KR20210115386A - 배터리 과온도 폭발방지 장치 - Google Patents

배터리 과온도 폭발방지 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210115386A
KR20210115386A KR1020200031077A KR20200031077A KR20210115386A KR 20210115386 A KR20210115386 A KR 20210115386A KR 1020200031077 A KR1020200031077 A KR 1020200031077A KR 20200031077 A KR20200031077 A KR 20200031077A KR 20210115386 A KR20210115386 A KR 20210115386A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature sensor
battery
insulator
inverter
metal
Prior art date
Application number
KR1020200031077A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102380920B1 (ko
Inventor
배진용
김봄
Original Assignee
동신대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동신대학교산학협력단 filed Critical 동신대학교산학협력단
Priority to KR1020200031077A priority Critical patent/KR102380920B1/ko
Publication of KR20210115386A publication Critical patent/KR20210115386A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102380920B1 publication Critical patent/KR102380920B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0092—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption with use of redundant elements for safety purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15—Preventing overcharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00309—Overheat or overtemperature protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/12—Bikes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/24—Personal mobility vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/13—Bicycles; Tricycles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30—Sensors
    • B60Y2400/302—Temperature sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 배터리 과온도 폭발방지 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 스마트모빌리티의 구동 제어 전력을 공급하는 리튬-이온 배터리에 온도센서부를 통해 상기 리튬-이온 배터리의 온도를 검출하고, 상기 온도센서부에서 약 70도 이상의 과온도가 검출될 시 온도센서 동작 검출저항에 전압을 인가하고, 상기 온도센서 동작 검출저항에 전압이 인가되면, 상기 리튬-이온 배터리의 에너지를 방전시키는 방전저항 및 방전 스위치로 구성된 배터리 방전회로의 상기 방전 스위치가 턴온(Turn-on)되고, 동시에 상기 리튬-이온 배터리의 에너지가 상기 방전저항에서 소모되어 상기 스마트모빌리티가 정지하는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치를 제안한다.

Description

배터리 과온도 폭발방지 장치{Apparatus of Battery Over-temperature Protection}
본 발명은 스마트모빌리티를 위한 배터리 과온도 폭발방지 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동킥보드, 세그웨이, 호버보드, 전동휠 및 전기자전거 등의 소형 전기시스템을 이용하여 이동하는 장치인 스마트모빌리티에서 배터리의 안정성을 높이는 것이다 특히 배터리의 과온도가 발생하는 경우 이를 미리 방지하는 배터리 폭발방지 장치에 관한 것이다.
최근에 전동킥보드, 세그웨이, 호버보드, 전동휠 및 전기자전거 등의 소형 전기시스템을 이용하여 이동하는 장치인 스마트모빌리티에서 화재 및 폭발사고가 문제가 되고 있다. 한국을 기준으로 스마트모빌리티의 화재 및 폭발사고는 2015년 - 14건, 2016년 - 84건, 2017년 - 197건, 2018년 - 233건, 2019년 - 250건 이상으로 급증하고 있다. 최근에 발생한 구체적인 사례로는 최근에는 광주 광산구 송정동 아파트 전동킥보드 폭발: 2명 사망, 4명 부상(2019년 9월), 서울 이문동 다가구주택 전동킥보드 폭발 1명 사명, 1명 부상 (2019년 5월), 서울 송파구 한국체대 기숙사 전동킥보드 폭발 7명 부상(2018년 7월 11일)의 사고의 발생으로 인명 및 재산피해가 문제가 되고 있는 현실이다. 현재 국내에서 판매되는 대부분의 스마트모빌리티의 경우 크게 다음의 3가지 문제점으로 인하여 화재 및 폭발사고에 매우 취약하다.
첫째, 현재 판매하는 대부분의 스마트모빌리티는 중국산으로서 배터리 폭발 및 화재를 위한 보호회로가 없음
둘째, 배터리 정격전압 및 충전기 정격전압이 일치하지 않는 경우가 있어서 배터리의 과충전으로 인한 과온도가 발생하여 폭발 및 화재가 발생하는 경우가 있음
셋째, 리튬-이온 배터리가 정품이 아닌 짝퉁을 사용함으로 인하여 배터리의 성능이 정품 배터리와 비교하여 크게 미치지 못하는 경우가 있음
관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0097344호, 공개일 2018. 08. 31. (이하 [특허문헌1] 이라함)에서는 커넥터 연결을 이용한 배터리관리시스템(BMS) 배터리 진단 조건 변경 방법 및 시스템에 관한 것이다. 상기 [특허문헌1]에서는 커넥터 연결 감지부, 진단 정보 요청부, 진단 정보 수신부, 제1,2 진단 정보 저장부, 변경 여부 감지부 및 진단 동작 수행부로 구성된 배터리관리시스템을 제안하였다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0051477호, 공개일 2019. 05. 15. (이하 [특허문헌2] 이라함)에서는 BMS(배터리관리시스템) 웨이크업(Wake-up) 장치, 이를 이용한 BMS 및 배터리팩에 관한 것이다. 상기 [특허문헌2]에서는 외부 전원 신호가 공급되면, 소스 전원의 통과 여부에 따라 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성 모듈, 상기 펄스 신호를 기초로 BMS(배터리관리시스템)을 구동하는 작동 전원을 출력하는 전원 출력 모듈을 제안하였다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0067600호, 공개일 2016. 06. 14. (이하 [특허문헌3] 이라함)에서는 배터리 셀 과충전 보호 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 [특허문헌3]에서는 셀밸런싱부, 과충전보호부 및 보호제어부를 제안하였다.
그러나 상기 [특허문헌1] 내지 [특허문헌3]에서의 배터리의 안정적인 제어를 위한 많은 연구에도 불구하고, 전동킥보드, 세그웨이, 호버보드, 전동휠 및 전기자전거 등의 스마트모빌리티에 최적화된 동시에, 문제 발생시 BLDC 모터를 정지할 수 있고, 동시에 리튬-이온 배터리의 저장된 에너지를 반정시키는 배터리 폭발방지에는 최적화되지 못하였다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0097344호, 공개일 2018. 08. 31. 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0051477호, 공개일 2019. 05. 15. 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0067600호, 공개일 2016. 06. 14.
