WO2013027982A2 - 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치 - Google Patents

하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a failure detection method and apparatus for an energy storage module, and more particularly, to a failure detection method and apparatus for an energy storage module of a hybrid construction machine using a moisture detection sensor.
  • the energy storage module of the hybrid construction machine is composed of a battery and an ultra capacitor (UC) module to control power according to the characteristics of each storage device to maximize energy efficiency.
  • UC ultra capacitor
  • a plurality of cells are connected in series to form a sub module, and the plurality of sub modules are connected in series to form a whole module.
  • the energy storage module generates heat during operation, and this driving heat causes the efficiency of the energy storage module to be degraded or causes a failure. Therefore, various methods are used for cooling the energy storage module.
  • air-cooled cooling methods using air flow and water-cooled cooling methods using liquid refrigerant are used.
  • the water-cooled cooling method is higher in cooling efficiency than the air-cooled cooling method and is used in various methods.
  • An example of a water-cooled cooling method is a method in which a water cooling plate cooled by a refrigerant is brought into contact with a heating element of an energy storage module.
  • a water cooling plate cooled by a refrigerant when used in a construction machine with a large external shock and vibration, major components may be damaged by fatigue or impact, and the leaked refrigerant may enter the energy storage module. Therefore, electrical breakdown of the cell and the module may occur due to a short between cells.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, the energy of the hybrid construction machine that can prevent failure before the fatal breakage of the cell or module of the energy storage module when moisture is introduced into the energy storage module from the outside. It is an object of the present invention to provide a failure detection method and apparatus for a storage module.
  • water in the energy storage module of a hybrid construction machine using a battery and an energy storage module as a power source water in the energy storage module A moisture detection sensor that measures the amount of water; A control board comparing the amount of moisture measured using the moisture detection sensor with a predetermined amount of moisture to determine whether the energy storage module is broken; And a failure notification unit for notifying a user of a failure when the amount of the measured moisture exceeds the predetermined amount of moisture as a result of the determination of the control board.
  • the present invention provides a method of detecting a failure of an energy storage module of a hybrid construction machine using a battery and an energy storage module as a power source, the method comprising: measuring an amount of moisture in the energy storage module; ; Determining whether the energy storage module has failed by comparing the measured amount of moisture with a preset amount of moisture; And generating a warning sound when the measured amount of moisture exceeds the predetermined amount of moisture.
  • an energy storage module of a hybrid construction machine that prevents a failure before the fatal damage of a cell or a module of an energy storage module when a water invasion from the outside occurs or immediately cuts off the power when determining the failure.
  • the moisture detection sensor provides a failure detection device of the energy storage module of the hybrid construction machine located between the bottom surface of the heat sink and the water cooling plate, thereby quickly preventing moisture generation due to condensation and water intrusion due to leakage of the lower water cooling plate. Can be detected.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of the energy storage module of the hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of a part of an energy storage module of a hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view showing a failure scheme of a sub module of an energy storage module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an enlarged view of a part of an energy storage module of a hybrid construction machine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing the configuration of the failure detection device of the energy storage module of the hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a failure detection method of an energy storage module of a hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of the energy storage module of the hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an enlarged view of a part of the energy storage module of the hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • an energy storage module 100 such as an ultra capacitor according to the present invention may include a sub module 120, a water cooling plate 130, a moisture detection sensor 140, and a control board. 150 and the outer case 160 and the like.
  • the sub module 120 is configured by a plurality of cells 122 connected in series, and the plurality of sub modules 120 are connected in series through a bus bar (not shown) to form an entire module.
  • Each sub module 120 is accommodated in the sub module case 124, and each sub module case 124 is accommodated in the outer case 160 which will be described later.
  • the water cooling plate 130 is mounted on upper and lower portions of the sub module 120 and is made of a metal material having high thermal conductivity, thereby dissipating heat generated by the sub module 120 to the outside of the plurality of cells 122.
  • a water cooling plate is generally formed of aluminum (Al).
  • the energy storage module 100 has terminals of each cell 122 formed at an upper portion thereof, such that the water cooling plate 130 is disposed below each cell 122. Accordingly, the water cooling plate 130 is disposed between the bottom surface of the outer case 160 and the bottom surface of the sub module case 124.
  • the outer case 160 surrounds the outside of the energy storage module 100 and is made of a metal material to protect the energy storage module 100 from external vibration fatigue or shock.
