KR20220135973A - 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법 - Google Patents

열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220135973A
KR20220135973A KR1020210042369A KR20210042369A KR20220135973A KR 20220135973 A KR20220135973 A KR 20220135973A KR 1020210042369 A KR1020210042369 A KR 1020210042369A KR 20210042369 A KR20210042369 A KR 20210042369A KR 20220135973 A KR20220135973 A KR 20220135973A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
thermoelectric element
battery pack
battery
unit
Prior art date
Application number
KR1020210042369A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102557936B1 (ko
Inventor
송경의
가창업
정윤석
김도형
문진영
김영웅
Original Assignee
비나텍주식회사
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 비나텍주식회사 filed Critical 비나텍주식회사
Priority to KR1020210042369A priority Critical patent/KR102557936B1/ko
Publication of KR20220135973A publication Critical patent/KR20220135973A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102557936B1 publication Critical patent/KR102557936B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/657—Means for temperature control structurally associated with the cells by electric or electromagnetic means
    • H01M10/6572—Peltier elements or thermoelectric devices
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/26—Automatic controllers electric in which the output signal is a pulse-train
    • G05B11/28—Automatic controllers electric in which the output signal is a pulse-train using pulse-height modulation; using pulse-width modulation
    • 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
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/637—Control systems characterised by the use of reversible temperature-sensitive devices, e.g. NTC, PTC or bimetal devices; characterised by control of the internal current flowing through the cells, e.g. by switching
    • 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
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치는, 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부; 온도 측정부에서 측정된 온도를 기초로 배터리 셀이 미리 설정된 온도 범위를 유지하도록 제어하는 온도 제어부; 배터리 팩의 외부에 설치되어 온도 제어부의 제어에 의해 열전 소자의 열처리를 수행하는 냉각 쿨러부; 배터리 셀의 전압을 검출하고, 배터리 셀 간의 전압차를 최소화하는 밸런싱부; 및 온도 제어부 또는 밸런싱부가 비정상적으로 동작하는 경우, 온도 제어부 또는 밸런싱부를 대체하는 보조 제어부;를 포함한다. 이에 따라, 배터리 셀의 열화를 감소시켜, 배터리 팩의 성능을 유지할 수 있다.

Description

열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법{TEMPERATURE CONTROL DEVICE AND METHOD FOR BATTERY PACK USING THERMOELECTRIC ELEMENT}
본 발명은 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펠티어 소자(열전 소자)가 배터리 셀에 직접 접촉된 형태의 배터리 팩에서 전압 및 온도를 모니터링하여 셀 밸런싱 및 온도 조절에 적용하는 기술에 관한 것이다.
배터리는 다양한 전자기기의 전력원으로 이용되고 있다. 전기 자동차나 기타 용도로 사용되는 배터리는 필요한 용량에 따라 수 십 개 또는 백 개 이상의 단위 셀(cell)이 집합된 배터리 팩으로 구성된다. 복수 개의 셀은 사용에 따른 시간이 경과함에 따라 쿨롱 효율 및 용량으로 기인하는 개별적인 동적 상태의 차이에 의해 전압의 불균형이 발생될 수 있다.
배터리의 사용 효율을 높이기 위해서는 배터리 셀들의 전압 레벨을 동일하게 유지하는 것이 필요하고, 이를 위해서 배터리 관리 시스템(battery management system: BMS)이 구비되어 배터리 팩의 각 배터리 셀들을 충전 또는 방전하면서 각 셀의 전압을 적정한 레벨로 유지시킨다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 중대형 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 상기 전지모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어려운 실정이다.
충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 전지팩에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.
