아져 송전 소요시간이 증가된다.

이를 개선하기 위해, 본 발명에서는 방전장치에 전압 감지부(600)를 설치하여 고전압 배터리(100)에서 송전되는 전기에너지의 전압을 모니터링 하고, 상기 제어부(700)는 전압 감지부(600)를 통해 검출된 고전압 배터리(100)의 전압이 기저장된 한계전압에 도달시 외부 차량(500)으로의 전기에너지 송전을 중지하여 송전시간이 증대되지 않도록 한다.

물론, 고전압 배터리(100)에서 송전되는 전기에너지가 감소함에 따라 전압이 낮아지면, 송전 효율이 낮아지고, 이 상태로 방전작업을 지속적으로 수행해주면 전기에너지의 손실을 최소화하여 고전압 배터리(100)의 방전을 수행할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 고전압 배터리(100)의 방전 작업 수행시 그 작업 시간을 대폭 단축하기 위한 것으로, 송전 효율이 낮아지면 전기에너지를 소모시켜 완전 방전이 이루어지도록 한다.

이를 위해, 고전압 배터리(100)에서 송전된 전기에너지를 이용하여 열을 발생하는 전기 소진부(800);를 더 포함하고, 상기 제어부(700)는 상기 전압 감지부(600)를 통해 검출된 전기에너지의 전압이 한계전압에 도달할 경우 고전압 배터리(100)로부터 송전되는 전기에너지를 전기 소진부(800)로 송전하여 전기 에너지를 소진시킬 수 있다.

상기 제어부(700)에 기저장된 한계전압은 고전압 배터리(100)에서 전기에너지가 감소함에 따라 송전 효율이 낮아지는 전압 값으로, 이는 차량의 사양 및 배터리 사양에 따라 달리 설정될 수 있다.

즉, 상기 전압 감지부(600)를 통해 고전압 배터리(100)에서 송전되는 전기에너지의 전압을 실시간으로 검사하고, 전압 감지부(600)에서 송전되는 전기에너지의 전압이 한계전압에 도달하면 송전효율이 급격히 저하되는바, 고전압 배터리(100)의 전기전압을 전기 소진부(800)로 송전하여 열 발생을 통해 소진하는 것이다.

여기서, 상기 전기 소진부(800)는 전기에너지를 이용하여 열을 발생시킴으로써 전기에너지를 소진시키는 열 발생 저항체일 수 있으며, 전기에너지를 이용해 열을 발생시키는 다양한 수단이 사용될 수 있다.

이처럼, 고전압 배터리(100)의 전기에너지가 감소되어 송전효율이 감소하면, 외부 차량(500)으로의 전기에너지 송전을 중지시키고, 전기 소진부(800)를 이용하여 전기에너지를 열로 전환하여 소진시킴으로써 방전 효율을 증대시키는 것이다.

이로 인해, 고전압 배터리(100)의 방전 소모시간을 대폭 감소하여 작업시간을 감소할 수 있다.

한편, 상기 고전압 배터리(100)가 차량에 장착되어 있는 경우 BMS(900)와 제어부(700) 간에 통신 가능하도록 연결하여, 제어부(700)를 통해 고전압 배터리(100)의 전기에너지를 송전하도록 할 수 있다.

즉, 하이브리드 및 전기 차량에 구비된 BMS(900)의 통신 커넥터를 탈거한 후 BMS(Battery Management System)(900) 통신 커넥터와 본 발명의 방전장치를 연결하여 BMS(900)와 방전 장치 간에 통신 가능하도록 함으로써 차량에 장착된 고전압 배터리(100)의 전기에너지를 방전장치로 송전하도록 제어할 수 있다.

이때, 고전압 배터리(100)의 PRA(Power Relay Assembly)의 (+),(-)단자와 방전장치가 연결되어야 하는데, PRA는 차량이 운행 가능한 상태일 때만 작동하므로, 시동이 꺼져있는 상태에서는 PRA가 작동하지 않는다. 따라서, 방전장치의 제어부(700)는 BMS(900)와 통신시 BMS(900)에 전기에너지의 송전 명령을 줌으로써 전기에너지를 방전 장치로 송전하도록 할 수 있다.