  • the cooling water passage 162 includes a cooling water passage 162 and a gasket 164 disposed between the water cooling plate 130 and the outer case 160 to seal the cooling water passage 162.
  • the gasket 164 may be formed in various forms, it is preferable to use a liquid gasket capable of performing a sealing function by a simple application in terms of simplifying the structure and reducing the manufacturing cost.
  • the moisture detection sensor 140 is for detecting moisture inflow inside the outer case 160. To this end, in one embodiment of the present invention, the moisture sensor 140 is disposed outside the sub-module case 124. Therefore, the number of moisture detection sensors 140 installed in the energy storage module 100 preferably corresponds to the number of sub-modules 120.
  • the moisture sensor 140 according to the present invention is disposed spaced apart from the bottom of the sub-module case 124 by a predetermined interval. This is because the lower end of each cell 122 is spaced apart from the bottom of the outer case 160 by the water cooling plate 130 and the heat sink 170. Accordingly, even if moisture penetrates the bottom of the outer case 160, the cells 122 are not substantially damaged, and thus, the driving point of the energy storage module 100 is stopped and the driver's work efficiency is lowered by detecting the time point. It won't let you.
  • the heat dissipator 170 is preferably formed of a material capable of performing a heat dissipation function and an insulation function, and in the present invention, for example, the heat dissipation unit 170 may be formed in a pad shape.
  • the moisture detection sensor 140 is disposed between the lower end of each cell 122 and the outer case 160. This is because even if the water level invading the inside of the outer case 160 is lower than the lower end of each cell 122, due to the capillary phenomenon, the gap of the cell 122 through the gap between the heat sink 170 and the water cooling plate 130. In addition to preventing water from substantially invading the lower end, when the construction machine is working on the slope, etc., the internal water flows and the water level is increased at a specific part to allow for moisture to enter the bottom of the cell 122.
  • the moisture detection sensor 140 is installed on the outer peripheral surface of the lower end of the outer case 160 so as to be spaced approximately 3 to 4 mm from the lower end of the cell 122, in this case, the moisture detection sensor 140 Is disposed between the lower end of the cell 122 and the water cooling plate 130 or between the heat sink 170 and the water cooling plate 130, the water by the water infiltration due to the above-described capillary phenomenon and water flow due to the attitude of the vehicle, etc. All penetrations can be detected.
  • the control board 150 determines whether the energy storage module 100 has failed by comparing the amount of water measured using the moisture detection sensor 140 with a predetermined amount of water, and generates a warning sound or generates an energy storage module ( Cut off the power flowing into 100). That is, as shown in FIG. 2, when moisture inflow is detected 3 to 4 mm below (A) with respect to the bottom of the cell 122, the control board 150 determines that there is a high risk of short circuit and generates a warning sound. Or cut off power flowing into the energy storage module 100.
  • control board 150 simply generates a warning sound when the amount of the measured moisture exceeds a predetermined amount of moisture but does not exceed the amount of moisture required for power off of the energy storage module 100.
  • a heat sink 170 may be further provided between the cell 122 and the water cooling plate 130.
  • the radiator 170 may be provided for each cell 122, and may effectively radiate heat by transferring heat generated from each cell 122 to the water cooling plate 130.
  • the heat sink 170 may insulate the cell 122 and the water cooling plate 130 from each other.
  • the upper part where the bus bar is located has a small risk because a cooling device is not installed.
  • the lower structure of the energy storage module 100 is likely to be short-circuited by the moisture by the installation of the water-cooled cooling device.
  • the moisture detection sensor 140 may be installed between the bottom surface of the heat sink 170 and the water cooling plate 130.
  • the moisture detection sensor 140 measures the amount of moisture generated by water or leaks generated by condensation therein.
  • the moisture detection sensor 140 may measure the amount of moisture to detect the inflow of moisture inside the outer case 160.
  • the moisture sensor 140 Due to the installation position of the moisture sensor 140, the moisture sensor 140 is able to detect the moisture intrusion before the water level collected in the energy storage module 100 reaches the lower portion of the cell 122. . In addition, even if the water level is very low, if the moisture invades the lower surface of the heat sink 170 by the capillary phenomenon, the moisture is also intruded between the cell 122 and the heat sink 170 can be detected. do. Alternatively, even when the water level is low, even if the water flows into the cell due to the posture of the equipment, it can be detected.