KR 10-2014-0004818 A KR 10-2020-0098880 A
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치는, 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부; 온도 측정부에서 측정된 온도를 기초로 배터리 셀이 미리 설정된 온도 범위를 유지하도록 제어하는 온도 제어부; 배터리 팩의 외부에 설치되어 온도 제어부의 제어에 의해 열전 소자의 열처리를 수행하는 냉각 쿨러부; 배터리 셀의 전압을 검출하고, 배터리 셀 간의 전압차를 최소화하는 밸런싱부; 및 온도 제어부 또는 밸런싱부가 비정상적으로 동작하는 경우, 온도 제어부 또는 밸런싱부를 대체하는 보조 제어부;를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치는, 배터리 팩을 구성하는 각 배터리 셀에 연결된 개별 스위치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 온도 측정부 및 온도 제어부는 개별 스위치의 온/오프(on/off)를 통해 각 배터리 셀의 온도를 측정 및 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 열전 소자는 펠티어 소자(Peltier element)일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 보조 제어부는, 온도 제어부와 밸런싱부와 주기적으로 통신하여, 온도 제어부 또는 밸런싱부의 정상 동작 여부를 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치는, 각 배터리 셀의 온도 및 전압을 표시하고, 온도 제어부 또는 밸런싱부의 비정상 동작을 표시하는 모니터링부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 밸런싱부는, PWM(Pulse Width Modulation)를 이용하여 배터리 셀의 전압을 조절할 수 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법은, 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정 단계; 측정된 온도를 기초로 배터리 셀이 미리 설정된 온도 범위를 유지하도록 제어하는 온도 제어 단계; 배터리 팩의 외부에 설치된 냉각 쿨러부를 통해 열전 소자의 열처리를 수행하는 열처리 단계; 배터리 셀의 전압차를 검출하고, 배터리 셀 간의 전압차를 최소화하는 밸런싱 단계; 및 온도 제어 단계 또는 밸런싱 단계가 비정상적으로 동작하는 경우, 온도 제어 단계 또는 밸런싱 단계를 대체하는 보조 제어 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 온도 측정 단계 및 상기 온도 제어 단계는, 각 배터리 셀에 연결된 개별 스위치의 온/오프(on/off)를 통해 각 배터리 셀의 온도를 측정 및 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 밸런싱 단계는, PWM(Pulse Width Modulation)를 이용하여 배터리 셀의 전압을 조절할 수 있다.
이와 같은 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치에 따르면, 배터리 셀에 펠티어 소자를 직접적으로 부착시켜 일체화된 배터리 팩의 외각에 냉각 쿨러부를 설치하여 펠티어 소자의 흡열부에서 수분이 생성되는 것을 방지하고 발열부의 열처리를 할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀의 열화를 감소시켜, 배터리 팩의 성능을 유지할 수 있다.
또한, 온도 제어부 또는 밸런싱부와 신호가 끊겨 두 장치가 작동하지 않을 경우, 이들보다 먼저 배터리 셀의 온도 또는 전압을 제어하는 보조 제어부를 통해 보조 제어를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전 소자가 장착된 깡통형 슈퍼캐패시터의 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 열전 소자가 장착된 파우치형 슈퍼캐패시터의 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 밸런싱부의 밸런싱 회로의 일례를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법의 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치의 블록도이다.
본 발명에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치(10, 이하 장치)는 열전 소자가 배터리 셀 외부에 직접 접촉된 형태이며, 배터리 팩의 외각에 냉각 쿨러부를 설치하여 펠티어 소자의 흡열부에서 수분이 생성되는 것을 방지하고 발열부의 열처리를 수행하여 배터리 팩의 열화를 감소시킨다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(10)는 온도 측정부(110), 온도 제어부(120), 냉각 쿨러부(130), 밸런싱부(140) 및 보조 제어부(150)를 포함한다. 상기 장치(10)는 모니터링부(160)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 배터리 팩(1)은 복수개의 배터리 셀(11, 12, ... , 13)로 구성되고, 열전 소자는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)의 외측에 형성되거나, 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩의 외측에 전체적으로 또는 부분적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 열전 소자는 배터리 셀의 외부에 직접 접촉되어 온도 조절에 유리하며, 상기 열전 소자는 펠티어 소자(Peltier element)일 수 있다.
일 실시예로서, 도 2를 참조하면, 배터리의 일례인 깡통형 슈퍼캐패시터(14)에서 열전 소자는 슈퍼캐패시터의 원통형 외부를 두르는 형태로 형성될 수 있다.
다른 실시예로서, 도 3을 참조하면, 배터리의 일례인 파우치형 슈퍼캐패시터(15)에서 열전 소자는 슈퍼캐패시터의 외부 일면을 커버하는 형태로 형성될 수 있다.
그러나, 이러한 실시예들은 예시에 불과하며, 배터리 셀의 모양, 개수, 배열 등에 따라 배터리 셀의 외측에 접촉하는 형태로 열전 소자를 설치할 수 있다.
본 발명의 상기 장치(10)는 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있으며, 상기 온도 측정부(110), 상기 온도 제어부(120), 상기 냉각 쿨러부(130), 상기 밸런싱부(140), 상기 보조 제어부(150) 및 상기 모니터링부(160)의 구성은 상기 장치(10)에서 실행되는 상기 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절을 수행하기 위한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.
상기 장치(10)는 별도의 단말이거나 또는 단말의 일부 모듈일 수 있다. 또한, 상기 온도 측정부(110), 상기 온도 제어부(120), 상기 냉각 쿨러부(130), 상기 밸런싱부(140), 상기 보조 제어부(150) 및 상기 모니터링부(160)의 구성은 통합 모듈로 형성되거나, 하나 이상의 모듈로 이루어 질 수 있다. 그러나, 이와 반대로 각 구성은 별도의 모듈로 이루어질 수도 있다.
상기 장치(10)는 이동성을 갖거나 고정될 수 있다. 상기 장치(10)는 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(user equipment), MS(mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
상기 장치(10)는 운영체제(Operation System; OS), 즉 시스템을 기반으로 다양한 소프트웨어를 실행하거나 제작할 수 있다. 상기 운영체제는 소프트웨어가 장치의 하드웨어를 사용할 수 있도록 하기 위한 시스템 프로그램으로서, 안드로이드 OS, iOS, 윈도우 모바일 OS, 바다 OS, 심비안 OS, 블랙베리 OS 등 모바일 컴퓨터 운영체제 및 윈도우 계열, 리눅스 계열, 유닉스 계열, MAC, AIX, HP-UX 등 컴퓨터 운영체제를 모두 포함할 수 있다.
상기 온도 측정부(110)는 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩(1)의 온도를 측정한다.
상기 온도 측정부(110)는 정해진 시간 또는 주기적으로 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 측정부(110)는 배터리 셀 사이의 공간에 장착되어 있을 수 있다. 상기 온도 측정부(110)는 하나 이상일 수 있으며, 일정한 간격으로 형성될 수 있다.
상기 온도 제어부(120)는 상기 온도 측정부(110)에서 측정된 온도를 기초로 배터리 셀이 미리 설정된 온도 범위를 유지하도록 제어한다. 상기 온도 제어부(120)는 각 배터리 셀의 온도를 데이터화하여 저장할 수 있다.
예를 들어, 배터리 셀의 최적의 온도 범위는 약 10 내지 60 도로 설정할 수 있다. 그러나, 배터리 셀의 최적 온도 범위는 배터리의 스펙이나 사용 환경에 따라 설정할 수 있다.
배터리 셀의 온도가 미리 설정된 온도 범위를 벗어나는 경우, 상기 온도 제어부(120)는 상기 냉각 쿨러부(130)의 온/오프 제어를 통해 배터리 셀의 온도를 제어할 수 있다.
상기 냉각 쿨러부(130)는 배터리 팩(1)의 외부에 설치되어 온도 제어부(120)의 제어에 의해 열전 소자의 열처리를 수행한다.
상기 냉각 쿨러부(130)는 배터리 셀과 일체화된 펠티어 흡열부의 수분이 생성되는 것을 막고 펠티어 발열부의 열처리를 하기 위해 배터리 팩(1) 외각에 설치된다.
상기 밸런싱부(140)는 배터리 셀의 전압을 검출하고, 배터리 셀 간의 전압차를 최소화한다.
도 4는 도 1의 밸런싱부의 밸런싱 회로의 일례를 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 상기 밸런싱부(140)는 각 배터리 셀에 연결되는 스위치와 저항을 포함하는 밸런싱 회로(141)를 통해 각 배터리 셀의 양단 전압(양극, 음극)을 검출한다.
상기 밸런싱부(140)는 PWM(Pulse Width Modulation)를 이용하여 배터리 셀의 전압을 측정하고 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 밸런싱 회로(141)는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)에 각각 연결된 스위칭 소자(S1, S2, S3, ... ) 및 저항(R1, R2, R3, ... )으로 구성될 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 밸런싱 회로(141)는 열전 소자로부터의 역전압을 방지하기 위한 역전압 방지용 다이오드(D1, D2, D3, ... )를 더 포함할 수 있다. 역전압 방지용 다이오드(D1, D2, D3, ... )는 상기 밸런싱 회로(141)의 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)의 양극에 연결될 수 있다.
제1 배터리 셀(C1)에 연결된 제1 스위칭 소자(S1)가 온(on)되면, 상기 제1 배터리 셀(C1)의 양단 전압을 검출할 수 있다. 마찬가지로, 제2 배터리 셀(C2)에 연결된 제2 스위칭 소자(S2)가 온(on)되면, 상기 제2 배터리 셀(C2)의 양단 전압을 검출하고, 제3 배터리 셀(C3)에 연결된 제3 스위칭 소자(S3)가 온(on)되면, 상기 제3 배터리 셀(C3)의 양단 전압을 검출할 수 있다.