여기서, 상기 BMS(900)와 제어부(700)가 간에 통신 연결되어 차량이 주행할 때의 배터리 관리 통신 값을 송, 수신하면, BMS(900)는 차량을 현재 가상주행 상태인 것으로 인식할 수 있다.

즉, 시동이 꺼져 있는 상태에서는 PRA가 작동하지 않으므로, 방전 장치는 BMS(900)에 전원을 공급하고 PRA가 작동될 수 있도록 방전장치의 제어부(700)에서는 BMS(900)에 차량이 운행되는 것처럼 인식하도록 데이터를 전송하여 가상 주행상태로 인식시키는 것이다.

이로 인해, 고전압 배터리(100)가 차량에 장착된 상태에서도 고전압 배터리(100)의 전기 에너지를 방전함과 동시에 별도의 저장수단에 전기에너지를 저장하여 재활용 가능하도록 할 수 있다.

본 발명의 방전장치는 고전압 배터리(100)의 방전 상태를 확인할 수 있도록, 별도의 디스플레이부가 더 마련될 수 있으며, 전기에너지에 따른 전압 변화량에 따라 방전 효율 및 충전 효율이 최적화되도록 추가적인 수동 제어를 수행할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 방전장치는 고전압 배터리의 잔존 전기에너지의 방전시 그 전기에너지를 외부 차량(500)으로 송전하여 재사용이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 배터리를 탈거하기 전에 방전이 가능하므로, 방전이 되지 않은 배터리를 탈거하여 염수에 담가야했던 종래에 대비하여 안정성이 향상되며 고전압 배터리를 방전시킨 폐수가 발생하지 않으므로 친환경적이며 작업자의 시간과 노력을 절감하는 효과가 있다.

이로 인해, 방전 작업시 발생될 수 있는 안전사고를 방지할 수 있으며, 환경오염 발생, 방전작업의 간편화, 방전 작업시간의 단축을 할 수 있다.

100:고전압 배터리 200:스위치부
300:전기 승압부 400:전기 변환부
500:외부 차량 600:전압 감지부
700:제어부 800:전기 소진부
900:BMS

Claims

고전압 배터리와 전기적 연결시 배터리 방전의 수행 여부를 선택하는 스위치부; 상기 스위치부를 통해 배터리 방전 작동이 수행되어 고전압 배터리에서 방전되는 전기에너지의 전압을 상승시키는 전기 승압부; 및 상기 전기 승압부를 통해 승압된 직류 전기에너지로 변환하는 전기 변환부;를 포함하고, 변환된 전기에너지를 외부 차량으로 방전하여 고전압 배터리 내의 전기에너지를 재사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 방전장치.
청구항 1에 있어서, 상기 고전압 배터리와 전기적으로 연결시 배터리 방전 수행 여부에 따라 스위치부의 전기적 연결을 제어하는 제어부;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 배터리 방전장치.
청구항 2에 있어서,
고전압 배터리와 전기적 연결시 고전압 배터리의 전압을 검출하는 전압 감지부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 전압 감지부를 통해 검출된 고전압 배터리의 전압이 기저장된 한계전압에 도달시 외부 차량으로의 전기에너지 송전을 중지하는 것을 특징으로 하는 배터리 방전장치.
청구항 3에 있어서,
고전압 배터리에서 방전된 전기에너지를 이용하여 열을 발생하는 전기 소진부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 전압 감지부를 통해 검출된 전기에너지의 전압이 한계전압에 도달할 경우 고전압 배터리로부터 방전되는 전기에너지를 전기 소진부로 방전하여 전기 에너지를 소진시키는 것을 특징으로 하는 배터리 방전장치.
청구항 4에 있어서,
상기 전기 소진부는 전기에너지를 이용하여 열을 발생시킴으로써 전기에너지를 소진시키는 열 발생 저항체인 것을 특징으로 하는 배터리 방전장치.