  • FIG. 5 is a view showing the configuration of the failure detection device of the energy storage module of the hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • the failure detection device 500 of the energy storage module 100 may include a moisture detection sensor 140, a control board 150, a failure notification unit 510, and a power cutoff unit 520. And the like.
  • the moisture sensor 140 measures the amount of moisture in the energy storage module 100.
  • the control board 150 determines whether the energy storage module 100 has failed by comparing the amount of moisture measured using the moisture detection sensor 140 with a predetermined amount of moisture.
  • the control board 150 may include a signal converter 152, a memory 154, a controller 156, and the like.
  • the signal converter 152 converts the amount of moisture measured using the moisture sensor 140 into an electrical signal.
  • the memory unit 154 stores a predetermined amount of moisture and an amount of moisture required to cut off the power of the energy storage module 100.
  • the controller 156 compares the amount of moisture measured using the moisture detection sensor 140 with a predetermined amount of moisture stored in the memory unit 154 to determine whether the energy storage module 100 has failed. In addition, the controller 156 simply controls the failure notification unit 510 when the measured amount of moisture exceeds the preset amount of moisture but does not exceed the amount of moisture required for power off of the energy storage module 100. To generate a warning sound, and if the measured amount of water exceeds the amount of water required to cut off the power of the energy storage module 100, the power cut-off unit 520 controls the power flowing into the energy storage module 100. To block.
  • the failure notification unit 510 generates a warning sound according to the determination result of the control unit 156. In this case, when the amount of moisture detected before the power cutoff unit 520 cuts off the power flowing into the energy storage module 100 is small, the failure notification unit 510 does not immediately stop the operation of the system but generates a warning sound. By generating, it is possible to prevent the failure in advance.
  • the power cutoff unit 520 cuts off power flowing into the energy storage module 100 according to the determination result of the control unit 156.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a failure detection method of an energy storage module of a hybrid construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • the moisture detection sensor 140 measures the amount of moisture in the energy storage module 100 (S610).
  • the control board 150 determines whether the energy storage module 100 is broken by comparing the amount of moisture measured using the moisture detection sensor 140 with a predetermined amount of moisture (S620). For example, as shown in FIG. 2, when the inflow of moisture is detected 3 to 4 mm below (A) with respect to the bottom of the cell 122, the energy storage module 100 may be broken. To judge. Here, when the amount of moisture measured exceeds the preset amount of moisture but does not exceed the amount of moisture required for power off of the energy storage module 100, the control board 150 simply provides a failure notification unit 510. By generating a warning sound to control, if the measured amount of water exceeds the amount of water required for power off of the energy storage module 100, by controlling the power cut off unit 520 is introduced into the energy storage module 100 Shut off power.
  • S620 predetermined amount of moisture
  • the failure notification unit 510 generates a warning sound according to the determination result of the control board 150, or displays a warning light on the display screen (S630).
  • the failure notification unit 510 generates a warning sound without immediately stopping the operation of the system when the amount of moisture detected before the power cutoff unit 520 cuts off the power flowing into the energy storage module 100 is small. By doing so, it is possible to prevent the failure in advance.
  • the power cutoff unit 520 cuts off the power flowing into the energy storage module 100 according to the determination result of the control unit 156 (S640).
  • the present invention provides a method and apparatus for detecting a failure of an energy storage module of a hybrid construction machine that prevents a failure before the fatal damage of a cell or the module of the energy storage module when a water intrusion from the outside occurs or immediately cuts off the power when determining the failure.

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Abstract

본 발명은 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상기 에너지 저장 모듈 내 수분의 양을 측정하는 수분 감지 센서; 상기 수분 감지 센서를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 상기 에너지 저장 모듈의 고장 여부를 판단하는 제어 보드; 및 상기 제어 보드의 판단 결과, 상기 측정된 수분의 양이 상기 기설정된 수분의 양을 초과한 경우, 사용자에게 고장을 알리는 고장 알림부를 포함한다.

Description

하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치
본 발명은 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수분 감지 센서를 이용한 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근에는 유가의 급격한 상승과 함께 엔진의 잉여 동력을 에너지 저장 모듈에 저장하고, 엔진의 부족한 동력을 에너지 저장 모듈로부터 공급받아 연비를 개선한 하이브리드 형태의 건설기계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈은 배터리와 울트라 커패시터(Ultra Capacitor; 이하, 'UC') 모듈로 구성되어 에너지 효율을 극대화시킬 수 있도록 각 저장 장치의 특성에 맞추어 동력을 제어하고 있다.
UC 모듈 및 배터리 등은 다수의 셀이 직렬로 연결되어 서브 모듈을 이루고, 다수의 서브 모듈이 직렬로 연결되어 전체 모듈을 구성한다.
이러한 에너지 저장 모듈은 구동 중에 열을 발생시키고, 이러한 구동열은 에너지 저장 모듈의 효율을 저하시키거나 고장을 야기시키는 원인이 된다. 따라서, 에너지 저장 모듈의 냉각을 위해 다양한 방법이 사용되고 있다. 통상적으로 공기 유동을 이용한 공랭식 냉각 방법 및 액상 냉매를 이용하는 수냉식 냉각 방법이 사용된다. 여기서, 수냉식 냉각 방법은 공랭식 냉각 방법보다 냉각 효율이 높아 다양한 방법으로 사용된다.
수냉식 냉각 방법의 일례로 냉매에 의해 냉각되는 수냉각판을 에너지 저장 모듈의 발열체에 접촉시키는 방법이 있다. 하지만, 이러한 종래의 수냉식 냉각 방법은 외부 충격 및 진동이 큰 건설기계에 사용할 경우 주요 구성품들이 피로나 충격에 의해 파손될 수 있고, 이때 누출되는 냉매가 에너지 저장 모듈 내부로 침입할 가능성이 있다. 따라서, 셀 간 단락(Short)에 의한 셀 및 모듈의 전기적 파손이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 외부로부터 에너지 저장 모듈 내부로 수분 유입시 에너지 저장 모듈의 셀이나 모듈의 치명적인 파손이 발생되기 전에 고장을 예방할 수 있는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명은 배터리 및 에너지 저장 모듈을 동력원으로 사용하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치에 있어서, 상기 에너지 저장 모듈 내 수분의 양을 측정하는 수분 감지 센서; 상기 수분 감지 센서를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 상기 에너지 저장 모듈의 고장 여부를 판단하는 제어 보드; 및 상기 제어 보드의 판단 결과, 상기 측정된 수분의 양이 상기 기설정된 수분의 양을 초과한 경우, 사용자에게 고장을 알리는 고장 알림부를 포함한다.
또한, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명은 배터리 및 에너지 저장 모듈을 동력원으로 사용하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법에 있어서, 상기 에너지 저장 모듈 내 수분의 양을 측정하는 단계; 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 상기 에너지 저장 모듈의 고장 여부를 판단하는 단계; 및 상기 측정된 수분의 양이 상기 기설정된 수분의 양을 초과한 경우, 경고음을 발생시키는 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 외부로부터의 수분 침입시 에너지 저장 모듈의 셀이나 모듈의 치명적인 파손이 발생되기 전에 고장을 예방하거나 고장 판단시 즉각적으로 전력을 차단하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치를 제공함으로써, 하이브리드 건설기계에서 시스템의 물리적인 안전을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수분 감지 센서가 방열체의 바닥면과 수냉각판 사이에 위치하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치를 제공함으로써, 결로에 의한 수분 발생 및 하부 수냉각판의 누수에 의한 수분 침입을 신속하게 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 일부를 확대한 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 모듈의 서브 모듈의 고장 방식을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 일부를 확대한 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 일부를 확대한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 울트라 커패시터(Ultra Capacitor) 등의 에너지 저장 모듈(100)은 서브 모듈(120), 수냉각판(130), 수분 감지 센서(140), 제어 보드(150) 및 외부 케이스(160) 등을 포함한다.
서브 모듈(120)은 다수의 셀(122)이 직렬로 연결되어 구성되고, 다수의 서브 모듈(120)이 버스바(미도시)를 통해 직렬로 연결되어 전체 모듈을 구성한다. 각각의 서브 모듈(120)은 서브 모듈 케이스(124)에 수용되며, 각각의 서브 모듈 케이스(124)는 후술하는 외부 케이스(160) 내부에 수용된다.
수냉각판(130)은 서브 모듈(120)의 상하부에 장착되고, 열전도성이 높은 금속 재질로 이루어져 있어서 서브 모듈(120)에서 발생되는 열을 다수의 셀(122) 외부로 방출한다. 통상적으로 이러한 수냉각판은 알루미늄(Al)으로 형성되는 것이 일반적이다. 본 발명의 일실시예에서 에너지 저장 모듈(100)은 각 셀(122)의 단자가 그 상부에 형성되어 있어, 수냉각판(130)이 각 셀(122)의 하부에 배치된다. 따라서, 수냉각판(130)은 외부 케이스(160)의 저면과 서브 모듈 케이스(124)의 저면 사이에 배치된다.
외부 케이스(160)는 에너지 저장 모듈(100)의 외부를 감싸고, 금속 재질로 이루어져 있어서 외부 진동 피로나 충격으로부터 에너지 저장 모듈(100)을 보호한다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각수가 드나드는 냉각수로(162) 및 수냉각판(130)과 외부 케이스(160) 사이에 배치되어 냉각수로(162)를 밀봉시키는 가스켓(164)을 구비한다. 여기서, 가스켓(164)은 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 구조 단순화 및 제조 비용 감소 측면에서 간단한 도포에 의해 밀봉 기능을 수행할 수 있는 액상가스켓을 사용하는 것이 바람직하다.
수분 감지 센서(140)는 외부 케이스(160) 내부의 수분 유입을 감지하기 위한 것이다. 이를 위해, 본 발명의 일실시예에서 수분 감지 센서(140)는 서브 모듈 케이스(124)의 외부에 배치된다. 따라서, 에너지 저장 모듈(100)에 설치되는 수분 감지 센서(140)의 개수는 서브 모듈(120)의 개수에 대응되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 수분 감지 센서(140)는 서브 모듈 케이스(124)의 하단으로부터 일정 간격 이격되어 배치된다. 이는 각 셀(122)의 하단이 수냉각판(130) 및 방열체(170) 등에 의해 외부 케이스(160) 저면으로부터 일정 간격 이격되어 배치되기 때문이다. 이에 따라, 외부 케이스(160) 저면에 수분이 침입하더라도 실질적으로 각 셀(122)을 손상시키지 않기 때문에, 이 시점을 감지하여 미리 에너지 저장 모듈(100)의 구동을 중지시켜 운전자의 작업 효율을 저하시키지 않게 된다. 여기서, 방열체(170)는 방열 기능 및 절연 기능을 수행할 수 있는 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 패드 형상으로 형성된 것을 예로 들었으나, 패드 형상이 아닌 도포체 등과 같은 다른 형태로도 구성 가능하다.
이와 유사하게, 본 발명에 따른 수분 감지 센서(140)는 각 셀(122)의 하단과 외부 케이스(160) 사이에 배치된다. 이는 외부 케이스(160) 내부에 침입한 수분의 수위가 각 셀(122)의 하단보다 낮더라도, 모세관 현상 등으로 인해 방열체(170) 및 수냉각판(130)의 틈새를 통해 셀(122)의 하단에 수분이 실질적으로 침입하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 건설기계가 경사지 등에서 작업할 경우 내부 수분이 유동하여 특정 부위에서 수위가 높아져서 셀(122)의 하단에 수분이 침입하는 것을 감안한 것이다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서는 셀(122)의 하단으로부터 대략 3 ~ 4 mm 이격되도록 외부 케이스(160) 하단 외주면에 수분 감지 센서(140)가 설치되며, 이 경우, 수분 감지 센서(140)는 셀(122)의 하단과 수냉각판(130) 사이 또는 방열체(170)와 수냉각판(130) 사이에 배치되어, 상술한 모세관 현상에 의한 수분 침투 및 차량의 자세 등에 의한 수분 유동에 의한 수분 침투를 모두 감지할 수 있게 된다.
제어 보드(150)는 수분 감지 센서(140)를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 에너지 저장 모듈(100)의 고장 여부를 판단한 후, 경고음을 발생시키거나 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 보드(150)는 셀(122) 바닥을 기준으로 3 ~ 4 mm 아래(A)에서 수분 유입이 감지되면, 단락의 위험성이 높다고 판단하여 경고음을 발생시키거나 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단한다.
여기서, 제어 보드(150)는 측정된 수분의 양이 기설정된 수분의 양을 초과하지만 에너지 저장 모듈(100)의 전력 차단에 필요한 수분의 양을 초과하지 않는 경우 단순히 경고음만을 발생시킨다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 셀(122)과 수냉각판(130) 사이에 방열체(170)가 추가로 구비될 수 있다. 여기서, 방열체(170)는 셀(122)마다 구비될 수 있으며, 각 셀(122)에서 발생하는 열을 수냉각판(130)으로 효과적으로 전달하여 방열시킬 수 있다. 또한, 방열체(170)는 셀(122)과 수냉각판(130)을 서로 절연시킬 수 있다.
한편, 결로에 의한 수분 발생 및 하부 수냉각판(130)의 누수에 의한 수분 침입시, 버스바가 위치한 상부는 냉각 장치가 설치되지 않아 위험도가 작다. 하지만, 에너지 저장 모듈(100)의 하부 구조는 수냉식 냉각 장치의 설치에 의해 수분이 침입하여 단락될 가능성이 높다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 수분 감지 센서(140)가 방열체(170)의 바닥면과 수냉각판(130) 사이에 설치될 수 있다. 이에, 수분 감지 센서(140)는 내부에서 결로에 의하여 생성된 수분이나 누수에 의하여 발생한 수분의 양을 측정한다. 또한, 수분 감지 센서(140)는 외부 케이스(160) 내부의 수분 유입을 감지하기 위해 수분의 양을 측정할 수 있다.
이와 같은 수분 감지 센서(140)의 설치위치 때문에, 수분 감지 센서(140)는 에너지 저장 모듈(100) 내부에 모아진 수분의 수위가 셀(122)의 하부에 닿기 전에 수분 침입을 검출할 수 있게 된다. 또한, 수분의 수위가 매우 낮더라도 모세관 현상에 의해 방열체(170)의 하면에 수분이 침입한다면 셀(122)과 방열체(170)의 사이에도 수분이 침입된 것으로 간주하여 이를 검출할 수 있게 된다. 또는 수분의 수위가 낮더라도 장비의 자세 등의 원인에 의해 수분이 유동하여 셀에 침입할 경우에도 이를 검출할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 저장 모듈(100)의 고장 감지 장치(500)는 수분 감지 센서(140), 제어 보드(150), 고장 알림부(510) 및 전력 차단부(520) 등을 포함한다.
수분 감지 센서(140)는 에너지 저장 모듈(100) 내 수분의 양을 측정한다.
제어 보드(150)는 수분 감지 센서(140)를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 에너지 저장 모듈(100)의 고장 여부를 판단한다. 이를 위해, 제어 보드(150)는 신호 변환부(152), 메모리부(154) 및 제어부(156) 등을 포함할 수 있다.
신호 변환부(152)는 수분 감지 센서(140)를 이용하여 측정된 수분의 양을 전기적인 신호로 변환한다.
메모리부(154)는 기설정된 수분의 양과 에너지 저장 모듈(100)의 전력 차단에 필요한 수분의 양을 저장한다.
제어부(156)는 수분 감지 센서(140)를 이용하여 측정된 수분의 양과 메모리부(154)에 저장된 기설정된 수분의 양을 비교하여 에너지 저장 모듈(100)의 고장 여부를 판단한다. 또한, 제어부(156)는 측정된 수분의 양이 기설정된 수분의 양을 초과하지만 에너지 저장 모듈(100)의 전력 차단에 필요한 수분의 양을 초과하지 않는 경우, 단순히 고장 알림부(510)를 제어하여 경고음을 발생시키고, 측정된 수분의 양이 에너지 저장 모듈(100)의 전력 차단에 필요한 수분의 양을 초과하는 경우, 전력 차단부(520)를 제어하여 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단한다.
고장 알림부(510)는 제어부(156)의 판단 결과에 따라 경고음을 발생시킨다. 이때, 고장 알림부(510)는 전력 차단부(520)가 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단하기 이전에 감지된 수분의 양이 소량인 경우, 시스템의 운전을 바로 정지하지 않고 경고음을 발생함으로써, 고장을 사전에 예방할 수 있도록 한다.
전력 차단부(520)는 제어부(156)의 판단 결과에 따라 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 수분 감지 센서(140)는 에너지 저장 모듈(100) 내 수분의 양을 측정한다(S610).
제어 보드(150)는 수분 감지 센서(140)를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 에너지 저장 모듈(100)의 고장 여부를 판단한다(S620). 예를 들면, 제어 보드(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 셀(122) 바닥을 기준으로 3 ~ 4 mm 아래(A)에서 수분 유입이 감지되면, 에너지 저장 모듈(100)이 고장난 것으로 판단한다. 여기서, 제어 보드(150)는 측정된 수분의 양이 기설정된 수분의 양을 초과하지만 에너지 저장 모듈(100)의 전력 차단에 필요한 수분의 양을 초과하지 않는 경우, 단순히 고장 알림부(510)를 제어하여 경고음을 발생시키고, 측정된 수분의 양이 에너지 저장 모듈(100)의 전력 차단에 필요한 수분의 양을 초과하는 경우, 전력 차단부(520)를 제어하여 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단한다.
고장 알림부(510)는 제어 보드(150)의 판단 결과에 따라 경고음을 발생하거나, 디스플레이 화면에 경고등을 표시한다(S630). 고장 알림부(510)는 전력 차단부(520)가 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단하기 이전에 감지된 수분의 양이 소량인 경우, 시스템의 운전을 바로 정지하지 않고 경고음을 발생함으로써, 고장을 사전에 예방할 수 있도록 한다.
이어서, 전력 차단부(520)는 제어부(156)의 판단 결과에 따라 에너지 저장 모듈(100)로 유입되는 전력을 차단한다(S640).
본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
본 발명은 외부로부터의 수분 침입시 에너지 저장 모듈의 셀이나 모듈의 치명적인 파손이 발생되기 전에 고장을 예방하거나 고장 판단시 즉각적으로 전력을 차단하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법 및 장치를 제공함으로써, 하이브리드 건설기계에서 시스템의 물리적인 안전을 확보할 수 있다는 점에서 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용 가능성이 있는 발명이다.

Claims (7)

  1. 배터리 및 에너지 저장 모듈을 동력원으로 사용하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치에 있어서,
    상기 에너지 저장 모듈 내 수분의 양을 측정하는 수분 감지 센서;
    상기 수분 감지 센서를 이용하여 측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 상기 에너지 저장 모듈의 고장 여부를 판단하는 제어 보드; 및
    상기 제어 보드의 판단 결과, 상기 측정된 수분의 양이 상기 기설정된 수분의 양을 초과한 경우, 사용자에게 고장을 알리는 고장 알림부;
    를 포함하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 보드의 판단 결과, 상기 측정된 수분의 양이 상기 에너지 저장 모듈의 전력 차단에 필요한 수분의 양을 초과한 경우, 상기 에너지 저장 모듈로 유입되는 전력을 차단하는 전력 차단부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    전기 에너지를 저장하는 복수의 셀과 상기 복수의 셀을 수용하는 외부 케이스를 포함하며,
    상기 수분 감지 센서는,
    상기 셀의 하단과 상기 외부 케이스 내부 하면의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 셀과 상기 외부 케이스 저면 사이에 수냉각판이 설치되고, 상기 수냉각판과 상기 셀 사이에 절연 및 방열을 위한 방열체가 더 설치되며,
    상기 수분 감지 센서는 상기 방열체와 상기 수냉각판 사이의 높이에 위치하도록 상기 외부 케이스 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 셀과 상기 외부 케이스 저면 사이에 수냉각판이 설치되고, 상기 수냉각판과 상기 셀 사이에 절연 및 방열을 위한 방열체가 더 설치되며,
    상기 수분 감지 센서는 상기 방열체와 상기 수냉각판 사이의 접촉면에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 장치.
  6. 배터리 및 에너지 저장 모듈을 동력원으로 사용하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법에 있어서,
    상기 에너지 저장 모듈 내 수분의 양을 측정하는 단계;
    측정된 수분의 양과 기설정된 수분의 양을 비교하여 상기 에너지 저장 모듈의 고장 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 측정된 수분의 양이 상기 기설정된 수분의 양을 초과한 경우, 경고음을 발생시키는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 경고음을 발생시키는 단계 이후에,
    상기 측정된 수분의 양이 상기 에너지 저장 모듈의 전력 차단에 필요한 수분의 양을 초과한 경우, 상기 에너지 저장 모듈로 유입되는 전력을 차단하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 에너지 저장 모듈의 고장 감지 방법.
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