상기 보조 제어부(150)는 온도 제어부(120) 또는 밸런싱부(140)가 비정상적으로 동작하는 경우, 온도 제어부 또는 밸런싱부를 대체한다.
상기 보조 제어부(150)는, 상기 온도 제어부(120) 또는 상기 밸런싱부(140)와 주기적으로 통신하여, 상기 온도 제어부(120) 또는 상기 밸런싱부(140)의 정상 동작 여부를 감지한다.
만약, 상기 온도 제어부(120) 또는 상기 밸런싱부(140)가 정상적으로 동작하지 않는 경우, 상기 온도 제어부(120) 또는 상기 밸런싱부(140)를 대신하여 온도 제어 및 밸런싱을 수행한다.
상기 모니터링부(160)는 각 배터리 셀의 온도 및 전압을 표시하고, 온도 제어부 또는 밸런싱부의 비정상 동작을 표시한다. 상기 모니터링부(160)는 마지막으로 측정된 온도를 기점으로 복수의 배터리 셀 중 문제가 발생한 상기 배터리 셀을 파악할 수 있다. 이에 따라, 관리자는 배터리 팩(1)의 이상 여부를 감지하고, 교체 시기를 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치의 블록도이다.
본 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치(30, 이하 장치)는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)이 복수의 스위치(S1, S2, ... , S3)와 개별적으로 연결된다는 점을 제외하고, 도 1의 실시예에 따른 장치(10)와 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여 중복되는 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 장치(30)는 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)이 복수의 스위치(S1, S2, ... , S3)와 개별적으로 연결되어 온/오프(on/off)를 통해 제어된다.
상기 온도 측정부(110)는 각 스위치(S1, S2, ... , S3)의 온/오프(on/off)를 통해 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)의 온도를 측정하고, 상기 온도 제어부(120)는 각 스위치(S1, S2, ... , S3)의 온/오프(on/off)를 통해 각 배터리 셀(11, 12, ... , 13)의 온도를 제어할 수 있다.
이에 따라, 각 배터리 셀의 열화에 따라 개별적으로 온도를 제어하여 전체 배터리 팩(1)의 성능을 고효율로 유지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀에 펠티어 소자를 직접적으로 부착시켜 일체화된 배터리 팩의 외각에 냉각 쿨러부를 설치하여 펠티어 소자의 흡열부에서 수분이 생성되는 것을 방지하고 발열부의 열처리를 할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀의 열화를 감소시켜, 배터리 팩의 성능을 유지할 수 있다.
또한, 온도 제어부 또는 밸런싱부와 신호가 끊겨 두 장치가 작동하지 않을 경우, 이들보다 먼저 배터리 셀의 온도 또는 전압을 제어하는 보조 제어부를 통해 보조 제어를 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법의 흐름도이다.
본 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법은, 도 1의 장치(10) 또는 도 5의 장치(30)와 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다. 따라서, 도 1의 장치(10) 또는 도 5의 장치(30)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법은 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절을 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)에 의해 실행될 수 있다.
본 발명은 열전 소자가 배터리 셀 외부에 직접 접촉된 형태이며, 배터리 팩의 외각에 냉각 쿨러부를 설치하여 펠티어 소자의 흡열부에서 수분이 생성되는 것을 방지하고 발열부의 열처리를 수행하여 배터리 팩의 열화를 감소시킨다.
본 발명에서 배터리 팩은 복수개의 배터리 셀로 구성되고, 열전 소자는 각 배터리 셀의 외측에 형성되거나, 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩의 외측에 전체적으로 또는 부분적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 열전 소자는 배터리 셀의 외부에 직접 접촉되어 온도 조절에 유리하며, 상기 열전 소자는 펠티어 소자(Peltier element)일 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법은, 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩의 온도를 측정한다(단계 S10).
일례에서, 상기 온도 측정 단계(단계 S10)는, 정해진 시간 또는 주기적으로 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있으며, 각 배터리 셀에 연결된 개별 스위치의 온/오프(on/off)를 통해 각 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있다.
측정된 온도를 기초로 배터리 셀이 미리 설정된 온도 범위를 유지하도록 제어한다(단계 S20).
일례에서, 상기 온도 제어 단계(단계 S20)는, 각 배터리 셀에 연결된 개별 스위치의 온/오프(on/off)를 통해 각 배터리 셀의 온도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 배터리 셀의 최적의 온도 범위는 약 10 내지 60 도로 설정할 수 있다. 그러나, 배터리 셀의 최적 온도 범위는 배터리의 스펙이나 사용 환경에 따라 설정할 수 있다.