상기한 종래의 기술에는, 스마트모빌리티를 위한 리튬-이온 배터리의 과충전으로 인하여 과온도가 발생하거나, BLDC 모터(10)의 역기전력으로 인하여 과충전으로 인한 과온도의 발생됨으로 인하여 배터리가 폭발하는 문제점이 있다. 그 이유는 첫째, 현재 판매하는 대부분의 스마트모빌리티는 중국산으로서 배터리 폭발 및 화재를 위한 보호회로가 없으며, 둘째, 배터리 정격전압 및 충전기 정격전압이 일치하지 않는 경우가 있어서 배터리의 과충전으로 인하여 폭발 및 화재가 발생하는 경우가 있으며, 셋째, 리튬-이온 배터리가 정품이 아닌 짝퉁을 사용함으로 인하여 배터리의 성능이 정품 배터리와 비교하여 크게 미치지 못하는 경우가 있다. 따라서 본 발명에서는 리튬-이온 배터리에서 70도 이상의 과온도가 발생하며, 화재 및 폭발이 발생하는 온도 이전에 이를 미리 감지하고, 상기 BLDC 모터(10)를 정지시키고, 상기 리튬-이온 배터리의 에너지를 방전시키는 스마트모빌리티를 위한 배터리 과온도 폭발방지 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 스마트모빌리티 구동을 위한 BLDC 모터(10), 상기 BLDC 모터(10)의 속도제어를 위한 인버터(30), 상기 인버터(30)의 제어신호를 공급하는 인버터 제어부(70), 상기 인버터 제어부(70)의 제어신호 동작을 결정하는 인버터 동작제어 기준전압(Vref1), 상기 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)을 접지(Ground)와 연결하도록 제어하여 상기 인버터 제어부(70)의 게이트 신호(72)의 발생을 차단시키는 인버터 동작제어 스위치(71), 상기 인버터(30)에 전력을 공급하는 리튬-이온 배터리(40), 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지를 방전시키는 배터리 방전회로(60) - 상기 배터리 방전회로(60)는 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성되며, 상기 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 모두 병렬로 연결되며 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)와 직렬로 연결된 온도센서 동작 검출저항(51), 상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)에서 특정(特定) 온도센서에서 과온도가 검출되면, 전압이 인가되는 온도센서 동작 검출저항(51), 상기 전압이 인가되는 온도센서 동작 검출저항(51)으로 인하여 인버터 동작제어 스위치(71)가 턴온(Turn-on)되므로 상기 인버터 제어부(70)의 게이트 신호(72)의 발생을 차단되므로 상기 BLDC 모터(10)의 동작이 정지되며, 상기 방전 스위치(60-2)가 턴온(Turn-on)되므로 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지가 방전저항(60-1)을 통해서 방전하는 것으로 구성된 배터리 과온도 폭발방지 장치를 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
또한, 배터리 과온도 폭발방지 장치에 있어서, 상기 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 모두 병렬로 연결되며, 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 일단(一端)과 연결된 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc), 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 타단(他端)과 연결된 온도센서 동작 검출저항(51) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)에서 과온도가 검출되면, 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되며, 상기 리튬-이온 배터리(40)의 (+)단자와 (-)단자 사이에 연결된 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성된 배터리 방전회로(60), 상기 온도센서 동작 검출저항(51)은 약 70도 이상의 과온도에서 전압이 인가되면, 상기 방전 스위치(60-2)가 턴온(Turn-on)되며, 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지가 방전저항(60-1)에서 소모되며, 상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 약 70도의 온도에서 급격하게 저항값이 수백[kΩ]에서 수십[Ω]으로 변화하는 금속-절연체 순간전이 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 배터리의 곳곳에 분산하여 배치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리튬-이온 배터리(40)를 교류전원(130)으로부터 충전하기 위한 충전기(140) - 상기 충전기(140)는 충전기 전력단(110) 및 충전기 제어부(111)로 구성되며, 상기 충전기 제어부(111)는 충전 게이트 신호(112) 발생여부를 결정하는 충전기 동작제어 기준전압(Vref2), 상기 온도센서 동작 검출저항(51)의 일단(一端)과 상기 충전기 제어부(111)를 연결하는 충전기 제어 다이오드(65)를 특징으로 한다.
또한, 상기 온도센서 동작 검출저항(51)은 약 70도 이상의 과온도에서 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc)이 인가되며, 상기 충전기 제어 다이오드(65)를 통하여 충전기 동작제어 기준전압(Vref2)의 변경을 통하여 충전기의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)는 약 70도의 온도에서 급격하게 저항값이 수백[kΩ]에서 수십[Ω]으로 변화하는 금속-절연체 순간전이 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 약 70도 이상의 과온도가 발생하는 경우, 브레이킹 딜레이 시간이 1.1[초] 이내인 것을 특징으로 한다.
또한, 배터리 과온도 폭발방지 장치에 있어서, 스마트모빌리티(90)의 구동을 위하여 BLDC 모터(10), 상기 BLDC 모터(10)의 속도를 제어하는 인버터(30), 상기 인버터에 제어신호를 공급하는 인버터 제어부(70) - 상기 인버터 제어부(70)는 상기 인버터(30)에 게이트 신호(72)를 공급하며, 상기 인버터(30)에 전력을 공급하는 리튬-이온 배터리(40), 상기 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50), 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 일단(一端)과 연결된 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc), 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 타단(他端)과 연결된 온도센서 동작 검출저항(51) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)에서 약 70도 이상의 과온도가 검출되면, 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되며, 상기 인버터 제어부(70)의 제어신호 동작을 결정하는 인버터 동작제어 기준전압(Vref1), 상기 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)을 접지(Ground)와 연결하도록 제어하는 인버터 동작제어 스위치(71), 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc)과 연결된 제1 저항(151), 상기 제1 저항(151)과 연결된 제1 커패시터(152), 상기 제1 커패시터(152)의 양단에 연결된 제너 다이오드(153), 상기 제1 저항(151), 상기 제1 커패시터(152) 및 상기 제너 다이오드(153)은 역바이어스 회로(150)를 구성하며, 상기 역바이어스 회로(150)는 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 게이트(Gate) 신호에 역바이어스를 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지를 방전시키는 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성된 배터리 방전회로(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리튬-이온 배터리(40)를 교류전원(130)으로부터 충전하기 위한 충전기(140) - 상기 충전기(140)는 충전기 전력단(110) 및 충전기 제어부(111)로 구성되며, 상기 충전기 제어부(111)는 충전 게이트 신호(112) 발생여부를 결정하는 충전기 동작제어 기준전압(Vref2), 상기 온도센서 동작 검출저항(51)의 일단(一端)과 상기 충전기 제어부(111)를 연결하는 충전기 제어 다이오드(65)를 특징으로 한다.
또한, 상기 약 70도 이상의 과온도가 검출되면, 상기 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되며, 상기 방전 스위치(60-2)가 턴온(Turn-on)됨을 통하여 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지가 방전되며, 상기 인버터 동작제어 스위치(71)가 턴온(Turn-on) 됨으로 인하여 스마트모빌리티(90)가 정지하며, 상기 충전기 제어 다이오드(65)를 통하여 상기 충전기 동작제어 기준전압(Vref2)이 제어됨으로 인하여 상기 리튬-이온 배터리(40)의 충전이 차단되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 역바이어스 회로(150)는 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 오동작을 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 BLDC 모터(10)의 역기전력이 고려된 전압방정식은 아래의 식인 것을 특징으로 한다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
: 고정자 전압
Figure pat00003
: 고정자 전류
Figure pat00004
: 회전자가 회전함에 따라서 각상 코일에 유기되는 전압(역기전력)
Figure pat00005
: 고정자 저항
Figure pat00006
: 고정자 인덕턴스
또한, 상기 방전 스위치(60-2)의 게이트(Gate) 단자에 제1 게이트 직렬저항(52) 및 제1 게이트병렬 저항(53)의 삽입을 통하여 방전 스위치(60-2)의 온/오프 동작을 빠르고 명확하게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하는 스마트모빌리티를 위한 배터리 과온도 폭발방지 장치는 첫째, 배터리가 폭발 및 화재가 발생 이전인 약 70도에서 리튬-이온 배터리의 에너지를 방전시킴을 통하여 배터리 폭발 및 화재를 방지시키며, 둘째, 리튬-이온 배터리에서 약 70도 이상의 과온도 발생시에 BLDC 모터를 정지시켜 스마트모빌리티를 정지시켜 운전자가 이를 알고 대처할 수 있으며, 셋째, 매우 간단한 회로구성으로 기존의 과온도 센서와 비교하여 경제적이며 매우 상승된 효과를 가지고 있다.
도 1은 금속-절연체 순간전이 현상
도 2는 열전대 서머커플러, NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터 및 금속-절연체 순간전이 센서
도 3은 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터의 특성곡선
도 4는 금속-절연체 순간전이 센서의 특성곡선
도 5는 BLDC 모터 구조 및 등가회로
도 6은 인버터 회로 및 BLDC 모터의 등가회로
도 7은 BLDC 모터의 역기전력 및 전류파형
도 8은 본 발명에 따른 스마트모빌리티를 위한 배터리 과온도 폭발방지 장치 제1 실시예
도 9는 본 발명에 따른 스마트모빌리티를 위한 배터리 과온도 폭발방지 장치 제2 실시예
도 10은 본 발명에 따른 스마트모빌리티를 위한 배터리 과온도 폭발방지 및 충전차단 장치 제1 실시예
도 11은 본 발명에 따른 스마트모빌리티를 위한 배터리 과온도 폭발방지 및 충전차단 장치 제2 실시예
도 12는 본 발명에 따른 스마트 모빌리티에서 모터정지 오동작 방지회로
도 13은 기존의 BLDC 모터 브레이킹시, 선간전압 및 상전압 파형
도 14는 본 발명에서 제안된 과온도 보호회로가 내장된 BLDC 모터 브레이킹시, 선간전압, 상전류, 배터리 방전전류 및 과온도 신호 파형을 나타낸다.
도 1은 금속-절연체 순간전이(Metal-Insulator-Transition) 현상을 나타낸다. 본 발명의 온도센서로 사용되는 금속-절연체 순간전이 센서의 특성을 나타낸다. 도 1(a)는 균일한 쿨롱 에너지(U)를 가진 모트 절연체를 나타내며, 도 1(b)는 전자 1개가 빠져나가는 순간에 급격하게 절연체에서 금속으로 저항값이 순간적으로 변화되는 현상이다.
도 2는 열전대 서머커플러, NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터 및 금속-절연체 순간전이 센서를 나타낸다. 도 2(a)는 열전대 서머커플러(Thermo-coupler)를 나타내며, 도 2(b)는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터를 나타내며, 도 2(c)는 금속-절연체 순간전이(Metal-Insulator-Transition) 센서를 나타낸다. 도 2(a)의 열전대 서머커플러는 온도 검출의 정확도는 매우 우수하지만, 가격이 매우 고가라는 단점이 있으며, 도 2(b)는 NTC 서미스터의 경우, 가격이 매우 저렴하지만, 화재발생 시작온도인 70도 이상의 온도에서 저항값 변화가 완만하다는 단점이 존재한다. 하지만, 본 발명에서 사용하는 도 2(c)의 금속-절연체 순간전이 센서는 가격이 매우 저렴하고, 70도의 온도에서 금속-절연체 순간전이 현상으로 저항값의 변화가 매우 급격하게 변한다는 것이 가장 큰 기술적 특징이다.
도 3은 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터의 특성곡선을 나타낸다. 도 3에서 화재발생 시작온도(Fire start temperature)에서 저항값 변화가 매우 미미하므로, 화재가 발생하는지 검출하는데 매우 적합하지 않으며, 추가적으로 연산증폭기(Op-Amp) 회로가 필요하다는 문제점이 있었다.
도 4는 금속-절연체 순간전이 센서의 특성곡선을 나타낸다. 금속-절연체 순간전이 센서의 경우 약 70도(정확하게 67도)의 온도에서 급격하게 저항값이 감소하는 특징을 가지고 있다. 실제 측정을 해보면, 금속-절연체 순간전이 센서의 패키지에 열 전달의 시간이 필요하므로 약 70도에서 동작을 하며, 70도에서 372.1[kΩ]에서 75도에서 44.49[Ω]으로 저항값의 변화가 급격하게 되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 발명에서 사용하는 금속-절연체 순간전이 센서는 가격이 매우 저렴하고, 화재가 발생하기 시작 전의 온도인 약 70도의 온도에서 급격하게 저항값이 변화되는 특성을 보이는 장점을 가지고 있다.
도 5는 BLDC 모터 구조 및 등가회로를 나타낸다. 도 5(a)는 BLDC 모터 구조를 나타낸다. 상기 BLDC 모터(10)는 3상의 구조를 가지고 있으며, 고정자(20)에는 3상 고정자 권선(21)이 배치되어 있으며, 회전자에 N극과 S극의 영구자석이 배치되엉 lT는 것이 특징이며, 그 등가회로는 도 5(b)와 같이 나타낼 수 있다.
도 6은 인버터 회로 및 BLDC 모터의 등가회로를 나타낸다. 상기 BLDC 모터(10)는 1주기에 6번의 제어를 수행하는 6-스텝(Step) 제어방식으로 제어되며, 도 5(b) 및 도 6으로부터 쇄교자석의 관계식을 구하면 식(1),(2)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00007
식(1)
Figure pat00008
식(2)
여기서,
Figure pat00009
: 고정자 전압
Figure pat00010
: 고정자 전류
Figure pat00011
: 고정자 자속
Figure pat00012
식(3)
Figure pat00013
은 각각 고정자 저항, 고정자 인덕턴스, 쇄교자속의 크기를 나타내며 다음의 식(4) 내지 식(6)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00014
식(4)
Figure pat00015
식(5)
Figure pat00016
식(6)
여기서,
Figure pat00017
: 회전자의 전기적 위치
Figure pat00018
: 회전자가 회전함에 따라서 각상 코일에 유기되는 전압(역기전력)
Figure pat00019
: 영구자석에 의해서 고정자 권선에 유기되는 쇄교자석
따라서 최종적으로 역기전력은 회전자에 의해 고정자 권선에 유기되는 자속의 세기와 비례하며, 역기전력이 고려된 전압방정식은 식(7)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00020
식(7)
도 7은 BLDC 모터의 역기전력 및 전류파형을 나타낸다. 따라서 BLDC 모터(10)의 경우 식(7)과 같은 역기전력이 고려된 전압방전식에서 역기전력(
Figure pat00021
)은 도 7과 같은 파형으로 나타난다. 상기 역기전력은 스마트모빌리티의 주행 시에 일정(一定) 속도로 가속되고, 이후 점차 정지하면서 모터가 발전기로 동작하면서 생성되는 발전전압을 의미한다.
스마트모빌리티의 배터리에서 가장 크게 문제되는 2가지 경우가 있으며, 첫째, 리튬-이온 배터리가 충전기에 의해서 과충전(Over-Charging) 상태가 되고서 리튬-이온 배터리(40)에서 과전압이 발생되는 경우이도, 둘째, BLDC 모터(10)의 역기전력(
Figure pat00022
)에 의해서 리튬-이온 배터리(40)의 과전압이 발생되는 경우이다. 따라서 본 발명에서는 이러한 2가지 문제점을 해결하는 방안으로 리튬-이온 배터리(40)의 과전압의 발생에 의해서 과온도가 발생되면, 스마트모빌리티를 정지시키는 것과 동시에 리튬-이온 배터리(40)의 과전압을 효과적으로 방전시키는 방법을 제안하고 이를 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
도 8은 본 발명에 따른 스마트모빌리티를 위한 배터리 과온도 폭발방지 장치 제1 실시예를 나타낸다. 상기 도 8에서는 전동킥보드 등의 스마트모빌리티(90)의 구동을 위하여 BLDC 모터(10)가 구비되어 있다. 일반적으로 상기 BLDC 모터(10)는 뒷바퀴에 구비되지만, 필요한 경우 앞바퀴와 뒷바퀴 모두 구비되는 경우도 해당할 수 있다. 상기 BLDC 모터(10)의 속도를 제어하는 장치가 인버터(30)이며, 상기 인버터에 제어신호를 공급하는 인버터 제어부(70)가 배치되어 있다. 상기 인버터 제어부(70)는 상기 인버터(30)에 게이트 신호(72)를 공급하고, 상기 도 7에서 인버터(30)의 6개의 전력용 스위치는 6-스텝(step)으로 제어되는 것을 특징으로 한다. 리튬-이온 배터리(40)의 에너지는 상기 인버터(30)에 전력을 공급하여 상기 스마트모빌리티(90)를 구동시킨다.
본 발명에서는 상기 리튬-이온 배터리(40)에 과온도가 발생하는 것을 해결하는 것을 목적으로 하며, 특히 리튬-이온 배터리(40)가 첫째, 충전에 의해서 과전압이 인가되는 경우, 둘째, BLDC 모터의 역기전력에 의해서 과전압이 인가되는 경우의 2가지 경우로 인하여 과온도(Over-temperature)가 발생되는 문제점을 집중적으로 해결하는 것을 가장 큰 목적으로 한다.
따라서 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 모두 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 70도의 온도에서 75도의 온도로 변화할 때, 저항값이 372.1[kΩ]에서 44.49[Ω]으로 급격하게 변화된다. 상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 배터리의 곳곳에 분산하여 배치하며, 각 부분의 열을 검출할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)와 직렬로 연결된 온도센서 동작 검출저항(51)은 상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)에서 특정(特定) 금속-절연체 순간전이 온도센서에서 과온도가 검출되면, 상기 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가된다. 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지를 방전시키는 배터리 방전회로(60)는 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성되고, 상기 인버터 제어부(70)의 제어신호 동작을 결정하는 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)과 상기 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)을 접지(Ground)와 연결하도록 제어하여 상기 인버터 제어부(70)의 게이트 신호(72)의 발생을 차단시키는 인버터 동작제어 스위치(71)가 배치되어 있다.
상기 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되면, 상기 방전 스위치(60-2)가 턴온(Turn-on)되고, 동시에 상기 인버터 동작제어 스위치(71)가 턴온(Turn-on)된다. 따라서 상기 BLDC 모터(10)는 정지하며, 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지는 방전저항(60-1)에 의해서 소모되는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 9는 본 발명에 따른 스마트모빌리티를 위한 배터리 과온도 폭발방지 장치 제2 실시예를 나타낸다. 상기 도 9는 도 8과 대체적으로 회로가 매우 유사하다, 다만, 상기 온도센서 동작 검출저항(51)과 방전 스위치(60-2)의 연결에 있어서 직렬연결에는 제1 게이트 직렬저항(52)와 제1 게이트 병렬저항(53)이 배치되어 있으며, 상기 온도센서 동작 검출저항(51)과 인버터 동작제어 스위치(71)의 연결에 있어서, 제2 게이트 직렬저항(54)과 제2 게이트 병렬저항(55)가 배치된 것을 기술적 특징으로 한다. 특히 상기 제1,2 게이트 직렬저항(52,54)은 상기 방전 스위치(60-2) 및 상기 인버터 동작제어 스위치(71)에 과전류가 인가되지 않도록 하는 저항이며, 상기 제1,2 게이트 병렬저항(53,55)는 상기 방전 스위치(60-2) 및 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 게이트 커패시터(Cgs) 사이에 저장된 전하는 빠르게 방전시킴을 통해서 턴온(Turn-on) 및 턴오프(Turn-off)를 빠르게 할 수 있도록 하는 저항이다.
본 발명에서는 상기 제1,2 게이트 직렬저항(52,54) 및 상기 제1,2 게이트 병렬저항(53,55)의 삽입을 통하여 상기 방전 스위치(60-2) 및 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 온/오프 동작을 빠르고, 명확하게 하는 것을 특징으로 한다.
도 10은 본 발명에 따른 스마트모빌리티를 위한 배터리 과온도 폭발방지 및 충전차단 장치 제1 실시예를 나타낸다. 상기 도 10에서는 전동킥보드 등의 스마트모빌리티(90)의 구동을 위하여 BLDC 모터(10)가 구비되어 있다. 일반적으로 상기 BLDC 모터(10)는 뒷바퀴에 구비되지만, 필요한 경우 앞바퀴와 뒷바퀴 모두 구비되는 경우도 해당할 수 있다. 상기 BLDC 모터(10)의 속도를 제어하는 장치가 인버터(30)이며, 상기 인버터에 제어신호를 공급하는 인버터 제어부(70)가 배치되어 있다. 상기 인버터 제어부(70)는 상기 인버터(30)에 게이트 신호(72)를 공급하고, 상기 도 7에서 인버터(30)의 6개의 전력용 스위치는 6-스텝(step)으로 제어되는 것을 특징으로 한다. 리튬-이온 배터리(40)의 에너지는 상기 인버터(30)에 전력을 공급하여 상기 스마트모빌리티(90)를 구동시킨다.
본 발명에서는 상기 리튬-이온 배터리(40)에 과온도가 발생하는 것을 해결하는 것을 목적으로 하며, 특히 리튬-이온 배터리(40)가 첫째, 충전에 의해서 과전압이 인가되는 경우, 둘째, BLDC 모터의 역기전력에 의해서 과전압이 인가되는 경우의 2가지 경우로 인하여 과온도(Over-temperature)가 발생되는 문제점을 집중적으로 해결하는 것을 가장 큰 목적으로 한다.
따라서 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 모두 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 70도의 온도에서 70도에서 372.1[kΩ]에서 75도에서 44.49[Ω]으로 저항값이 급격하게 변화된다. 상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 배터리의 곳곳에 분산하여 배치하며, 각 부분의 열을 검출할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)와 직렬로 연결된 온도센서 동작 검출저항(51)은 상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)에서 특정(特定) 온도센서에서 과온도가 검출되면, 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가된다. 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지를 방전시키는 배터리 방전회로(60)는 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성되고, 상기 인버터 제어부(70)의 제어신호 동작을 결정하는 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)과 상기 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)을 접지(Ground)와 연결하도록 제어하여 상기 인버터 제어부(70)의 게이트 신호(72)의 발생을 차단시키는 인버터 동작제어 스위치(71)가 배치되어 있다.
상기 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되면, 상기 방전 스위치(60-2)가 턴온(Turn-on)되고, 동시에 상기 인버터 동작제어 스위치(71)가 턴온(Turn-on)된다. 따라서 상기 BLDC 모터(10)는 정지하며, 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지는 방전저항(60-1)에 의해서 소모되는 것을 기술적 특징으로 한다. 더불어 교류전원(130)으로부터 충전기(140)을 통하여 리튬-이온 배터리(40)를 충전하게 된다. 상기 충전기(140)는 충전기의 전력단(110) 및 충전기 제어부(111)로 구성되어 있으며, 상기 충전기 제어부(111)는 상기 충전기 전력단(110)에 충전기 게이트 신호(112)를 공급함으로써 충전기(140)를 동작시키고, 상기 교류전원(130)으로부터 리튬-이온 배터리(40)를 충전하게 된다. 상기 충전기 제어부(111)는 충전기 동작제어 기준전압(Vref2)가 생성되며, 상기 온도센서 동작 검출저항(51)의 일단(一端)과 연결된 충전기 제어 다이오드(65)를 통하여 충전기 동작제어 기준전압(Vref2) 제어하는 것을 특징으로 하며, 상기 온도센서 동작 검출저항(51)의 일단(一端)의 전압이 상기 충전기 동작제어 기준전압(Vref2) 이상으로 생성되는 경우, 상기 충전기 제어부(111)는 상기 충전기 게이트 신호(112)를 공급을 차단시키고, 상기 충전기(140)의 동작은 차단되는 것을 특징으로 한다. 따라서 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)에서 과온도가 검출되는 경우, 상기 온도센서 동작 검출저항(51)의 일단(一端)에 전압이 생성되며, 이를 통하여 상기 인버터 동작제어 스위치(71)가 턴온(Turn-on)되므로 BLDC 모터(10)를 정지시키며, 상기 방전 스위치(60-2)가 턴온(Turn-on)되므로 상기 리튬이온 배터리(40)의 에너지가 방전저항(60-1)을 통해서 방전되며, 상기 충전기 제어 다이오드(65)를 통하여 충전기 동작제어 기준전압(Vref2)을 제어하므로 상기 충전기(140)의 충전동작을 차단시킨다. 따라서 스마트모빌리티(90)에서 배터리의 과온도 발생이 검출되면, 첫째, 스마트모빌리티를 정지하고, 둘째, 리튬-이온 배터리를 방전하고, 셋째, 배터리 충전을 차단하는 3가지 동작을 수행할 수 있는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
도 11은 본 발명에 따른 스마트모빌리티를 위한 배터리 과온도 폭발방지 및 충전차단 장치 제2 실시예를 나타낸다. 상기 도 11은 도 10과 대체적으로 회로가 매우 유사하다, 다만, 상기 온도센서 동작 검출저항(51)과 방전 스위치(60-2)의 연결에 있어서 직렬연결에는 제1 게이트 직렬저항(52)와 제1 게이트 병렬저항(53)이 배치되어 있으며, 상기 온도센서 동작 검출저항(51)과 인버터 동작제어 스위치(71)의 연결에 있어서, 제2 게이트 직렬저항(54)과 제2 게이트 병렬저항(55)가 배치된 것을 기술적 특징으로 한다. 특히 상기 제1,2 게이트 직렬저항(52,54)은 상기 방전 스위치(60-2) 및 상기 인버터 동작제어 스위치(71)에 과전류가 인가되지 않도록 하는 저항이며, 상기 제1,2 게이트 병렬저항(53,55)는 상기 방전 스위치(60-2) 및 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 게이트 커패시터(Cgs) 사이에 저장된 전하는 빠르게 방전시킴을 통해서 턴온(Turn-on) 및 턴오프(Turn-off)를 빠르게 할 수 있도록 하는 저항이다.
본 발명에서는 상기 제1,2 게이트 직렬저항(52,54) 및 상기 제1,2 게이트 병렬저항(53,55)의 삽입을 통하여 상기 방전 스위치(60-2) 및 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 온/오프 동작을 빠르고, 명확하게 하는 것을 특징으로 한다.
도 12는 본 발명에 따른 스마트 모빌리티에서 모터정지 오동작 방지회로를 나타낸다. 상기 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 모두 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 70도의 온도에서 70도에서 372.1[kΩ]에서 75도에서 44.49[Ω]으로 저항값이 급격하게 변화된다. 상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 배터리의 곳곳에 분산하여 배치하며, 각 부분의 열을 검출할 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)와 직렬로 연결된 온도센서 동작 검출저항(51)은 상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)에서 특정(特定) 온도센서에서 과온도가 검출되면, 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가된다. 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지를 방전시키는 배터리 방전회로(60)는 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성되고, 상기 인버터 제어부(70)의 제어신호 동작을 결정하는 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)과 상기 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)을 접지(Ground)와 연결하도록 제어하여 상기 인버터 제어부(70)의 게이트 신호(72)의 발생을 차단시키는 인버터 동작제어 스위치(71)가 배치되어 있다.
상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 일단(一端)에 연결된 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc), 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc)과 연결된 제1 저항(151), 상기 제1 저항(151)과 연결된 제1 커패시터(152), 상기 제1 커패시터(152) 양단에 연결된 제너 다이오드(153)가 연결되어 있다. 여기서 제1 저항(151), 제1 커패시터(152) 및 제너 다이오드(153)은 역바이어스 회로를 구성한다. 상기 온도센서 동작 검출저항(51)의 일단 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 게이트(Gate) 단자와 연결되며, 상기 제1 저항(151)과 상기 제1 커패시터(152) 사이의 접점은 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 소스(Source) 단자와 연결되는 것을 가장 큰 특징으로 한다. 이를 통하여 상기 역바이어스 회로는 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 게이트(Gate) 신호에 역바이어스를 인가시킨다. 따라서 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 게이트(Gate) 신호는 예로 턴온(Turn-on)시에는 +15[V]가 인가되고, 턴오프(Turn-off)시에는 -2.5[V]가 인가되는 것을 특징으로 한다. 이를 통하여 인버터 동작제어 스위치(71)의 게이트(Gate) 신호에에 턴오프(Turn-off)시에는 -2.5[V]의 역바이어스 전압이 인가되므로 스마트 모빌리티에서 모터정지시 오동작이 방지되는 것을 가장 큰 특징으로 한다.
도 13은 기존의 BLDC 모터 브레이킹시, 선간전압 및 상전압 파형을 나타낸다. 기존의 BLDC 모터의 경우, 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성된 배터리 방전회로(60)가 없는 경우 선간전압 및 상전류 파형을 나타낸다. 따라서 70도 이상의 과온도가 발생하는 경우(Breaking cond.), 브레이킹 딜레이 시간이 2.4[초]의 시간이 필요하다.
도 14는 본 발명에서 제안된 과온도 보호회로가 내장된 BLDC 모터 브레이킹시, 선간전압, 상전류, 배터리 방전전류 및 과온도 신호 파형을 나타낸다. 상기 도 14에서는 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성된 배터리 방전회로(60)가 있는 경우이고 70도 이상의 과온도가 발생하는 경우, 상기 방전저항(60-1)에서 리튬-이온 배터리(40)의 에너지를 방전하며, 브레이킹 딜레이 시간이 1.1[초]의 시간이 필요함을 확인할 수 있다.
도 13 및 도 14의 실험파형에서 VL : BLDC 모터 선간전압[V], Ip : BLDC 모터 상전류[A], IDIS : 방전저항에서 방전전류[A], Vover Temp : 70도 이상의 과온도 신호를 나타낸다. 상기 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성된 배터리 방전회로(60)는 식(7) 및 도 7의 역기전력을 소모시킨다. 따라서 상기 배터리 방전회로(60)가 없는 경우, 브레이킹 딜레이 시간이 2.4[초]가 필요하지만, 상기 배터리 방전회로(60)가 있는 경우, 브레이킹 딜레이 시간이 1.1[초](또는 그 이내)가 필요하므로 모터의 브레이킹 딜레이 시간이 54.16[%]로 저감되는 것을 확인할 수 있다.
스마트모빌리티(90)는 시속 25[km] 이하의 속도로 운행되며, 상기 스마트모빌리티(90)의 관성에 의해서 정지한다. 따라서 리튬-이온 배터리(40)에서 70도 이상의 과온도가 발생하는 경우, 상기 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성된 배터리 방전회로(60)는 상기 스마트모빌리티(90)을 안전하면서 빠르게 정지시키는 것을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 배터리 과온도 폭발방지 장치에 있어서, 스마트모빌리티(90)의 구동을 위하여 BLDC 모터(10); 상기 BLDC 모터(10)의 속도를 제어하는 인버터(30); 상기 인버터에 제어신호를 공급하는 인버터 제어부(70) - 상기 인버터 제어부(70)는 상기 인버터(30)에 게이트 신호(72)를 공급하며; 상기 인버터(30)에 전력을 공급하는 리튬-이온 배터리(40); 상기 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50); 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)와 직렬로 연결된 온도센서 동작 검출저항(51) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)에서 약 70도 이상의 과온도가 검출되면, 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되며; 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지를 방전시키는 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성된 배터리 방전회로(60); 상기 인버터 제어부(70)의 제어신호 동작을 결정하는 인버터 동작제어 기준전압(Vref1); 상기 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)을 접지(Ground)와 연결하도록 제어하는 인버터 동작제어 스위치(71); 상기 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되면, 상기 방전 스위치(60-2)가 턴온(Turn-on)되고, 동시에 상기 인버터 동작제어 스위치(71)가 턴온(Turn-on) 됨으로 인하여 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지가 방전저항(60-1)에서 소모되며, 상기 스마트모빌리티(90)가 정지하는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치를 제안하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 배터리 과온도 폭발방지 장치에 있어서, 상기 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 모두 병렬로 연결되며; 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 일단(一端)과 연결된 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc); 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 타단(他端)과 연결된 온도센서 동작 검출저항(51) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)에서 과온도가 검출되면, 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되며; 상기 리튬-이온 배터리(40)의 (+)단자와 (-)단자 사이에 연결된 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성된 배터리 방전회로(60); 상기 온도센서 동작 검출저항(51)은 약 70도 이상의 과온도에서 전압이 인가되면, 상기 방전 스위치(60-2)가 턴온(Turn-on)되며, 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지가 방전저항(60-1)에서 소모되며; 상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 약 70도의 온도에서 전자 1개가 빠져나가는 순간에 급격하게 저항값이 수백[kΩ]에서 수십[Ω]으로 변화 금속-절연체 순간전이 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치를 제안하고자 한다.
끝으로 본 발명에서는 배터리 과온도 폭발방지 장치에 있어서, 스마트모빌리티(90)의 구동을 위하여 BLDC 모터(10); 상기 BLDC 모터(10)의 속도를 제어하는 인버터(30); 상기 인버터에 제어신호를 공급하는 인버터 제어부(70) - 상기 인버터 제어부(70)는 상기 인버터(30)에 게이트 신호(72)를 공급하며; 상기 인버터(30)에 전력을 공급하는 리튬-이온 배터리(40); 상기 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50); 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 일단(一端)과 연결된 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc); 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 타단(他端)과 연결된 온도센서 동작 검출저항(51) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)에서 약 70도 이상의 과온도가 검출되면, 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되며; 상기 인버터 제어부(70)의 제어신호 동작을 결정하는 인버터 동작제어 기준전압(Vref1); 상기 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)을 접지(Ground)와 연결하도록 제어하는 인버터 동작제어 스위치(71); 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc)과 연결된 제1 저항(151); 상기 제1 저항(151)과 연결된 제1 커패시터(152); 상기 제1 커패시터(152) 양단에 연결된 제너 다이오드(153);
상기 제1 저항(151), 상기 제1 커패시터(152) 및 상기 제너 다이오드(153)은 역바이어스 회로(150)를 구성하며; 상기 역바이어스 회로(150)는 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 게이트(Gate) 신호에 역바이어스를 인가하는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치를 제안하고자 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 다양한 변형에 의하여 배터리 과온도 폭발방지 장치에 적용시킬 수 있으며, 기술적으로 용이하게 변형시키는 기술의 범주도 본 특허의 권리범위에 속하는 것으로 인정해야 할 것이다.
10 : BLDC(Brushless Direct Current) 모터
20 : 고정자
21 : 3상 고정자 권선
22 : 영구자석 회전자
30 : 인버터
40 : 리튬-이온 배터리
50 : 금속-절연체 순간전이 온도센서부
50-1 : 제1 금속-절연체 순간전이 온도센서
50-2 : 제2 금속-절연체 순간전이 온도센서
50-3 : 제3 금속-절연체 순간전이 온도센서
50-4 : 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서
51 : 온도센서 동작 검출저항
52 : 제1 게이트 직렬저항
53 : 제1 게이트 병렬저항
54 : 제2 게이트 직렬저항
55 : 제2 게이트 병렬저항
60 : 배터리 방전회로
60-1 : 방전저항
60-2 : 방전 스위치
65 : 충전기 제어 다이오드
70 : 인버터 제어부
71 : 인버터 동작제어 스위치
72 : 인버터 게이트 신호
90 : 스마트모빌리티
100 : BLDC 모터 제어부
110 : 충전기 전력단
111 : 충전기 제어부
112 : 충전기 게이트 신호
130 : 교류전원
140 : 충전기
150 : 역바이어스 회로
151 : 제1 저항
152 : 제1 커패시터
153 : 제너 다이오드
Ea : 역기전력
Ls : 고정자 인덕턴스
ias : a상 고정자 전류
ibs : b상 고정자 전류
ics : c상 고정자 전류
Rs : 고정자 저항
U : 쿨롱 에너지(Coulomb energy)
Va : a상 전압
Vb : b상 전압
Vc : c상 전압
Vcc : 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압
VREF1 : 인버터 동작제어 기준전압
VREF2 : 충전기 동작제어 기준전압
ωr : 회전속도
θr : 고정자와 회전자 사이의 각

Claims (14)

  1. 배터리 과온도 폭발방지 장치에 있어서,
    스마트모빌리티(90)의 구동을 위하여 BLDC 모터(10);
    상기 BLDC 모터(10)의 속도를 제어하는 인버터(30);
    상기 인버터에 제어신호를 공급하는 인버터 제어부(70) - 상기 인버터 제어부(70)는 상기 인버터(30)에 게이트 신호(72)를 공급하며;
    상기 인버터(30)에 전력을 공급하는 리튬-이온 배터리(40);
    상기 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50);
    상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)와 직렬로 연결된 온도센서 동작 검출저항(51) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)에서 약 70도 이상의 과온도가 검출되면, 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되며;
    상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지를 방전시키는 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성된 배터리 방전회로(60);
    상기 인버터 제어부(70)의 제어신호 동작을 결정하는 인버터 동작제어 기준전압(Vref1);
    상기 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)을 접지(Ground)와 연결하도록 제어하는 인버터 동작제어 스위치(71);
    상기 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되면, 상기 방전 스위치(60-2)가 턴온(Turn-on)되고, 동시에 상기 인버터 동작제어 스위치(71)가 턴온(Turn-on) 됨으로 인하여 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지가 방전저항(60-1)에서 소모되며, 상기 스마트모빌리티(90)가 정지하는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  2. 배터리 과온도 폭발방지 장치에 있어서,
    상기 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 모두 병렬로 연결되며;
    상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 일단(一端)과 연결된 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc);
    상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 타단(他端)과 연결된 온도센서 동작 검출저항(51) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)에서 과온도가 검출되면, 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되며;
    상기 리튬-이온 배터리(40)의 (+)단자와 (-)단자 사이에 연결된 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성된 배터리 방전회로(60);
    상기 온도센서 동작 검출저항(51)은 약 70도 이상의 과온도에서 전압이 인가되면, 상기 방전 스위치(60-2)가 턴온(Turn-on)되며, 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지가 방전저항(60-1)에서 소모되며;
    상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 약 70도의 온도에서 급격하게 저항값이 수백[kΩ]에서 수십[Ω]으로 변화하는 금속-절연체 순간전이 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  3. 청구항 제2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 금속-절연체 순간전이 온도센서(50-1 내지 50-4)는 배터리의 곳곳에 분산하여 배치하는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  4. 청구항 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 리튬-이온 배터리(40)를 교류전원(130)으로부터 충전하기 위한 충전기(140) - 상기 충전기(140)는 충전기 전력단(110) 및 충전기 제어부(111)로 구성되며;
    상기 충전기 제어부(111)는 충전 게이트 신호(112) 발생여부를 결정하는 충전기 동작제어 기준전압(Vref2);
    상기 온도센서 동작 검출저항(51)의 일단(一端)과 상기 충전기 제어부(111)를 연결하는 충전기 제어 다이오드(65)를 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  5. 청구항 제4항에 있어서,
    상기 온도센서 동작 검출저항(51)은 약 70도 이상의 과온도에서 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc)이 인가되며;
    상기 충전기 제어 다이오드(65)를 통하여 충전기 동작제어 기준전압(Vref2)의 변경을 통하여 충전기의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  6. 청구항 제1항에 있어서,
    상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)는 약 70도의 온도에서 급격하게 저항값이 수백[kΩ]에서 수십[Ω]으로 변화하는 금속-절연체 순간전이 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  7. 청구항 제1항에 있어서,
    상기 약 70도 이상의 과온도가 발생하는 경우, 브레이킹 딜레이 시간이 1.1[초] 이내인 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  8. 배터리 과온도 폭발방지 장치에 있어서,
    스마트모빌리티(90)의 구동을 위하여 BLDC 모터(10);
    상기 BLDC 모터(10)의 속도를 제어하는 인버터(30);
    상기 인버터에 제어신호를 공급하는 인버터 제어부(70) - 상기 인버터 제어부(70)는 상기 인버터(30)에 게이트 신호(72)를 공급하며;
    상기 인버터(30)에 전력을 공급하는 리튬-이온 배터리(40);
    상기 리튬-이온 배터리(40)의 온도를 검출하기 위한 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50);
    상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 일단(一端)과 연결된 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc);
    상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)의 타단(他端)과 연결된 온도센서 동작 검출저항(51) - 상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부(50)에서 약 70도 이상의 과온도가 검출되면, 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되며;
    상기 인버터 제어부(70)의 제어신호 동작을 결정하는 인버터 동작제어 기준전압(Vref1);
    상기 인버터 동작제어 기준전압(Vref1)을 접지(Ground)와 연결하도록 제어하는 인버터 동작제어 스위치(71);
    상기 금속-절연체 순간전이 온도센서부 제어전압(Vcc)과 연결된 제1 저항(151);
    상기 제1 저항(151)과 연결된 제1 커패시터(152);
    상기 제1 커패시터(152)의 양단에 연결된 제너 다이오드(153);
    상기 제1 저항(151), 상기 제1 커패시터(152) 및 상기 제너 다이오드(153)은 역바이어스 회로(150)를 구성하며;
    상기 역바이어스 회로(150)는 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 게이트(Gate) 신호에 역바이어스를 인가하는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  9. 청구항 제8항에 있어서,
    상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지를 방전시키는 방전저항(60-1) 및 방전 스위치(60-2)로 구성된 배터리 방전회로(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  10. 청구항 제9항에 있어서,
    상기 리튬-이온 배터리(40)를 교류전원(130)으로부터 충전하기 위한 충전기(140) - 상기 충전기(140)는 충전기 전력단(110) 및 충전기 제어부(111)로 구성되며;
    상기 충전기 제어부(111)는 충전 게이트 신호(112) 발생여부를 결정하는 충전기 동작제어 기준전압(Vref2);
    상기 온도센서 동작 검출저항(51)의 일단(一端)과 상기 충전기 제어부(111)를 연결하는 충전기 제어 다이오드(65)를 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  11. 청구항 제10항에 있어서,
    상기 70도 이상의 과온도가 검출되면, 상기 온도센서 동작 검출저항(51)에 전압이 인가되며;
    상기 방전 스위치(60-2)가 턴온(Turn-on)됨을 통하여 상기 리튬-이온 배터리(40)의 에너지가 방전되며;
    상기 인버터 동작제어 스위치(71)가 턴온(Turn-on) 됨으로 인하여 스마트모빌리티(90)가 정지하며;
    상기 충전기 제어 다이오드(65)를 통하여 상기 충전기 동작제어 기준전압(Vref2)이 제어됨으로 인하여 상기 리튬-이온 배터리(40)의 충전이 차단되는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  12. 청구항 제8항에 있어서,
    상기 역바이어스 회로(150)는 상기 인버터 동작제어 스위치(71)의 오동작을 방지하는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
  13. 청구항 제8항에 있어서,
    상기 BLDC 모터(10)의 역기전력이 고려된 전압방정식은 아래의 식인 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
    Figure pat00023

    여기서,
    Figure pat00024
    : 고정자 전압
    Figure pat00025
    : 고정자 전류
    Figure pat00026
    : 회전자가 회전함에 따라서 각상 코일에 유기되는 전압(역기전력)
    Figure pat00027
    : 고정자 저항
    Figure pat00028
    : 고정자 인덕턴스
  14. 청구항 제1항에 있어서,
    상기 방전 스위치(60-2)의 게이트(Gate) 단자에 제1 게이트 직렬저항(52) 및 제1 게이트병렬 저항(53)의 삽입을 통하여 방전 스위치(60-2)의 온/오프 동작을 빠르고 명확하게 하는 것을 특징으로 하는 배터리 과온도 폭발방지 장치.
KR1020200031077A 2020-03-13 2020-03-13 배터리 과온도 폭발방지 장치 KR102380920B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200031077A KR102380920B1 (ko) 2020-03-13 2020-03-13 배터리 과온도 폭발방지 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200031077A KR102380920B1 (ko) 2020-03-13 2020-03-13 배터리 과온도 폭발방지 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210115386A true KR20210115386A (ko) 2021-09-27
KR102380920B1 KR102380920B1 (ko) 2022-03-31

Family

ID=77925367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200031077A KR102380920B1 (ko) 2020-03-13 2020-03-13 배터리 과온도 폭발방지 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102380920B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980079042A (ko) * 1997-04-30 1998-11-25 김광호 2차 전지의 과충전 방지회로
KR20160067600A (ko) 2014-12-04 2016-06-14 현대오트론 주식회사 배터리 셀 과충전 보호 장치 및 방법
KR20160122351A (ko) * 2015-04-13 2016-10-24 엘에스산전 주식회사 전기 자동차용 인버터의 강제 방전 장치
JP2017077138A (ja) * 2015-10-16 2017-04-20 ローム株式会社 半導体装置
KR20180097344A (ko) 2017-02-23 2018-08-31 주식회사 엘지화학 커넥터 연결을 이용한 배터리관리시스템(bms)의 배터리 진단 조건 변경 방법 및 시스템
KR20190051477A (ko) 2017-11-07 2019-05-15 주식회사 엘지화학 Bms 웨이크업 장치, 이를 포함하는 bms 및 배터리팩

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980079042A (ko) * 1997-04-30 1998-11-25 김광호 2차 전지의 과충전 방지회로
KR20160067600A (ko) 2014-12-04 2016-06-14 현대오트론 주식회사 배터리 셀 과충전 보호 장치 및 방법
KR20160122351A (ko) * 2015-04-13 2016-10-24 엘에스산전 주식회사 전기 자동차용 인버터의 강제 방전 장치
JP2017077138A (ja) * 2015-10-16 2017-04-20 ローム株式会社 半導体装置
KR20180097344A (ko) 2017-02-23 2018-08-31 주식회사 엘지화학 커넥터 연결을 이용한 배터리관리시스템(bms)의 배터리 진단 조건 변경 방법 및 시스템
KR20190051477A (ko) 2017-11-07 2019-05-15 주식회사 엘지화학 Bms 웨이크업 장치, 이를 포함하는 bms 및 배터리팩

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D2: 배진용 등, ‘BLDC 모터-배터리 시스템의 MIT 과온도 보회회로 및 전동휠체어 적용에 관한 연구’, 한국자동차공학회 추계학술대회 및 전시회, 2019. 11. 1부.* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102380920B1 (ko) 2022-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9925878B2 (en) Bus pre-charge control using a buck converter
EP2182620B1 (en) Controller for rotating electrical machines
US8369049B2 (en) Method for shutting down an electric machine in the event of a malfunction
JP5653534B2 (ja) 電動車両の制御装置
US8222844B2 (en) Method for determining the magnet temperature in synchronous machines
US10711757B2 (en) Battery pack with temperature sensing unit
JP4597501B2 (ja) 二次電池の残存容量推定方法および装置
EP1914559B1 (en) Battery management system (BMS) and driving method thereof
JP6552456B2 (ja) 電動芝刈り機の制御装置
JPWO2014162645A1 (ja) 蓄電装置、蓄電システムおよび電動車両
EP3257352B1 (en) Electric lawn mower control apparatus
BRPI0502135B1 (pt) Aparelho para detectar uma falha de arco e disjuntor para interromper corrente em um sistema elétrico
JPH0947055A (ja) 電気自動車の電気システム
WO2014118678A2 (en) An energy system for an electric vehicle
US10367345B2 (en) Temperature detection device
KR102380920B1 (ko) 배터리 과온도 폭발방지 장치
JP2003180001A (ja) 電気自動車のモーターの劣化を対策するための装置、及びその方法
US20150180091A1 (en) Accumulator battery protected against external short-circuits
TWI261677B (en) Battery managing method and device
JP2014193094A (ja) 車両用電源制御装置
JP2605944Y2 (ja) 電池の充電システム
JP5995050B2 (ja) バッテリの充放電制御装置
JP2001327086A (ja) 充電回路
CN202749859U (zh) 具有智能放电保护的电池组
JP5682347B2 (ja) 車両および車両用制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant