KR20200084937A - 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템 - Google Patents

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KR20200084937A
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장민호
김태신
연상훈
김석호
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세방전지(주)
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Abstract

하이브리드 배터리 온도 제어 시스템이 제공된다. 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 배터리 온도 제어 시스템은 자동차에 장착된 하이브리드 배터리 온도 제어 시스템에 있어서, 복수의 납축전지 셀을 포함하는 납축전지 모듈, 복수의 리튬전지 셀을 포함하는 리튬전지 모듈, 납축전지 모듈의 납축 현재전압을 감지하는 납축 전압 감지 모듈, 리튬전지 모듈의 리튬 현재전압 및 현재온도를 감지하는 리튬 전압 온도 감지 모듈, 리튬전지 모듈을 냉각하거나 가열하기 위한 냉각 가열 모듈 및 리튬전지 모듈의 온도가 낮아지는 순서로 미리 설정된 리튬 상한 온도, 리튬 안전 상한 온도, 리튬 최적온도 상단, 리튬 최적온도 하단 및 리튬 하한 온도와 리튬 현재온도를 비교하여, 리튬전지 모듈의 온도를 제어하는 온도 제어 모듈을 포함한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 온도 제어를 통하여 사고의 위험을 최소화한 안전한 배터리 시스템을 제공할 수 있다.

Description

하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템 {Temperature Control System for for Hybrid Battery}
본 발명은 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템에 관한 것으로, 특히, 온도 제어를 통하여 사고의 위험을 최소화한 안전한 배터리 시스템을 제공하기 위한 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템에 관한 것이다.
자동차의 배터리 시스템은 자동차의 시동에 있어서 가장 중요한 역할을 수행하며, 헤드램프, 실내조명, 라디오 등 자동차 부대장치의 작동에 직접적으로 연관되어 있다. 한편, 자동차의 배터리 시스템으로는 납축전지가 주로 사용되고 있으며, 현재에는 리튬전지 등도 사용되고 있다.
한편, 리튬 전지는 고출력, 고밀도 전지로써 각광을 받고 있다. 하지만, 리튬 전지는 가격이 매우 비싸며, 온도에 따라 성능이 크게 좌우되며, 특히 높은 온도에서는 전해질 분해가 일어나며, 이에 따라 수명이 현저하게 떨어진다. 또한, 발화 및 폭발의 위험도 있다.
일본등록공보 3716776호는 자동차의 전원 장치에 관한 것으로, 배터리를 자동차의 실외에 배치하고, 배터리의 출력경로를 수동 조작에 의해 차단가능한 차단 장치인 서비스 플러그는 자동차 실내에 배치한다. 차량에 강한 충격이 가해지는 것에 의해 회로가 손상되고, 회로에 과대한 전류가 흐르는 것에 의해 화재가 발생하는 경우에는 자동차의 서비스 플러그를 제거하는 것으로 배터리 회로에 대한 전원공급 경로를 차단하는 전원 장치를 게시하고 있다.
일본공개공보 2001-238307호는 하이브리드 자동차에 대한 것으로, 하이브리드 자동차용의 배터리를 소형 경량화하기 위한 시스템을 제공하며, 구동용 전동기의 근처에 배터리를 두는 것으로 구동용 전동기와 배터리와의 사이의 배선을 짧게 하면서, 내연 기관의 열이 배터리에 전해지기 어렵도록 단열판을 이용해서 내연 기관과 배터리를 분리하기 위한 시스템을 제공하고 있다.
한국공개공보 2008-0047641호는 열복사 방지 구조를 포함하고 있는 전원 시스템에 관한 것으로, 충방전이 가능한 다수의 이차전지들로 구성된 전지 모듈 어셈블리와, 차량의 모터 및 전장의 작동을 위한 전기로 변환시키는 전기장치 어셈블리를 하나의 하우징 케이스에 내장하고, 상기 어셈블리들 사이에는 전기장치 어셈블리로부터 전지 모듈 어셈블리로의 열복사를 방지하기 위한 구조로 구성되어 있는 차량용 전원 시스템을 제공한다.
한국공개공보 2006-0114549호는 향상된 안전성의 개선된 중대형 전지팩에관한 것으로, 전지팩의 비정상적인 작동이나 장기간의 충방전에 따른 열화로 인해 전지 셀이 팽창할 때, 팽창된 전지 셀의 두께 변화로 인해 전지팩의 소정의 부위에 응력이 집중되어 물리적 변화가 초래되고, 그러한 물리적 변화로 인해 전지팩의 전기적 연결부재가 기계적으로 단전되도록 구성되어 있어서 높은 안전성을 제공할 수 있는 전지팩을 게시하고 있다.
자동차의 배터리에 대한 온도 제어를 효율적으로 수행하며, 안정성을 확보할 수 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템이 필요한 실정이다.
일본등록공보 3716776호 일본공개공보 2001-238307호 한국공개공보 2008-0047641호 한국공개공보 2006-0114549호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 온도 제어를 통하여 사고의 위험을 최소화한 안전한 배터리 시스템을 제공하기 위한 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템은 자동차에 장착된 하이브리드 배터리 온도 제어 시스템에 있어서, 복수의 납축전지 셀을 포함하는 납축전지 모듈; 복수의 리튬전지 셀을 포함하는 리튬전지 모듈; 상기 납축전지 모듈의 납축 현재전압을 감지하는 납축 전압 감지 모듈; 상기 리튬전지 모듈의 리튬 현재전압 및 현재온도를 감지하는 리튬 전압 온도 감지 모듈; 상기 리튬전지 모듈을 냉각하거나 가열하기 위한 냉각 가열 모듈; 및 상기 리튬전지 모듈의 온도가 낮아지는 순서로 미리 설정된 리튬 상한 온도, 리튬 안전 상한 온도, 리튬 최적온도 상단, 리튬 최적온도 하단 및 리튬 하한 온도와 상기 리튬 현재온도를 비교하여, 상기 리튬전지 모듈의 온도를 제어하는 온도 제어 모듈;을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 리튬전지 모듈, 리튬 전압 온도 감지 모듈 및 냉각 가열 모듈은 상기 납축전지 모듈이 위치한 엔진룸 외부에 위치하며, 상기 냉각 가열 모듈은 상기 자동차의 냉방 및 난방 장치와 연결되어 동작하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 리튬 안전 상한 온도는 상기 리튬 상한 온도와 상기 리튬 최적온도 상단의 평균 온도값을 가지며, 상기 온도 제어 모듈은 상기 리튬 전압 온도 감지 모듈에서 감지한 리튬 현재온도가 미리 설정된 리튬 안전 상한 온도보다 높은 경우에 상기 리튬전지 모듈을 냉각하고, 상기 리튬 현재온도가 미리 설정된 최적온도 상단보다 낮은 경우에는 냉각을 중지하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 온도 제어 모듈은 상기 리튬 전압 온도 감지 모듈에서 감지한 리튬 현재온도가 미리 설정된 리튬 하한 온도보다 낮은 경우에 상기 리튬전지 모듈을 가열하고, 상기 리튬 현재온도가 미리 설정된 최적온도 하단보다 높은 경우에는 가열을 중지하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템은 상기 납축전지 모듈의 전압이 낮아지는 순서로 미리 설정된 납축 상한 SOC(State of Charge) 전압, 납축 제1전압, 납축 제2전압 및 납축 하한 SOC 전압과 상기 납축 현재전압을 비교하고, 상기 리튬전지 모듈의 전압이 낮아지는 순서로 미리 설정된 리튬 상한 SOC 전압, 리튬 제1전압, 리튬 제2전압 및 리튬 하한 SOC 전압과 상기 리튬 현재전압을 비교하여, 상기 납축전지 모듈 및 리튬전지 모듈의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 제어 모듈; 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈과 연결되어, 전력을 제공받아 동작하는 부하 모듈; 및 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈과 연결되어, 엔진 발전 전력 또는 회생 발전 전력을 이용하여 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈을 충전하는 발전 모듈;을 더 포함하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 발전 모듈에서 회생 발전 전력을 이용하여 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈을 충전하는 경우에, 상기 배터리 제어 모듈은 먼저, 상기 리튬전지 모듈의 상기 리튬 현재전압이 상기 리튬 제1전압에 도달할 때까지 충전한 후, 상기 납축전지 모듈의 상기 납축 현재전압이 상기 납축 제1전압에 도달할 때까지 충전하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 발전 모듈에서 엔진 발전 전력을 이용하여 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈을 충전하는 경우에, 상기 배터리 제어 모듈은 상기 리튬전지 모듈의 상기 리튬 현재전압이 상기 리튬 제1전압에 도달할 때까지 및 상기 납축전지 모듈의 상기 납축 현재전압이 상기 납축 제1전압에 도달할 때까지 상기 리튬전지 모듈과 상기 납축전지 모듈에 동시 충전하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 부하 모듈이 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈로부터 전력을 제공받아 동작하는 경우에, 상기 배터리 제어 모듈은 먼저, 상기 리튬전지 모듈의 상기 리튬 현재전압이 상기 리튬 제2전압에 도달할 때까지 방전한 후, 상기 납축전지 모듈의 상기 납축 현재전압이 상기 납축 제2전압에 도달할 때까지 방전하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 배터리 제어 모듈은 상기 리튬전지 모듈에서 상기 리튬 하한 SOC 전압에 대한 상기 리튬 제2전압의 비율값은 상기 납축전지 모듈에서 상기 납축 하한 SOC 전압에 대한 상기 납축 제2전압의 비율값 보다 작은 것일 수 있다.
여기에서, 상기 배터리 제어 모듈은 상기 리튬전지 모듈에서 상기 리튬 상한 SOC 전압에 대한 상기 리튬 제1전압의 비율값은 상기 납축전지 모듈에서 상기 납축 상한 SOC 전압에 대한 상기 납축 제1전압의 비율값 보다 큰 것일 수 있다.
여기에서, 상기 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템은 상기 납축전지 모듈의 납축 현재전압, 상기 리튬전지 모듈의 리튬 현재전압 및 현재온도를 표시하는 디스플레이 모듈을 더 포함하며, 상기 디스플레이 모듈은 충전 상태, 방전 상태, 냉각 상태 및 가열 상태를 더 표시하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템에 따르면, 온도 제어를 통하여 사고의 위험을 최소화한 안전한 배터리 시스템을 제공할 수 있으며, 리튬전지 모듈의 온도 상승에 따른 열화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 납축전지 모듈의 출력 전압 저하를 방지할 수 있으며, 납축전지 모듈 및 리튬전지 모듈의 수명을 연장시키는 등 납축전지 모듈 및 리튬전지 모듈을 효율적으로 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템(100)은 자동차에 장착된 하이브리드 배터리 온도 제어 시스템에 있어서, 복수의 납축전지 셀을 포함하는 납축전지 모듈(112); 복수의 리튬전지 셀을 포함하는 리튬전지 모듈(114); 상기 납축전지 모듈의 납축 현재전압을 감지하는 납축 전압 감지 모듈(122); 상기 리튬전지 모듈의 리튬 현재전압 및 현재온도를 감지하는 리튬 전압 온도 감지 모듈(124); 상기 리튬전지 모듈을 냉각하거나 가열하기 위한 냉각 가열 모듈(132); 및 상기 리튬전지 모듈의 온도가 낮아지는 순서로 미리 설정된 리튬 상한 온도, 리튬 안전 상한 온도, 리튬 최적온도 상단, 리튬 최적온도 하단 및 리튬 하한 온도와 상기 리튬 현재온도를 비교하여, 상기 리튬전지 모듈의 온도를 제어하는 온도 제어 모듈(140);을 포함하는 것일 수 있다.
상기 복수의 납축전지 셀을 포함하는 납축전지 모듈(112)은 금속 납을 음극, 산화 납을 양극, 진한 황산을 전해질로 구성한 대표적인 2차 전지인 납축전지 셀들을 연결하여 이용하는 것으로 주로 자동차의 배터리로 쓰이는 것을 말한다.
상기 납축전지 모듈(112)은 충방전이 가능한 2차 전지이며, 전기에너지를 사용하여 화학에너지로 변환하여 충전하며, 화학에너지를 화학 반응을 이용하여 전기에너지로 변환하여 방전을 하게 된다.
상기 복수의 리튬전지 셀을 포함하는 리튬전지 모듈(114)은 상기 납축전지 모듈(112)과 마찬가지로 충방전이 가능한 2차전지를 말하며, 상기 납축전지 모듈(112)과 상기 리튬전지 모듈(114)은 효율적인 배터리 관리에 따라, 동시 또는 별도 충전 및 방전될 수 있다.
상기 납축전지 모듈의 납축 현재전압을 감지하는 납축 전압 감지 모듈(122)은 상기 납축전지 모듈(112)에 연결되어 납축 현재전압을 측정하여 제공하는 것일 수 있으며, 상기 리튬전지 모듈의 리튬 현재전압 및 현재온도를 감지하는 리튬 전압 온도 감지 모듈(124)은 상기 리튬전지 모듈(114)에 연결되어 리튬 현재전압 및 리튬 현재온도를 측정하여 상기 온도 제어 모듈(140)에 제공하는 것일 수 있다.
상기 냉각 가열 모듈(132)은 상기 리튬전지 모듈(114)을 냉각하거나 가열하는 것으로, 상기 리튬전지 모듈(114)의 정상 동작 온도 범위를 벗어나는 경우에 이를 정상 동작 온도 범위 내에 유지하기 위한 냉각 가열 기능을 수행한다.
상기 온도 제어 모듈(140)은 상기 리튬전지 모듈의 온도가 낮아지는 순서로 미리 설정된 리튬 상한 온도, 리튬 안전 상한 온도, 리튬 최적온도 상단, 리튬 최적온도 하단 및 리튬 하한 온도와 상기 리튬 현재온도를 비교하여, 상기 리튬전지 모듈의 온도를 제어하는 것일 수 있다.
상기 미리 설정된 리튬 상한 온도 및 리튬 하한 온도는 상기 리튬전지 모듈(114)이 정상 동작을 할 수 있는 온도 범위의 상한 온도와 하한 온도로써, 상기 리튬 상한 온도 및 리튬 하한 온도를 벗어나면 상기 리튬전지 모듈(114)의 비정상 상태가 발생할 우려가 있는 온도 범위로 미리 설정된다.
상기 리튬 최적온도 상단 및 리튬 최적온도 하단은 상기 리튬 상한 온도 및 리튬 하한 온도의 범위 내에 설정되며, 상기 리튬전지 모듈(114)이 최적의 상태에서 정상 동작을 하기 위한 온도 범위로 미리 설정된다. 이에 따라, 상기 리튬전지 모듈(114)은 최적의 효율로 동작할 수 있게 된다.
상기 리튬 안전 상한 온도는 상기 리튬 상한 온도 보다 낮은 온도로 설정될 수 있는 것으로, 상기 리튬전지 모듈(114)의 온도 안정성을 고려한 것일 수 있다. 즉, 상기 리튬전지 모듈(114)은 높은 온도에서 폭발 및 발화의 가능성이 높아지므로 상기 리튬 상한 온도 보다 낮은 안전한 온도에서 온도 범위를 관리하기 위하여 미리 설정되는 것일 수 있다.
결국, 상기 온도 제어 모듈(140)은 상기 리튬전지 모듈(114)의 온도 안정성을 확보하기 위한 것으로, 미리 설정된 리튬 상한 온도, 리튬 안전 상한 온도, 리튬 최적온도 상단, 리튬 최적온도 하단 및 리튬 하한 온도와 상기 리튬 현재온도를 비교하여, 상기 리튬전지 모듈(114)의 온도를 제어하는 것일 수 있다.
상기 리튬전지 모듈(114), 리튬 전압 온도 감지 모듈(124) 및 냉각 가열 모듈(132)은 상기 납축전지 모듈이 위치한 엔진룸 외부에 위치하며, 상기 냉각 가열 모듈(132)은 상기 자동차의 냉방 및 난방 장치와 연결되어 동작하는 것일 수 있다.
상기 리튬전지 모듈(114), 리튬 전압 온도 감지 모듈(124) 및 냉각 가열 모듈(132)에 대한 온도 안정성 확보를 위하여, 상기 납축전지 모듈(112)이 위치하는 엔진룸은 고온 발생의 위험성이 높으므로 상기 엔진룸의 외부에 위치시켜 온도 안정성을 보다 적극적으로 확보할 수 있을 것이다.
상기 리튬 안전 상한 온도는 상기 리튬 상한 온도와 상기 리튬 최적온도 상단의 평균 온도값을 가지는 것일 수 있으며, 이 경우에 상기 온도 제어 모듈(140)은 상기 리튬 전압 온도 감지 모듈(124)에서 감지한 리튬 현재온도가 미리 설정된 리튬 안전 상한 온도보다 높은 경우에 상기 리튬전지 모듈(114)을 냉각하고, 상기 리튬 현재온도가 미리 설정된 최적온도 상단보다 낮은 경우에는 냉각을 중지하는 것일 수 있다.
상기 리튬 안전 상한 온도는 상기 리튬 상한 온도에 맞추어 온도를 제어하는 경우에 발생할 수 있는 위험을 예방하기 위하여 설정한 것으로, 상기 리튬 상한 온도와 상기 리튬 최적온도 상단의 평균 온도값을 가지도록 설정한 것이다.
이에 따라, 상기 온도 제어 모듈(140)은 상기 리튬 상한 온도보다 낮은 상기 리튬 안전 상한 온도를 기준으로 온도 제어를 수행하게 되며, 상기 리튬 전압 온도 감지 모듈(124)에서 감지한 리튬 현재온도가 미리 설정된 리튬 안전 상한 온도보다 높은 경우에는 즉시 상기 리튬전지 모듈(114)을 냉각하는 동작을 수행하고, 상기 리튬 현재온도가 미리 설정된 최적온도 상단보다 낮은 경우에는 더 이상 냉각의 필요성이 존재하지 아니하므로 냉각을 중지하게 될 것이다.
한편, 상기 온도 제어 모듈(140)은 상기 리튬 전압 온도 감지 모듈에서 감지한 리튬 현재온도가 미리 설정된 리튬 하한 온도보다 낮은 경우에 상기 리튬전지 모듈을 가열하고, 상기 리튬 현재온도가 미리 설정된 최적온도 하단보다 높은 경우에는 가열을 중지하는 것일 수 있다.
위의 냉각 동작의 경우와 유사하게, 상기 리튬 전압 온도 감지 모듈(124)에서 감지한 리튬 현재온도가 미리 설정된 리튬 하한 온도보다 낮은 경우에는 정상 동작 온도 범위를 유지하기 위하여 상기 리튬전지 모듈을 가열하고, 상기 리튬 현재온도가 미리 설정된 최적온도 하단보다 높은 경우에는 가열의 필요성이 사라지므로 가열을 중지하는 것일 수 있다.
예를 들면, 상기 미리 설정된 상기 리튬 상한 온도가 섭씨 45도이고, 상기 리튬 하한 온도가 섭씨 -10도인 경우에, 상기 리튬전지 모듈(114)가 최적의 성능을 발휘하기 위한 상기 리튬 최적온도 상단을 섭씨 40도, 상기 리튬 최적온도 하단을 섭씨 -5도로 설정할 수 있을 것이다.
여기에서, 상기 리튬 안전 상한 온도는 상기 리튬 상한 온도와 상기 리튬 최적온도 상단의 평균값을 가지도록 설정될 것이므로, 섭씨 45도와 섭씨 40도의 평균인 섭씨 42.5도가 상기 리튬 안전 상한 온도로 설정될 수 있을 것이다.
한편, 상기 온도 제어 모듈(140)은 상기 리튬 상한 온도보다 낮은 상기 리튬 안전 상한 온도를 기준으로 온도 제어를 수행하게 되므로, 상기 리튬 전압 온도 감지 모듈(124)에서 감지한 리튬 현재온도가 상기 리튬 안전 상한 온도인 섭씨 42.5도 보다 높은 경우에는 상기 리튬전지 모듈(114)을 냉각하는 동작을 수행할 것이고, 상기 리튬 현재온도가 상기 최적온도 상단인 섭씨 40도 보다 낮은 경우에는 냉각을 중지하게 될 것이다.
또한, 상기 온도 제어 모듈(140)은 상기 리튬 전압 온도 감지 모듈(124)에서 감지한 리튬 현재온도가 상기 리튬 하한 온도인 섭씨 -10도 보다 낮은 경우에 상기 리튬전지 모듈(114)을 가열하고, 상기 리튬 현재온도가 상기 최적온도 하단인 섭씨 -5도 보다 높은 경우에는 가열을 중지하게 될 것이다.
상기 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템(100)은 상기 납축전지 모듈(112)의 전압이 낮아지는 순서로 미리 설정된 납축 상한 SOC(State of Charge) 전압, 납축 제1전압, 납축 제2전압 및 납축 하한 SOC 전압과 상기 납축 현재전압을 비교하고, 상기 리튬전지 모듈의 전압이 낮아지는 순서로 미리 설정된 리튬 상한 SOC 전압, 리튬 제1전압, 리튬 제2전압 및 리튬 하한 SOC 전압과 상기 리튬 현재전압을 비교하여, 상기 납축전지 모듈 및 리튬전지 모듈의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 제어 모듈(150); 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈과 연결되어, 전력을 제공받아 동작하는 부하 모듈(162); 및 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈과 연결되어, 엔진 발전 전력 또는 회생 발전 전력을 이용하여 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈을 충전하는 발전 모듈(164);을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 배터리 제어 모듈(150)은 상기 납축전지 모듈(112) 및 상기 리튬전지 모듈(114)의 충전 및 방전을 효율적으로 제어하여, 배터리의 수명 및 효율을 증가시키는 것일 수 있다.
먼저, 상기 납축전지 모듈(112)에서 높은 전압에서 낮은 전압 순으로 상기 납축 상한 SOC(State of Charge) 전압, 납축 제1전압, 납축 제2전압 및 납축 하한 SOC 전압을 미리 설정하고, 상기 미리 설정된 상기 납축 상한 SOC 전압, 납축 제1전압, 납축 제2전압 및 납축 하한 SOC 전압을 상기 납축 전압 감지 모듈(122)에서 측정된 납축 현재전압과 비교하는 것일 수 있다.
상기 납축 제1전압은 상기 납축 상한 SOC 전압보다 낮은 전압으로 설정하고, 상기 납축 제2전압은 상기 납축 하한 SOC 전압보다 낮은 전압으로 설정하여, 상기 배터리 제어 모듈(150)은 상기 납축 현재전압이 항상 상기 납축 제1전압보다 낮으며, 상기 납축 제2전압보다 높은 상태를 유지하도록 제어하는 것일 수 있다.
또한, 상기 리튬전지 모듈(114)에서 높은 전압에서 낮은 전압 순으로 상한 SOC 전압, 리튬 제1전압, 리튬 제2전압 및 리튬 하한 SOC 전압을 미리 설정하고, 상기 미리 설정된 상한 SOC 전압, 리튬 제1전압, 리튬 제2전압 및 리튬 하한 SOC 전압과 상기 리튬 전압 온도 감지 모듈(124)에서 측정된 상기 리튬 현재전압을 비교하는 것일 수 있다.
상기 리튬 제1전압은 상기 리튬 상한 SOC 전압보다 낮은 전압으로 설정하고, 상기 리튬 제2전압은 상기 리튬 하한 SOC 전압보다 낮은 전압으로 설정하여, 상기 배터리 제어 모듈(150)은 상기 리튬 현재전압이 항상 상기 리튬 제1전압보다 낮으며, 상기 리튬 제2전압보다 높은 상태를 유지하도록 상기 납축전지 모듈(112) 및 리튬전지 모듈(114)의 충전 및 방전을 제어하는 것일 수 있다.
상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈과 연결되어, 전력을 제공받아 동작하는 부하 모듈(162)은 자동차에서 사용되는 장치로 램프(Light), 점화 플러그, 에어컨, 라디오를 포함하는 음향기기, 네비게이션 등을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 부하 모듈(162)에 포함되는 각종 장치는 자동차에서 사용자에게 편의 기능을 제공하는 것일 수 있다.
상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈과 연결되어, 엔진 발전 전력 또는 회생 발전 전력을 이용하여 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈을 충전하는 발전 모듈(164)은 엔진을 작동하여 자동차를 주행하는 동안의 에너지를 이용하여 발전하는 엔진 발전 전력 또는 움직이고 있는 전동기가 폐회로 상태가 되었을 때의 관성력을 이용하여 바퀴 등에 달려 있는 회전자를 돌려 전동기를 발전기 기능으로 작동하게 함으로써 운동 에너지를 전기 에너지로 변환해 회수하여 제동력을 발휘하는 회생 발전 전력을 이용하는 것일 수 있다.
상기 엔진 발전 전력 또는 회생 발전 전력을 이용하여 상기 납축전지 모듈(112) 및 상기 리튬전지 모듈(114)을 충전하며, 효율적인 충전이 될 수 있도록 상기 배터리 제어 모듈(150)의 제어에 따라 충전 전력을 제공하는 것일 수 있다.
상기 발전 모듈에서 회생 발전 전력을 이용하여 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈을 충전하는 경우에, 상기 배터리 제어 모듈(150)은 먼저, 상기 리튬전지 모듈의 상기 리튬 현재전압이 상기 리튬 제1전압에 도달할 때까지 충전한 후, 상기 납축전지 모듈의 상기 납축 현재전압이 상기 납축 제1전압에 도달할 때까지 충전하는 것일 수 있다.
상기 발전 모듈(164)에서 회생 발전 전력을 이용하여 발전하는 경우에는 상기 리튬전지 모듈(114)을 먼저 충전하는 것이 효율적이므로, 상기 리튬전지 모듈(114)을 상기 리튬 현재전압이 상기 리튬 제1전압에 도달할 때까지 충전하는 것이며, 리튬전지 모듈(114)의 리튬 현재전압이 상기 리튬 제1전압에 도달한 후에 비로소 상기 납축전지 모듈(112)을 충전하여 상기 납축전지 모듈(112)의 납축 현재전압이 상기 납축 제1전압에 도달할 때까지 충전하는 것일 수 있다.
상기 발전 모듈에서 엔진 발전 전력을 이용하여 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈을 충전하는 경우에, 상기 배터리 제어 모듈(150)은 상기 리튬전지 모듈의 상기 리튬 현재전압이 상기 리튬 제1전압에 도달할 때까지 및 상기 납축전지 모듈의 상기 납축 현재전압이 상기 납축 제1전압에 도달할 때까지 상기 리튬전지 모듈과 상기 납축전지 모듈에 동시 충전하는 것일 수 있다.
상기 발전 모듈(164)에서 엔진 발전 전력을 이용하여 발전하는 경우에는 상기 리튬전지 모듈(114)과 상기 리튬전지 모듈(114)에 충전하는 것이 비슷한 효율을 나타낼 것이므로, 상기 리튬전지 모듈(114)과 상기 리튬전지 모듈(114)을 동시에 충전하여, 각각, 상기 리튬 현재전압이 상기 리튬 제1전압에 도달할 때까지 및 상기 납축 현재전압이 상기 납축 제1전압에 도달할 때까지 동시에 충전하는 것일 수 있다.
상기 부하 모듈이 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈로부터 전력을 제공받아 동작하는 경우에, 상기 배터리 제어 모듈(150)은 먼저, 상기 리튬전지 모듈의 상기 리튬 현재전압이 상기 리튬 제2전압에 도달할 때까지 방전한 후, 상기 납축전지 모듈의 상기 납축 현재전압이 상기 납축 제2전압에 도달할 때까지 방전하는 것일 수 있다.
즉, 상기 부하 모듈(162)이 상기 납축전지 모듈(112) 및 상기 리튬전지 모듈(114)로부터 전력을 제공받아 동작하는 경우에, 상기 배터리 제어 모듈(150)의 제어에 따라, 먼저, 상기 리튬전지 모듈(114)의 현재전압이 상기 리튬 제2전압에 도달할 때까지 방전한 후, 상기 납축전지 모듈(112)의 상기 납축 현재전압이 상기 납축 제2전압에 도달할 때까지 방전하는 것일 수 있다. 방전의 효율을 고려하면서도, 회생 발전 전력을 이용하여 발전하는 경우에 필요한 상기 리튬전지 모듈(114)의 충전 공간을 확보하는 측면을 반영한 것이다.
상기 배터리 제어 모듈(150)은 상기 리튬전지 모듈에서 상기 리튬 하한 SOC 전압에 대한 상기 리튬 제2전압의 비율값은 상기 납축전지 모듈에서 상기 납축 하한 SOC 전압에 대한 상기 납축 제2전압의 비율값 보다 작은 것일 수 있다.
일반적으로, 상기 납축전지 모듈(112)에서 상기 납축 제2전압과 상기 납축 하한 SOC 전압 사이의 차이와 상기 리튬전지 모듈(114)의 상기 리튬 제2전압과 상기 리튬 하한 SOC 전압 사이의 차이는 동일하게 설정할 수 있을 것이다.
그러나, 상기 납축전지 모듈(112)은 납축 하한 SOC 전압 아래로 납축 현재전압이 내려가는 경우에 상기 납축전지 모듈(112)의 수명에 큰 영향을 미쳐 수명이 현저하게 짧아질 수 있다. 따라서, 상기 리튬전지 모듈(114)의 상기 리튬 제2전압과 상기 리튬 하한 SOC 전압 간의 비율보다 상기 납축전지 모듈(112)에서 상기 납축 제2전압과 상기 납축 하한 SOC 전압 간의 비율을 크게 설정하여 상기 납축전지 모듈(112)의 수명 안정성을 확보할 수 있을 것이다.
상기 납축 하한 SOC 전압이 10.5V이고, 상기 리튬 하한 SOC 전압이 10.0V인 경우에 상기 납축전지 모듈(112)과 상기 리튬전지 모듈(114)의 특성을 고려하지 않는 경우에는 동일한 비율값을 갖는 상기 납축 제2전압과 상기 리튬 제2전압을 설정할 수 있을 것이지만, 상기 납축전지 모듈(112)과 상기 리튬전지 모듈(114)의 특성을 고려하여 상기 수학식을 만족하도록 설정하면, 상기 납축 제2전압을 11.5V로 설정할 수 있을 것이며, 상기 리튬 제2전압을 11.0V로 설정할 수 있을 것이다.
상기 배터리 제어 모듈(150)은 상기 리튬전지 모듈에서 상기 리튬 상한 SOC 전압에 대한 상기 리튬 제1전압의 비율값은 상기 납축전지 모듈에서 상기 납축 상한 SOC 전압에 대한 상기 납축 제1전압의 비율값 보다 큰 것일 수 있다.
위와 마찬가지로, 상기 납축전지 모듈(112)에서 상기 납축 제1전압과 상기 납축 상한 SOC 전압 사이의 차이와 상기 리튬전지 모듈(114)의 상기 리튬 제1전압과 상기 리튬 상한 SOC 전압 사이의 차이는 동일하게 설정할 수 있을 것이다.
그러나, 상기 리튬전지 모듈(114)에서 상기 리튬 제1전압과 상기 리튬 상한 SOC 전압 사이의 차이를 상대적으로 상기 납축전지 모듈(112)에서 상기 납축 제1전압과 상기 납축 상한 SOC 전압 사이의 차이보다 크게 유지해야, 예상하지 못한 상황에서도 발생할 수 있는 회생 발전 전력을 이용하여 발전하는 경우를 대비하여 필요한 상기 리튬전지 모듈(114)의 충전 공간을 확보하는 측면을 반영할 수 있을 것이다.
상기 납축 상한 SOC 전압이 12.6V이고, 상기 리튬 상한 SOC 전압이 14.4V인 경우에 상기 납축전지 모듈(112)과 상기 리튬전지 모듈(114)의 특성을 고려하지 않는 경우에는 동일한 비율값을 갖는 상기 납축 제1전압과 상기 리튬 제1전압을 설정할 수 있을 것이지만, 상기 납축전지 모듈(112)과 상기 리튬전지 모듈(114)의 특성을 고려하여 상기 수학식을 만족하도록 설정하면, 상기 납축 제1전압을 12.0V로 설정할 수 있을 것이며, 상기 리튬 제1전압을 14.0V로 설정할 수 있을 것이다.
상기 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템(100)은 상기 납축전지 모듈의 납축 현재전압, 상기 리튬전지 모듈의 리튬 현재전압 및 현재온도를 표시하는 디스플레이 모듈(170)을 더 포함하며, 상기 디스플레이 모듈(170)은 충전 상태, 방전 상태, 냉각 상태 및 가열 상태를 더 표시하는 것일 수 있다.
상기 디스플레이 모듈(170)은 자동차의 센터페시아(center fascia)에 표시되는 것일 수 있으며, 자동차의 계기판의 일부에 표시되는 것일 수도 있다. 또한, 상기 디스플레이 모듈(170)은 상기 납축전지 모듈(112)의 납축 현재전압을 표시하면서 현재 방전 상태인지 충전 상태인지도 함께 표시할 수 있을 것이며, 상기 리튬전지 모듈(114)의 리튬 현재전압 및 현재온도를 표시하면서, 현재 방전 상태인지 충전 상태인지 여부와 냉각 상태 및 가열 상태인지 여부도 함께 표시할 수 있을 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 개시된 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안 되며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
100: 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템
112: 납축전지 모듈
114: 리튬전지 모듈
122: 납축 전압 감지 모듈
124: 리튬 전압 온도 감지 모듈
132: 냉각 가열 모듈
140: 온도 제어 모듈
150: 배터리 제어 모듈
162: 부하 모듈
164: 발전 모듈
170: 디스플레이 모듈

Claims (11)

  1. 자동차에 장착된 하이브리드 배터리 온도 제어 시스템에 있어서,
    복수의 납축전지 셀을 포함하는 납축전지 모듈;
    복수의 리튬전지 셀을 포함하는 리튬전지 모듈;
    상기 납축전지 모듈의 납축 현재전압을 감지하는 납축 전압 감지 모듈;
    상기 리튬전지 모듈의 리튬 현재전압 및 현재온도를 감지하는 리튬 전압 온도 감지 모듈;
    상기 리튬전지 모듈을 냉각하거나 가열하기 위한 냉각 가열 모듈; 및
    상기 리튬전지 모듈의 온도가 낮아지는 순서로 미리 설정된 리튬 상한 온도, 리튬 안전 상한 온도, 리튬 최적온도 상단, 리튬 최적온도 하단 및 리튬 하한 온도와 상기 리튬 현재온도를 비교하여, 상기 리튬전지 모듈의 온도를 제어하는 온도 제어 모듈;
    을 포함하는 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리튬전지 모듈, 리튬 전압 온도 감지 모듈 및 냉각 가열 모듈은 상기 납축전지 모듈이 위치한 엔진룸 외부에 위치하며, 상기 냉각 가열 모듈은 상기 자동차의 냉방 및 난방 장치와 연결되어 동작하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리튬 안전 상한 온도는 상기 리튬 상한 온도와 상기 리튬 최적온도 상단의 평균 온도값을 가지며,
    상기 온도 제어 모듈은
    상기 리튬 전압 온도 감지 모듈에서 감지한 리튬 현재온도가 미리 설정된 리튬 안전 상한 온도보다 높은 경우에 상기 리튬전지 모듈을 냉각하고, 상기 리튬 현재온도가 미리 설정된 최적온도 상단보다 낮은 경우에는 냉각을 중지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 온도 제어 모듈은
    상기 리튬 전압 온도 감지 모듈에서 감지한 리튬 현재온도가 미리 설정된 리튬 하한 온도보다 낮은 경우에 상기 리튬전지 모듈을 가열하고, 상기 리튬 현재온도가 미리 설정된 최적온도 하단보다 높은 경우에는 가열을 중지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템은
    상기 납축전지 모듈의 전압이 낮아지는 순서로 미리 설정된 납축 상한 SOC(State of Charge) 전압, 납축 제1전압, 납축 제2전압 및 납축 하한 SOC 전압과 상기 납축 현재전압을 비교하고, 상기 리튬전지 모듈의 전압이 낮아지는 순서로 미리 설정된 리튬 상한 SOC 전압, 리튬 제1전압, 리튬 제2전압 및 리튬 하한 SOC 전압과 상기 리튬 현재전압을 비교하여, 상기 납축전지 모듈 및 리튬전지 모듈의 충전 및 방전을 제어하는 배터리 제어 모듈;
    상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈과 연결되어, 전력을 제공받아 동작하는 부하 모듈; 및
    상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈과 연결되어, 엔진 발전 전력 또는 회생 발전 전력을 이용하여 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈을 충전하는 발전 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발전 모듈에서 회생 발전 전력을 이용하여 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈을 충전하는 경우에,
    상기 배터리 제어 모듈은
    먼저, 상기 리튬전지 모듈의 상기 리튬 현재전압이 상기 리튬 제1전압에 도달할 때까지 충전한 후, 상기 납축전지 모듈의 상기 납축 현재전압이 상기 납축 제1전압에 도달할 때까지 충전하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 발전 모듈에서 엔진 발전 전력을 이용하여 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈을 충전하는 경우에,
    상기 배터리 제어 모듈은
    상기 리튬전지 모듈의 상기 리튬 현재전압이 상기 리튬 제1전압에 도달할 때까지 및 상기 납축전지 모듈의 상기 납축 현재전압이 상기 납축 제1전압에 도달할 때까지 상기 리튬전지 모듈과 상기 납축전지 모듈에 동시 충전하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 부하 모듈이 상기 납축전지 모듈 및 상기 리튬전지 모듈로부터 전력을 제공받아 동작하는 경우에,
    상기 배터리 제어 모듈은
    먼저, 상기 리튬전지 모듈의 상기 리튬 현재전압이 상기 리튬 제2전압에 도달할 때까지 방전한 후, 상기 납축전지 모듈의 상기 납축 현재전압이 상기 납축 제2전압에 도달할 때까지 방전하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 제어 모듈은
    상기 리튬전지 모듈에서 상기 리튬 하한 SOC 전압에 대한 상기 리튬 제2전압의 비율값은 상기 납축전지 모듈에서 상기 납축 하한 SOC 전압에 대한 상기 납축 제2전압의 비율값 보다 작은 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 제어 모듈은
    상기 리튬전지 모듈에서 상기 리튬 상한 SOC 전압에 대한 상기 리튬 제1전압의 비율값은 상기 납축전지 모듈에서 상기 납축 상한 SOC 전압에 대한 상기 납축 제1전압의 비율값 보다 큰 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템은
    상기 납축전지 모듈의 납축 현재전압, 상기 리튬전지 모듈의 리튬 현재전압 및 현재온도를 표시하는 디스플레이 모듈을 더 포함하며,
    상기 디스플레이 모듈은 충전 상태, 방전 상태, 냉각 상태 및 가열 상태를 더 표시하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배터리의 온도 제어 시스템.
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