배터리 셀의 온도가 미리 설정된 온도 범위를 벗어나는 경우, 냉각 쿨러부의 온/오프 제어를 통해 배터리 셀의 온도를 제어할 수 있다.
배터리 팩의 외부에 설치된 냉각 쿨러부를 통해 열전 소자의 열처리를 수행한다(단계 S30).
상기 냉각 쿨러부는 배터리 셀과 일체화된 펠티어 흡열부의 수분이 생성되는 것을 막고 펠티어 발열부의 열처리를 하기 위해 배터리 팩 외각에 설치된다.
배터리 셀의 전압차를 검출하고, 배터리 셀 간의 전압차를 최소화하는 밸런싱을 수행한다(단계 S40).
배터리 셀의 밸런싱은 PWM(Pulse Width Modulation)를 이용하여 배터리 셀의 전압을 측정하고 제어할 수 있다.
온도 제어 단계 또는 밸런싱 단계가 비정상적으로 동작하는 경우, 온도 제어 단계 또는 밸런싱 단계를 대체하는 보조 제어를 수행한다(단계 S50).
다른 실시예에서, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법은, 각 배터리 셀의 온도 및 전압을 표시하고, 온도 제어부 또는 밸런싱부의 비정상 동작을 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 관리자는 배터리 팩의 이상 여부를 감지하고, 교체 시기를 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀에 펠티어 소자를 직접적으로 부착시켜 일체화된 배터리 팩의 외각에 냉각 쿨러부를 설치하여 펠티어 소자의 흡열부에서 수분이 생성되는 것을 방지하고 발열부의 열처리를 할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀의 열화를 감소시켜, 배터리 팩의 성능을 유지할 수 있다.
이와 같은, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 배터리 셀에 직접 접촉된 열전 소자를 이용하여 온도 조절에 유리하며, 배터리 팩의 외각에 냉각 쿨러부를 설치하여 펠티어 소자의 흡열부에서 수분이 생성되는 것을 방지하고 발열부의 열처리를 할 수 있다. 따라서, 배터리가 사용되는 모든 분야에 유용하게 적용 가능하다.
10, 30: 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치
1: 배터리 팩
11, 12, 13: 배터리 셀
110: 온도 측정부
120: 온도 제어부
130: 냉각 쿨러부
140: 밸런싱부
150: 보조 제어부
160: 모니터링부

Claims (10)

  1. 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부;
    온도 측정부에서 측정된 온도를 기초로 배터리 셀이 미리 설정된 온도 범위를 유지하도록 제어하는 온도 제어부;
    배터리 팩의 외부에 설치되어 온도 제어부의 제어에 의해 열전 소자의 열처리를 수행하는 냉각 쿨러부;
    배터리 셀의 전압을 검출하고, 배터리 셀 간의 전압차를 최소화하는 밸런싱부; 및
    온도 제어부 또는 밸런싱부가 비정상적으로 동작하는 경우, 온도 제어부 또는 밸런싱부를 대체하는 보조 제어부;를 포함하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    배터리 팩을 구성하는 각 배터리 셀에 연결된 개별 스위치를 더 포함하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    온도 측정부 및 온도 제어부는 개별 스위치의 온/오프(on/off)를 통해 각 배터리 셀의 온도를 측정 및 제어하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    열전 소자는 펠티어 소자(Peltier element)인, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보조 제어부는,
    온도 제어부와 밸런싱부와 주기적으로 통신하여, 온도 제어부 또는 밸런싱부의 정상 동작 여부를 감지하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    각 배터리 셀의 온도 및 전압을 표시하고, 온도 제어부 또는 밸런싱부의 비정상 동작을 표시하는 모니터링부;를 더 포함하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 밸런싱부는,
    PWM(Pulse Width Modulation)를 이용하여 배터리 셀의 전압을 조절하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치.
  8. 각각 열전 소자와 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 배터리 셀로 구성되는 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정 단계;
    측정된 온도를 기초로 배터리 셀이 미리 설정된 온도 범위를 유지하도록 제어하는 온도 제어 단계;
    배터리 팩의 외부에 설치된 냉각 쿨러부를 통해 열전 소자의 열처리를 수행하는 열처리 단계;
    배터리 셀의 전압차를 검출하고, 배터리 셀 간의 전압차를 최소화하는 밸런싱 단계; 및
    온도 제어 단계 또는 밸런싱 단계가 비정상적으로 동작하는 경우, 온도 제어 단계 또는 밸런싱 단계를 대체하는 보조 제어 단계;를 포함하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 온도 측정 단계 및 상기 온도 제어 단계는,
    각 배터리 셀에 연결된 개별 스위치의 온/오프(on/off)를 통해 각 배터리 셀의 온도를 측정 및 제어하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 밸런싱 단계는,
    PWM(Pulse Width Modulation)를 이용하여 배터리 셀의 전압을 조절하는, 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 방법.
KR1020210042369A 2021-03-31 2021-03-31 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법 KR102557936B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210042369A KR102557936B1 (ko) 2021-03-31 2021-03-31 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210042369A KR102557936B1 (ko) 2021-03-31 2021-03-31 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220135973A true KR20220135973A (ko) 2022-10-07
KR102557936B1 KR102557936B1 (ko) 2023-07-20

Family

ID=83595965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210042369A KR102557936B1 (ko) 2021-03-31 2021-03-31 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102557936B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101165593B1 (ko) * 2012-02-07 2012-07-23 (주)이미지스테크놀로지 양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치
KR20140004818A (ko) 2012-06-12 2014-01-14 주식회사 엘지화학 온도 조절을 위한 펠티어 소자를 포함하고 있는 전지팩
KR101735738B1 (ko) * 2015-12-14 2017-05-24 현대오트론 주식회사 과충전 방지 장치 및 이의 고장 진단 방법
KR20190071455A (ko) * 2017-12-14 2019-06-24 주식회사 엘지화학 셀 밸런싱 장치 및 방법
KR20200098880A (ko) 2019-02-13 2020-08-21 에스케이이노베이션 주식회사 열전소자를 이용한 배터리 셀 밸런싱 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101165593B1 (ko) * 2012-02-07 2012-07-23 (주)이미지스테크놀로지 양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치
KR20140004818A (ko) 2012-06-12 2014-01-14 주식회사 엘지화학 온도 조절을 위한 펠티어 소자를 포함하고 있는 전지팩
KR101735738B1 (ko) * 2015-12-14 2017-05-24 현대오트론 주식회사 과충전 방지 장치 및 이의 고장 진단 방법
KR20190071455A (ko) * 2017-12-14 2019-06-24 주식회사 엘지화학 셀 밸런싱 장치 및 방법
KR20200098880A (ko) 2019-02-13 2020-08-21 에스케이이노베이션 주식회사 열전소자를 이용한 배터리 셀 밸런싱 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR102557936B1 (ko) 2023-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3540844B1 (en) Battery management aparatus and battery pack including same
US10044080B2 (en) Battery temperature raising system and control method thereof
EP2720344B1 (en) Battery system, and method for controlling battery system
KR101736886B1 (ko) 축전 소자 및 축전 장치
KR100749838B1 (ko) 2차 배터리 교체 방법
KR101778667B1 (ko) 냉각 플레이트들을 포함하는 전지모듈
KR102224592B1 (ko) 매트릭스 구조의 배터리 팩을 갖는 전기 자동차용 배터리 장치
US11223079B2 (en) Battery pack
KR20140003325A (ko) 배터리 팩 및 배터리 팩에 적용되는 ｓｏｃ 알고리즘
KR101816843B1 (ko) 배터리 충방전 장치용 냉각장치
KR102061292B1 (ko) 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차
JP3367382B2 (ja) リチウムイオン２次電池
JP2013254664A (ja) 二次電池の制御装置
EP2901510B1 (en) Pressure relief device
KR20210128597A (ko) 배터리 보호 장치 및 그 방법
EP3247014B1 (en) Overvoltage protection circuit, control method therefor and battery pack
KR102586103B1 (ko) 배터리 시스템, 배터리 시스템 내부 누출 검출 방법, 및 배터리 시스템을 포함하는 차량
US20210265672A1 (en) Battery system, method for leakage detection inside the battery system, and vehicle including the battery system
KR20060102667A (ko) 이차 전지 모듈
KR101024318B1 (ko) 2차 전지 포메이션 장치
EP3772122B1 (en) Battery module with a multifunctional end-plate
KR102557936B1 (ko) 열전 소자를 이용하는 배터리 팩의 온도 조절 장치 및 방법
KR102545263B1 (ko) 열전 소자를 이용한 배터리 셀 관리 장치
JP2019091565A (ja) 組電池の制御装置
KR20220006474A (ko) 배터리 시스템 및 배터리 시스템을 충전하는 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant