KR101584322B1 - System for driving vehicle having hermetically sealed battery pack based on air cooling type - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a vehicle driving system with a sealed battery pack based on air cooled type cooling. The vehicle driving system with a sealed battery pack based on air cooled type cooling comprises: a sealed battery pack (1) based on air cooled type cooling; an MCU (5); and a motor (6). The sealed battery pack (1) based on air cooled type cooling comprises: a BMA (10) having a plurality of battery cells (11); a BMS (2) comprising at least one or more monitoring units (12a, 12b), an internal connector (15), and a CPU (13); and a BDU (3) comprising a signal connector (3a), a power connector (3b), a power relay (3c), and a shunt resistor (3d).

Description

공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템{System for driving vehicle having hermetically sealed battery pack based on air cooling type}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a hermetically sealed battery pack having a hermetically sealed cooling type battery pack,

본 발명은 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 기존 수냉식에서 공냉식의 냉각방식으로 전환된 펠티어 소자를 구비한 밀폐형 배터리팩을 이용해 운전 가능한 상태에서 차량 구동이 수행되도록 하기 위한 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a vehicle driving system having a closed-type battery pack based on an air cooling type cooling system, and more particularly, to a vehicle driving system using a closed battery pack having a Peltier element converted from an existing water- Cooling-based closed-type battery pack for performing driving.

최근 이산화탄소 증가 및 지구온난화 등 환경문제가 대두되면서 친환경 차량에 대한 관심이 높아져 각종 친환경차량이 개발되며 양산되고 있다. 대표적인 차량으로 전기를 구동원으로 사용하는 하이브리드 자동차, 전기모터 자동차, 플러그 인 자동차 및 연료전지 자동차 등을 들 수 있다.Recently, as environment problems such as increase of carbon dioxide and global warming have come to the fore, interest in environment friendly vehicles has increased and various environment friendly vehicles have been developed and mass-produced. Representative vehicles include hybrid vehicles, electric motor vehicles, plug-in vehicles, and fuel cell vehicles that use electricity as a driving source.

이러한, 전기를 구동원으로 사용하는 차량들은 모두 배터리가 탑재되어 있으며, 차량의 플로워 패널 또는 타이어웰에 마련된다. 이러한, 배터리는 차량의 구동시 배터리에서 발생되는 열을 냉각시켜야 한다. Such vehicles using electricity as a driving source are all equipped with a battery and are provided in a vehicle's follower panel or a tire well. Such a battery must cool the heat generated by the battery when the vehicle is driven.

한편, 도 1은 일반적으로 상용차량에서 배터리팩이 장착된 상용차량을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 트랙션모터(traction motor: a2), 모터 드라이브(motor drive: a1) 외의 배터리팩(1)을 포함하는 상용차량에서 배터리팩(1)은 차량 하부에 위치하므로 수밀구조가 요구된다. 즉, 상용차량의 경우, 승용차량보다 비포장의 도로 및 운행조건이 더욱 열악한 상황에서 주행을 할 경우가 많으며, 승용차량의 경우, 배터리팩(1)은 트렁크에 장착되어 있지만, 차량 하부에 배터리팩(1)을 위치하게 되므로 수밀구조 그리고 그에 따른 발열을 방지하기 위한 기술개발이 요구된다. 1 is a view showing a commercial vehicle equipped with a battery pack in a commercial vehicle in general. 1, in a commercial vehicle including a traction motor a2 and a battery pack 1 other than a motor drive a1, since the battery pack 1 is located at a lower portion of the vehicle, do. That is, in the case of a commercial vehicle, it is often the case that the vehicle is driven in a situation where the road and the driving condition are not more unpacked than the passenger vehicle. In the case of the passenger vehicle, the battery pack 1 is mounted on the trunk, It is required to develop a watertight structure and a technique for preventing the heat generation due to the watertight structure.

또한, 발열을 방지하기 위한 구조뿐만이 아니라, 배터리팩(1)을 이용한 구동력 제공시 배터리팩(1)에 대한 온도 및 전압, 전류 등을 상시로 모니터링하여 데이터를 제공함으로써, 배터리팩(1)에 대한 최적화된 상태를 유지하도록 하면서 차량을 구동시키기 위한 기술개발이 요구되고 있다.
In addition to the structure for preventing the generation of heat, the temperature, the voltage, and the current for the battery pack 1 are monitored at all times during the provision of the driving force using the battery pack 1, It is required to develop a technique for driving a vehicle while maintaining an optimized state for the vehicle.

[관련기술문헌][Related Technical Literature]

1. 차량 구동 시스템용 유체 냉각 배터리 팩(A fluid cooled battery pack for a vehicle drive system) (특허출원번호 제10-2004-7003613호)1. A fluid cooled battery pack for a vehicle drive system (Patent Application No. 10-2004-7003613)

2. 차량용 배터리팩의 전원 차단 장치(Apparatus for shutting off power of battery pack in vehicle) (특허출원번호 제10-2012-0157705호)
2. Apparatus for shutting off power of a battery pack in vehicle (Patent Application No. 10-2012-0157705)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존 수냉식에서 공냉식의 냉각방식으로 전환하고, 밀폐된 공간에서 방열이 가능하도록 펠티어 소자를 이용한 신개념 공냉식 방열 방식을 제공하도록 하기 위한 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩에 대한 온도 및 전압, 전류 등을 상시로 모니터링하여 데이터를 제공함으로써, 최종적으로 배터리팩에 대한 최적화된 상태가 유지되면서 차량이 구동되도록 하기 위한 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a new concept air cooling type heat dissipation method using a Peltier element so as to convert from the existing water cooling type to an air cooling type cooling system, A vehicle drive system having an air-cooled cooling-based hermetic battery pack for constantly monitoring temperature, voltage, current, and the like for a pack to provide data so that the vehicle can be driven while maintaining an optimized state for the battery pack .

또한, 본 발명은 BMS(battery management system)와 배터리 셀(cell)에 대한 차량의 진동, 온도, 습도 등 가혹한 환경에서 작동되어야 하기 때문에 방열뿐만 아니라, 밀폐 및 단열된 구조에 의해 외부의 열기 및 먼지 등을 차단한 상태의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩에 대한 셀 발란스(cell balancing) 및 배터리 잔량을 상시로 모니터링하여 이상이 생기는 경우 차량 구동이 정지 또는 중단되도록 하기 위한 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템을 제공하기 위한 것이다.In addition, since the present invention is required to operate in a harsh environment such as a vehicle's vibration, temperature, and humidity with respect to a battery management system (BMS) and a battery cell, not only heat dissipation, Cooling-based, closed-type battery pack for air-cooled cooling-based battery packs that are shut off when the battery is turned off, And to provide a vehicle drive system equipped with the same.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템은, 구동 모터(6)에 전원을 공급하기 위한 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)과, 상기 구동 모터(6)의 작동을 제어하는 MCU(5) 및 상기 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)에서 공급되는 전원에 의해 구동되는 구동 모터(6)를 포함하여 구성되는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템에 있어서: 상기 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)은, 다수의 배터리 셀(11)을 포함하여 구성되는 BMA(10)와; 상기 BMA(10)를 구성하는 배터리 셀(11)의 온도를 측정하는 온도센서와 배터리 셀(11)의 전류를 측정하는 전류센서를 통해 배터리 셀(11)의 온도 및 전류와 전압을 탐지하고 온도센서와 전류센서에서 탐지된 탐지 온도 및 전류와 전압에 대한 신호를 CPU로 송신하는 적어도 하나 이상의 모니터링부(12a,12b)와, 내부의 릴레이 제어모듈(13a)과 CAN 트랜시버(16)와 연결되며 외부로는 BDU(3)의 시그널 커넥터(3a), 전원 커넥터(3b), 전원릴레이(3c) 및 션트 레지스터(3d)와 연결되는 내부 커넥터(15)와, CAN 트랜시버(16)에 대한 제어를 통해 내부 커넥터(15)와 연결된 CAN 트랜시버(16)가 MCU(5)와 CAN 통신을 수행하게 하고 릴레이 제어모듈(13a)에 대한 제어로 BMA(10)의 (+)전원의 이동 경로에 놓여진 전원릴레이(3c)에 대한 작동제어를 수행하게 하여 MCU(5)로 전달되는 전원에 대한 릴레이가 형성하도록 하며 로그메모리(14)에 장애 발생 전의 상태로 복원하기 위한 로그 데이터가 저장되도록 제어하는 CPU(13)로 이루어지는 BMS(2); 및 상기 BMS(2)의 내부 커넥터(15)로부터 제어 신호를 수신하는 시그널 커넥터(3a)와, 상기 BMA(10)의 (+) 및 (-)전원과 MCU(5)와 연결되는 전원 커넥터(3b)와, 상기 전원 커넥터(3b)와 BMA(10)의 (+)전원 선로 사이에 형성되는 전원 릴레이(3c) 및 상기 전원 커넥터(3b)와 BMA(10)의 (-)전원 선로 사이에 형성되는 션트 레지스터(3d)를 포함하여 구성되는 BDU(3);를 포함하여 이루어지고, 상기 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)은 냉각핀용 하우징(61)의 상부를 덮는 외장케이스(70)와, 베터리셀(11)과 베터리셀(11)의 하부에 설치된 제1차 히트싱크(20)와, 1차 히트싱크(20)의 하부면을 받치는 제2차콜드싱크(30)와, 제2차콜드싱크(30)를 밀폐하는 제1차밀폐하우징(20a)과, 상기 제1차밀폐하우징(20a)을 하부에서 밀폐하도록 상부면이 개방된 제2차밀폐하우징(30a) 및 상기 제2차 밀폐하우징(30a)을 수용하고 외장케이스(70)와 결합되는 냉각핀용 하우징(61)에 의해 밀폐되며, 상기 BMA(10)에서 발생되는 열은 다수의 배터리 셀(11)을 구분하는 셀 카트리지(11a)의 양측면에 형성되는 제2 냉각핀(11b)과, 외부의 공기와 접촉하여 열교환하도록 냉각핀용 하우징(61)에 구비된 제1냉각핀(60) 및 상부가 콜드블럭(40)에 맞닿고 하부는 냉각핀용 하우징(61)에 맞닿는 펠티어소자(50)에 의해 방열되고, 상기 BMS(2)의 CPU(13)는 배터리 셀(11)에 구비된 전류센서로 전압를 측정한 후, 상기 모니터링부(12a,12b)로부터 수신된 배터리 셀(11)의 온도에 따라 펠티어 소자(50)의 동작을 제어하며, 상기 모니터링부(12a,12b)로부터 수신된 각각의 배터리 셀(11)의 전압에 따라 SOC를 산정하여 배터리 셀(11)의 과충전 및 과방전이 방지되게 하고 배터리 셀(11) 간의 전압레벨이 균등하게 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a vehicle drive system having an air-cooled cooling-based closed battery pack according to an embodiment of the present invention includes an air-cooled cooling-type closed battery pack 1 for supplying power to a drive motor 6, , An MCU (5) for controlling the operation of the drive motor (6), and a drive motor (6) driven by a power source supplied from the air-cooled cooling- Wherein the air-cooled cooling-type hermetic battery pack (1) comprises: a BMA (10) comprising a plurality of battery cells (11); Current and voltage of the battery cell 11 through a temperature sensor for measuring the temperature of the battery cell 11 constituting the BMA 10 and a current sensor for measuring the current of the battery cell 11, At least one monitoring unit 12a and 12b for transmitting a detection temperature detected by the sensor and the current sensor to the CPU and signals for the current and the voltage to the CPU and an internal relay control module 13a and a CAN transceiver 16 An external connector 15 connected to the signal connector 3a, the power connector 3b, the power relay 3c and the shunt resistor 3d of the BDU 3 and the CAN transceiver 16 The CAN transceiver 16 connected to the internal connector 15 causes CAN communication with the MCU 5 and controls the relay control module 13a to supply power to the BMA 10, A CPU (not shown) for controlling the operation of the relay 3c to form a relay for the power supplied to the MCU 5 and for storing log data for restoring the state before the occurrence of the failure in the log memory 14 13); A signal connector 3a for receiving a control signal from the internal connector 15 of the BMS 2 and a power connector (not shown) connected to the (+) and (- A power relay 3c formed between the power connector 3b and the positive power line of the BMA 10 and a power line 3b between the power connector 3b and the negative power line of the BMA 10, The airtight cooling-based sealed battery pack 1 includes an outer case 70 covering an upper portion of a housing 61 for a cooling fin, A first secondary heat sink 20 provided below the battery cell 11 and the battery cell 11, a secondary cold sink 30 supporting the lower surface of the primary heat sink 20, A second closed housing (20a) for closing the secondary cold sink (30), a second closed housing (30a) having an opened upper face for closing the first closed housing (20a) Second Seal HOW The heat generated in the BMA 10 is transferred to the cell cartridge 11a that separates the battery cells 11 from the battery case 11, A first cooling fin 60 provided on the housing 61 for cooling pins to be in contact with the outside air for heat exchange with each other and an upper portion abutting against the cold block 40, The CPU 13 of the BMS 2 measures the voltage with a current sensor provided in the battery cell 11 and then the monitoring unit (not shown) And controls the operation of the Peltier element 50 according to the temperature of the battery cell 11 received from the monitoring units 12a and 12b and controls the operation of the Peltier element 50 according to the voltage of each battery cell 11 received from the monitoring units 12a and 12b, So that the battery cell 11 can be prevented from overcharging and overdischarging and the voltage level between the battery cells 11 can be uniformly maintained So as to be controlled.

또한, 션트 레지스터(3d)는, CPU(13)의 제어에 따라 MCU(5)로 전달되는 전원을 차단하는 것을 특징으로 한다.Further, the shunt resistor 3d is configured to cut off power supplied to the MCU 5 under the control of the CPU 13. [

또한, 전원릴레이(3c)는, CPU(13)의 제어에 따른 릴레이 제어모듈(13a)로부터 신호를 전달받아 MCU(5)로 전달되는 전원에 대한 릴레이를 형성하는 것을 특징으로The power supply relay 3c receives a signal from the relay control module 13a under the control of the CPU 13 and forms a relay for a power supply to be transmitted to the MCU 5

또한, 펠티어 소자(50)는 하부면이 냉각핀용 하우징(61) 내부에 형성된 삽입홈에 삽입되고, 삼부면은 냉각집중용 콜드블록(40)에 맞닿도록 설치되는 것을 특징으로 한다.The lower surface of the Peltier element 50 is inserted into an insertion groove formed in the housing 61 for a cooling fin, and the triple surface is installed so as to be in contact with the cooling block 40 for cooling and concentration.

또한, 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 제1차 히트싱크(20)는 다수의 배터리 셀(11)과 직접 접촉하여 1차로 다수의 배터리 셀(11)의 온도를 낮추도록 판 형상으로 형성되며, 상기 2차 콜드싱크(30)는 상부면과 전면 및 후면이 개방된 육면체 형상으로 형성되어 다수의 배터리 셀(11)에 대한 온도를 2차로 낮추는 역할을 수행하는 것을 특징으로 한다.
The first heat sink 20 of the air-cooled cooling-type sealed battery pack 1 is in direct contact with the plurality of battery cells 11 to form a plate shape so as to lower the temperature of the plurality of battery cells 11 , And the secondary cold sink (30) is formed And the upper surface, the front surface, and the rear surface are opened to form a hexahedron shape, thereby lowering the temperature of the plurality of battery cells 11 to the second level.

본 발명의 실시예에 따른 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템은, 기존 수냉식에서 공냉식의 냉각방식으로 전환하고, 밀폐된 공간에서 방열이 가능하도록 펠티어 소자를 이용한 신개념 공냉식 방열 방식을 제공하도록 하기 위한 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩에 대한 온도 및 전압, 전류 등을 상시로 모니터링하여 데이터를 제공함으로써, 최종적으로 배터리팩에 대한 최적화된 상태가 유지되면서 차량이 구동되도록 하는 효과를 제공한다. The vehicle driving system including the air-cooled cooling-based sealed battery pack according to the embodiment of the present invention is a new concept air cooling type heat dissipation method using a Peltier element to convert heat from the existing water-cooled type to an air- Temperature, voltage, current, and the like of the air-cooled cooling-based hermetic battery pack to provide the data to provide the effect of driving the vehicle while maintaining the optimized state for the battery pack .

뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템은, BMS(battery management system)와 배터리 셀(cell)에 대한 차량의 진동, 온도, 습도 등 가혹한 환경에서 작동되어야 하기 때문에 방열뿐만 아니라, 밀폐 및 단열된 구조에 의해 외부의 열기 및 먼지 등을 차단한 상태의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩에 대한 셀 발란스(cell balancing) 및 배터리 잔량을 상시로 모니터링하여 이상이 생기는 경우 차량 구동이 정지 또는 중단되도록 하는 효과를 제공한다.
In addition, the vehicle drive system having the air-cooled cooling-based sealed battery pack according to another embodiment of the present invention can be applied to a battery management system (BMS) and a battery cell in a severe environment such as vibration, It is necessary to constantly monitor the cell balancing and remaining battery level of the air-cooled cooling-based sealed battery pack in which external heat and dust are blocked by the sealed and insulated structure, Thereby providing an effect that the driving of the vehicle is stopped or stopped.

도 1은 일반적인 배터리팩이 장착된 상용차량을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템(100)의 구성요소를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템(100)에 대한 구체적인 구성요소를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템(100) 중 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)과 MCU(motor controller unit)(5) 및 구동 모터(motor)(6)와의 연결 관계를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 2의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템(100) 중 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 내부에 형성되는 펠티어 소자(peltier: 50)를 중심으로 한 구성요소 간의 결합관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)을 구성하는 BMA(battery module assembly)(10) 중 배터리 셀(11)과 제 2 냉각핀(11b)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)을 구성하는 BMA(battery module assembly)(10)과 2차 콜드싱크(coldsink)의 구성 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 5의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 밀폐형 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 도 5의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 차량으로의 부착을 위한 부착 부재가 형성된 실시예를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 5의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 구성요소를 모두 표시한 분해 사시도이다. 1 is a view showing a commercial vehicle equipped with a general battery pack.
2 is a block diagram illustrating components of a vehicle drive system 100 having an air-cooled cooling-based hermetic battery pack according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing specific components of the vehicle drive system 100 having the air-cooled cooling-based hermetic battery pack of FIG.
FIG. 4 is a block diagram of the air-cooled cooling-type hermetic battery pack 1 of the vehicle driving system 100 having the air-cooled cooling-based closed type battery pack of FIG. 2, the motor controller unit 5 and the driving motor 6). ≪ / RTI >
FIG. 5 is a schematic view illustrating a configuration (centering on a peltier element 50) formed inside the air-cooled cooling-type closed battery pack 1 of the vehicle driving system 100 having the air- And FIG.
6 is a view showing a structure of a battery cell 11 and a second cooling fin 11b of a battery module assembly (BMA) 10 constituting the air-cooled cooling-based hermetic battery pack 1 of FIG.
FIG. 7 is a view for explaining a configuration relationship between a battery module assembly (BMA) 10 and a secondary cold sink constituting the air-cooled cooling-based hermetic battery pack 1 of FIG.
FIG. 8 is a perspective view for explaining a closed structure of the air-cooled cooling-type hermetic battery pack 1 of FIG.
Fig. 9 is a view showing an embodiment in which an attaching member for attaching the air-cooled cooling-based hermetic battery pack 1 of Fig. 5 to a vehicle is formed.
10 is an exploded perspective view showing all the components of the air-cooled cooling-type hermetic battery pack 1 of Fig.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
In the present specification, when any one element 'transmits' data or signals to another element, the element can transmit the data or signal directly to the other element, and through at least one other element Data or signal can be transmitted to another component.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템(100)의 구성요소를 나타내는 도면이다. 2 is a block diagram illustrating components of a vehicle drive system 100 having an air-cooled cooling-based hermetic battery pack according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템(100)에 대한 구체적인 구성요소를 나타내는 도면이다. 3 is a view showing specific components of the vehicle drive system 100 having the air-cooled cooling-based hermetic battery pack of FIG.

도 4는 도 2의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템(100) 중 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)과 MCU(motor controller unit)(5) 및 구동 모터(motor)(6)와의 연결 관계를 나타내는 블록도이다.FIG. 4 is a block diagram of the air-cooled cooling-type hermetic battery pack 1 of the vehicle driving system 100 having the air-cooled cooling-based closed type battery pack of FIG. 2, the motor controller unit 5 and the driving motor 6). ≪ / RTI >

도 2 내지 도 10을 참조하면, 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템(100)은 구동 모터(6)에 전원을 공급하기 위한 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1), 상기 구동 모터(6)의 작동을 제어하는 MCU(5) 및 상기 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)에서 공급되는 전원에 의해 구동되는 구동 모터(6)를 포함한다.2 to 10, a vehicle drive system 100 having an air-cooled cooling-based hermetic battery pack includes an air-cooled cooling-type hermetic battery pack 1 for supplying power to a drive motor 6, An MCU 5 for controlling the operation of the motor 6 and a drive motor 6 driven by a power source supplied from the air-cooled cooling-type closed battery pack 1.

그리고 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)은 BMA(10), BMS(2) 및 BDU(3), 그 밖에 전원 및 제어 플러그(power&control plug)(4, 도 8 참조)를 포함한다. The air-cooled cooling-based hermetic battery pack 1 includes a BMA 10, a BMS 2 and a BDU 3, as well as a power supply and a control plug 4 (see FIG. 8).

BMS(2)는 제 1 모니터링부(12a), 제 2 모니터링부(12b), CPU(13), 릴레이 제어모듈(13a), 로그메모리(14), 내부 커넥터(15) 및 CAN 트랜시버(16)를 포함한다. The BMS 2 includes a first monitoring unit 12a, a second monitoring unit 12b, a CPU 13, a relay control module 13a, a log memory 14, an internal connector 15 and a CAN transceiver 16, .

제 1 모니터링부(12a) 및 제 2 모니터링부(12b)는 설명의 편의를 위해 2개로 도시되었지만, BMA(battery module assembly)(10)를 구성하는 배터리 셀(11)의 온도를 감지하는 온도센서(미도시)와 배터리 샐(11)의 전압을 감지하는 전류센서(미도시)로 배터리 샐(11)의 온도와 전압에 대한 탐지를 수행하고, 온도 및 전류센서에서 탐지된 탐지신호를 CPU(13)로 전송한다. Although the first monitoring unit 12a and the second monitoring unit 12b are shown as two for the sake of convenience of explanation, the first monitoring unit 12a and the second monitoring unit 12b may include a temperature sensor for sensing the temperature of the battery cell 11 constituting the battery module assembly (BMA) (Not shown) that detects the voltage of the battery sled 11 and a voltage of the battery sled 11 and detects a temperature and a voltage of the battery sled 11 by a current sensor 13).

CPU(13)는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)에 구비된 전류센서(미도시)로 전압을 측정하며, 상기 제 1 모니터링부(12a) 및 제 2 모니터링부(12b)로부터 수신된 각각의 배터리 샐(11)의 전압에 따라 SOC(State Of Charge)를 연산해 산정하여 배터리 샐(11)의 과충전 및 과방전이 방지되도록 하면서 배터리 샐(11) 간의 전압레벨이 균등하게 유지되도록 제어하며, CAN 트랜시버(16)에 대한 제어를 통해 내부 커넥터(15)와 연결된 CAN 트랜시버(16)가 CAN 통신을 수행하게 하며, 전원릴레이(3c)와 연결된 릴레이 제어모듈(13a)에 대한 제어를 통해 BMA(10)의 (+)전원의 이동 경로에 놓여진 BMS(2)의 전원릴레이(3c)의 작동에 대한 제어를 수행하며, 로그메모리(14)에 장애 발생 전 상태로 복원하기 위한 로그 데이터 저장을 수행한다. 여기서 CPU(13)는 SOC(State Of Charge) 산정시, 배터리 셀(11)에 대한 전류 센서(미도시)를 이용해 전압을 측정한 뒤, 전류센서에서 측정된 전압에 대해 이동 평균법(Moving average)을 적용함으로써 전압 측정의 샘플 포인트의 전후 몇 개의 샘플에 대한 평균을 계산하여, 실제 값의 왜곡에 대한 부분을 완만하도록 하는 필터링을 수행한다. 이후, CPU(13)는 OCV(Open Circuit Voltage) 테이블을 기준으로 측정되는 배터리 셀(11)에 대한 초기 SOC(State Of Charge)을 산정한다.The CPU 13 measures a voltage with a current sensor (not shown) provided in the air-cooled cooling-type closed battery pack 1, and measures the voltage received from the first monitoring unit 12a and the second monitoring unit 12b The SOC (State Of Charge) is calculated and calculated according to the voltage of the battery sled 11 of the battery sill 11 so that overcharge and overdischarge of the battery sled 11 are prevented, The control of the CAN transceiver 16 allows the CAN transceiver 16 connected to the internal connector 15 to perform the CAN communication and the control of the relay control module 13a connected to the power relay 3c enables the BMA 10 and controls the operation of the power supply relay 3c of the BMS 2 placed on the path of the (+) power source of the power supply 10, and stores the log data for restoring the state before occurrence of the fault in the log memory 14 do. Here, the CPU 13 measures a voltage using a current sensor (not shown) for the battery cell 11 at the time of calculating an SOC (state of charge), and then calculates a moving average (moving average) To calculate the average of several samples before and after the sample point of the voltage measurement, and performs filtering to smooth the portion of the distortion of the actual value. Thereafter, the CPU 13 calculates the initial SOC (State Of Charge) of the battery cell 11 measured based on the OCV (Open Circuit Voltage) table.

즉, BMS(2)의 CPU(13)는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)을 구성하는 배터리 셀(11)에 대한 온도 센싱과 배터리 셀(11)의 전압상태를 모니터링 하기 위해 형성됨으로써, BMS(2)는 배터리 셀(11)의 셀 카트리지(11a)에 부착된 온도센서(미도시)로부터 측정된 실시간 온도 정보를 확인할 뿐만 아니라, 전류센서(미도시)로부터 측정된 실시간 전압 정보를 통해 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)을 이용한 상용차량용 리튬 이온 배터리 시스템의 전압을 모니터링한다. That is, the CPU 13 of the BMS 2 is configured to monitor the temperature of the battery cell 11 constituting the air-cooled cooling-based hermetic battery pack 1 and the voltage state of the battery cell 11, The BMS 2 not only verifies the real time temperature information measured from the temperature sensor (not shown) attached to the cell cartridge 11a of the battery cell 11 but also the real time temperature information measured from the current sensor The voltage of a commercial vehicle lithium ion battery system using an air-cooled cooling-based closed battery pack (1) is monitored.

뿐만 아니라, BMS(2)의 CPU(13)는 상술한 바와 같이 상기 제 1,2 모니터링부(12a,12b)로부터 수신된 배터리 셀(11)의 전압에 따라 리튬 이온 배터리 셀인 각 배터리 셀(11) 간의 전압레벨을 균등하게 유지되게 하고 배터리 셀(11)의 과충전 및 과방전이 방지되게 제어하며(cell balancing), 제 1, 2 모니터링부(12a,12b)에서 수신된 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1) 내부의 배터리 셀(11)의 온도에 따른 펠티어 소자(50)의 동작 유무를 제어할 뿐만 아니라, 전류센서가 소비 전류를 측정하게 하는 기능을 수행한다. In addition, the CPU 13 of the BMS 2 controls the voltage of the battery cell 11, which is a lithium ion battery cell, according to the voltage of the battery cell 11 received from the first and second monitoring units 12a and 12b, The battery cell 11 is controlled to be prevented from overcharging and overdischarging, and the air-cooled cooling-based sealed battery pack 12 received by the first and second monitoring units 12a and 12b Not only controls the operation of the Peltier element 50 according to the temperature of the battery cell 11 inside the battery cell 1 but also performs a function of causing the current sensor to measure the consumption current.

내부 커넥터(15)는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1) 내부의 릴레이 제어모듈(13a) 및 CAN 트랜시버(16) 등과 연결되며, 외부로는 BDU(3)의 각 구성요소인 시그널 커넥터(3a), 전원 커넥터(3b), 전원릴레이(3c) 및 션트 레지스터(3d)와 연결된 구조로 형성된다. The internal connector 15 is connected to the relay control module 13a and the CAN transceiver 16 in the air-cooled cooling-based sealed battery pack 1. The signal connector 3a, which is a component of the BDU 3, ), The power connector 3b, the power relay 3c, and the shunt resistor 3d.

이러한 구성을 통해 BMS(2)는 BMA(10)와 연결된 구조로, 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 콘트롤러나 장치에 해당하는 MCU(5)와 서로 CAN(Controller Area Network) 통신이 가능한 온 보드(On Board) 형태로 제공된다.The BMS 2 is connected to the BMA 10 via the above-described configuration. The BMS 2 is connected to the BMA 10 via an on-board (On) board (CAN) which can communicate with the MCU 5 corresponding to the microcontroller Board.

다음으로, BDU(3)는 시그널 커넥터(3a), 전원 커넥터(3b), 전원릴레이(3c) 및 션트 레지스터(3d)를 포함한다. Next, the BDU 3 includes a signal connector 3a, a power connector 3b, a power relay 3c, and a shunt resistor 3d.

시그널 커넥터(3a)는 BMS(2)의 내부 커넥터(15)로부터 제어 신호를 수신하기 위한 I/O 인터페이스에 해당하며, 전원 커넥터(3b)는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1) 내부로는 BMA(10)로부터 (+)전원 및 (-)전원과 연결되며, 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 외부로는 MCU(5)와 연결된 구조를 갖는다.The signal connector 3a corresponds to an I / O interface for receiving a control signal from the internal connector 15 of the BMS 2. The power connector 3b corresponds to an I / O interface for receiving a control signal from the internal connector 15 of the BMS 2, The battery pack 1 is connected to the (+) power source and the (-) power source from the BMA 10, and is connected to the MCU 5 outside the air-

한편, 전원 커넥터(3b), 그리고 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 (-)전원의 선로 사이에는 션트 레지스터(3d)가 형성됨으로써, CPU(13)의 제어에 따라 션트 레지스터(3d)가 MCU(5)로 전달되는 전원을 차단하는 기능을 수행한다. A shunt resistor 3d is formed between the power supply connector 3b and the negative power supply line of the air-cooled cooling-type sealed battery pack 1 to control the shunt resistor 3d under the control of the CPU 13. [ The MCU 5 is turned off.

전원릴레이(3c)는 전원 커넥터(3b), 그리고 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 (+)전원의 선로 사이에 형성됨으로써, CPU(13)의 제어에 따른 릴레이 제어모듈(13a)로부터의 신호를 전달받아 MCU(5)로 전달되는 전원에 대한 릴레이를 형성한다. The power supply relay 3c is formed between the power supply connector 3b and the line of the (+) power source of the airtight cooling-based closed type battery pack 1 so as to be connected to the relay control module 13a under the control of the CPU 13 And forms a relay for a power source to be transmitted to the MCU 5.

도 5는 도 2의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템(100) 중 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 내부에 형성되는 펠티어 소자(peltier: 50)를 중심으로 한 구성요소 간의 결합관계를 나타내는 도면이다. 도 6은 도 5의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)을 구성하는 BMA(battery module assembly)(10) 중 배터리 셀(11)과 제 2 냉각핀(11b)의 구조를 나타내는 도면이다. 도 7은 도 5의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)을 구성하는 BMA(battery module assembly)(10)과 2차 콜드싱크(coldsink)의 구성 관계를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a schematic view illustrating a configuration (centering on a peltier element 50) formed inside the air-cooled cooling-type closed battery pack 1 of the vehicle driving system 100 having the air- And FIG. 6 is a view showing a structure of a battery cell 11 and a second cooling fin 11b of a battery module assembly (BMA) 10 constituting the air-cooled cooling-based hermetic battery pack 1 of FIG. FIG. 7 is a view for explaining a configuration relationship between a battery module assembly (BMA) 10 and a secondary cold sink constituting the air-cooled cooling-based hermetic battery pack 1 of FIG.

그리고, 도 8은 도 5의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 밀폐형 구조를 설명하기 위한 사시도이다. 도 9는 도 5의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 차량으로의 부착을 위한 부착 부재가 형성된 실시예를 나타내는 도면이다. 도 10은 도 5의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 구성요소를 모두 표시한 분해 사시도이다. 8 is a perspective view for explaining a closed structure of the air-cooled cooling-type hermetic battery pack 1 of FIG. 9 is a view showing an embodiment in which an attaching member for attaching the air-cooled cooling-based hermetic battery pack 1 of Fig. 5 to a vehicle is formed. 10 is an exploded perspective view showing all the components of the air-cooled cooling-type hermetic battery pack 1 of Fig.

도 5 내지 도 10을 참조하면, BMS(2) 및 BDU(3)는 함께 냉각핀용 하우징(61)의 제 2 삽입단(61b)으로 장착되도록 각각 소형으로 설계된다. Referring to Figs. 5 to 10, the BMS 2 and the BDU 3 are each designed to be compactly mounted together with the second insertion end 61b of the housing 61 for the cooling fin.

즉, 냉각핀용 하우징(61)의 제 1 삽입단(61a)에 형성된 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)와 연결되어 형성된 BMS(2)의 전단, 그리고 전원 및 제어 플러그(4)의 후단에 형성된다. That is, the front end of the BMS 2 connected to the air-cooled cooling-type closed battery pack 1 formed at the first insertion end 61a of the housing 61 for cooling fins and the rear end of the power source and the control plug 4 .

공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)은 냉각핀용 하우징(61)의 제 1,2 삽입단(61a,61b) 상부를 덮기 위한 외장케이스(70)와, BMS(2), BDU(3) 및 전원 및 제어 플러그(4)를 실장하기 위한 제 2 삽입단(61b)과, 1차 밀폐하우징(20a) 및 2차 밀폐하우징(30a)이 삽입되는 제 1 삽입단(61a)이 형성되고, 외장 케이스(70)와 결합되는 냉각핀용 하우징(61)을 구비함으로써, 차량에 장착이 가능할 뿐만 아니라, 먼지로부터 완벽하게 보호 및 모든 방향에서 분사되는 낮은 압력의 물에 대한 완벽한 수밀구조의 배터리 케이스를 제공한다. The air-cooled cooling-type hermetic battery pack 1 includes an outer case 70 for covering the upper portions of the first and second insertion ends 61a and 61b of the housing 61 for cooling fins, and an outer case 70 for covering the BMS 2, the BDU 3, A second insertion end 61b for mounting the power supply and control plug 4 and a first insertion end 61a into which the primary sealed housing 20a and the secondary sealed housing 30a are inserted are formed, By providing the housing 61 for the cooling fins combined with the case 70, it is possible to provide a battery case of a completely watertight structure for low pressure water sprayed in all directions as well as being mounted on a vehicle, do.

한편, 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 구조에 대해서 구체적으로 살펴보면, 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)은 다수의 배터리 셀(11)을 포함하는 BMA(10), 1차 히트싱크(heatsink: 20), 2차 콜드싱크(coldsink: 30), 1차 밀폐하우징(20a), 2차 밀폐하우징(30a), 냉각집중용 콜드블록(40), 펠티어 소자(peltier: 50), 그리고 제 1 냉각핀(60)을 포함한다. As shown in FIG. 10, the air-cooled cooling-type hermetic battery pack 1 includes a battery pack 11 including a plurality of battery cells 11, A secondary cooling housing 10a, a primary heat sink 20, a secondary cold sink 30, a primary closed housing 20a, a secondary closed housing 30a, a cooling block 40 for cooling concentration, A peltier 50, and a first cooling fin 60.

다수의 배터리 셀(11)을 포함하는 BMA(10)는 하부에 1차 히트싱크(20)에 의해 밭쳐지고, 상기 1차 히트싱크(20)는 2차 콜드싱크(30)에 의해 받쳐지는 형태로 형성된다. The BMA 10 including a plurality of battery cells 11 is stacked by a primary heat sink 20 at the bottom and the primary heat sink 20 is supported by a secondary cold sink 30 .

1차 히트싱크(20)는 다수의 배터리 셀(11)의 하부면을 받치는 구조로 다수의 배터리 셀(11)과 직접 접촉함으로써, 1차로 다수의 배터리 셀(11)의 온도를 낮추는 효과를 제공하기 위해 판 형상으로 형성된다. The primary heat sink 20 has a structure that supports the lower surfaces of the plurality of battery cells 11 and is in direct contact with the plurality of battery cells 11 to provide an effect of lowering the temperature of the plurality of battery cells 11 As shown in Fig.

2차 콜드싱크(30)는 1차 히트싱크(20)의 하부면을 받치며 상부면과 전면 및 후면이 개방된 육면체 형상으로 형성됨으로써, 다수의 배터리 셀(11)에 의해 발열된 열의 온도를 2차로 낮추는 역할을 수행한다. The secondary cold sink 30 supports the lower surface of the primary heat sink 20 and is formed in a hexahedron shape in which the upper surface, the front surface, and the rear surface are opened. Thus, the temperature of the heat generated by the plurality of battery cells 11 It also plays a role of lowering it to the second level.

여기서 1차 밀폐하우징(20a)은 상부면이 개방된 육면체 형상으로 형성됨으로써, 1차 히트싱크(20) 및 2차 콜드싱크(30)와 1차 히트싱크(20)의 상부에 위치한 다수의 배터리 셀(11)에 1차적인 밀폐를 위해 형성된다. The primary sealed housing 20a is formed in a hexahedron shape having an opened top face so that the primary heat sink 20 and the secondary cold sink 30 and the plurality of batteries Is formed for primary sealing in the cell (11).

한편, 2차 밀폐하우징(30a)은 1차 밀폐하우징(20a)의 외주면을 감싸는 상부면이 개방된 육면체 형상으로 형성됨으로써, 1차 히트싱크(20) 및 2차 콜드싱크(30)와 그 상부에 위치된 다수의 배터리 셀(11)에 대한 2차적인 밀폐를 위해 형성된다. The second closed housing 30a is formed in a hexahedron shape having an opened upper face surrounding the outer circumferential face of the first closed housing 20a so that the first heat sink 20 and the second cold sink 30, For a secondary seal against a plurality of battery cells (11) located in the battery cell (11).

냉각집중용 콜드블록(40)은 2차 밀폐하우징(30a)과 맞닿는 사각의 판 형상으로 형성되며, 그 하부에는 펠티어 소자(50)와 맞닿는 구조를 갖는다. The cooling and concentration cold block 40 is formed in the shape of a quadrilateral plate that contacts the secondary enclosure 30a and has a structure in contact with the Peltier element 50 at the lower part thereof.

펠티어 소자(50)는 하부면이 제 1 냉각핀(60)이 형성된 냉각핀용 하우징(61) 내부의 삽입홈(62)으로 삽입되며, 상부면은 냉각집중용 콜드블록(40)과 맞닿는다. 또한 냉각핀용 하우징(61)은 우측의 제1 삽입단(61a)과 좌측의 제2삽입단(61b)로 이루어지며, 우측의 제1 삽입단(61a)은 2차 밀폐하우징(30a)이 삽입되고, 좌측의 제2삽입단(61b)에는 BMS(2), BDU(3) 및 전원 및 제어 플러그(4)를 실장하기 위한 부분으로 구분되며, 상부면이 개방된 육면체 형상으로 형성된다. 그리고 2차 밀폐하우징(30a)은 냉각핀용 하우징(61) 상에서 제 1 삽입단(61a)으로 삽입되며, 펠티어 소자(50)의 상부는 냉각집중용 콜드블록(40)의 하부에 맞닿고 하부는 냉각핀용 하우징(61)의 삽입홈(62)에 맞닿게 된다.The lower surface of the Peltier element 50 is inserted into the insertion groove 62 in the housing 61 for the cooling fin in which the first cooling fin 60 is formed and the upper surface thereof is in contact with the cooling block 40 for cooling concentration. The housing 61 for the cooling pin is composed of a first insertion end 61a on the right side and a second insertion end 61b on the left side and a first insertion end 61a on the right side is formed by inserting the secondary closing housing 30a And the second insertion end 61b on the left side is divided into a portion for mounting the BMS 2, the BDU 3, and the power supply and control plug 4, and is formed in a hexahedron shape having an open upper surface. The second closed housing 30a is inserted into the first insertion end 61a on the housing 61 for the cooling pin and the upper portion of the Peltier element 50 is brought into contact with the lower portion of the cooling block 40 for cooling concentration, (62) of the housing (61) for the cooling pin.

이러한 펠티어 소자(50)를 이용한 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)에 있어서, HEV 차량용 리튬 이온 배터리 셀로 이루어지는 배터리 셀(11)은 순간적인 고전류의 사용으로 인한 발열이 심하고, 배터리 셀(11)의 수명은 열에 영향을 가장 많이 받기 때문에 상술한 방열 구조를 통해 외부로부터의 고열의 유입을 막고, 펠티어 소자(50)에 의해 냉각된 내부의 온도를 유지하기 위해 BMA(10)는 상측의 외장케이스(70)와, 제1,2차밀폐하우징(20a,30a) 및 냉각핀용 하우징(61)에 의해 다중 밀폐하는 단열 및 밀폐 구조 설계를 제공한다. 또한 결과적으로, 방진 및 방수를 위한 밀폐 구조의 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1) 내부의 펠티어 소자(50)의 위치 및 방열판에 해당하는 제 1 냉각핀(60) 및 제 2 냉각핀(11b)에 의해 최적의 방열 구조를 제공한다. In the air-cooled cooling-type sealed battery pack 1 using the Peltier element 50, the battery cell 11 composed of the lithium ion battery cell for an HEV vehicle has a large heat generation due to the use of a momentary high current, The BMA 10 maintains the temperature of the inside cooled by the Peltier element 50 in order to prevent the inflow of high temperature from the outside through the above-mentioned heat dissipation structure, (60), the first and second sealing housings (20a, 30a) and the housing (61) for the cooling fin. As a result, the position of the Peltier element 50 in the airtight cooling-based sealed battery pack 1 of a hermetically sealed structure for dustproofing and waterproofing, and the position of the Peltier element 50 and the positions of the first cooling fin 60 and the second cooling fin 11b To provide an optimal heat dissipation structure.

또한, 상술한 바와 같이 냉각을 위해 기존의 수냉식에서 공냉식으로 전환하고, 밀폐된 공간에서 방열이 가능하도록 펠티어 소자(50)를 적용한 신개념 공냉식 방열 방식을 제공함과 동시에 펠티어 소자(50)를 이용해 겨울철에는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1) 내부의 온도를 올리기 위한 열전효과 활용할 수 있는 효과가 있다. In addition, as described above, a new concept air cooling type heat radiation system in which a Peltier element 50 is applied so as to enable cooling in an airtight space by switching from an existing water-cooling type to an air cooling type for cooling is provided, and at the same time, The heat transfer effect for raising the internal temperature of the sealed battery pack 1 based on the air cooling type cooling can be utilized.

제 1 냉각핀(60)은 냉각핀용 하우징(61)의 하부면에 다수의 판 형상의 방열핀이 각각 균일한 이격 간격을 갖고 하부로 향하도록 형성된다. 제 1 냉각핀(60)은 차량운행시 외부 공기와 접촉하며 열교환을 위해 형성된다. The first cooling fin 60 is formed on the lower surface of the housing 61 for the cooling fin so that a plurality of plate-like radiating fins are directed downward with a uniform spacing. The first cooling fin 60 is formed for heat exchange with the outside air when the vehicle is traveling.

그리고, BMA(10)를 구성하는 다수의 배터리 모듈(11u) 각각은 다수의 배터리 셀(11)을 구분하는 셀 카트리지(11a)의 양측면에 제 2 냉각핀(11b)을 형성한다. 여기서 제 2 냉각핀(11b)은 하나의 배터리 모듈(11u) 내에서의 다수의 배터리 셀(11) 모두와 직접적으로 접촉하는 위치에 배터리 모듈(11u)의 양 측면에서 직교하는 방향을 향하도록 형성된 다수의 판 형상의 방열핀이 균일한 이격 간격을 두고 형성된다. Each of the plurality of battery modules 11u constituting the BMA 10 forms second cooling fins 11b on both sides of the cell cartridge 11a that divides the plurality of battery cells 11. [ The second cooling fin 11b is formed so as to face in a direction orthogonal to both sides of the battery module 11u at a position in direct contact with all of the plurality of battery cells 11 in one battery module 11u A plurality of plate-shaped radiating fins are formed with a uniform spacing.

다수의 배터리 모듈(11u)은 리튬 이온 배터리 모듈로 6개가 직렬로 연결되어 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 BMA(battery module assembly)(10)을 형성한다. A plurality of battery modules 11u are connected in series to six Li-ion battery modules to form a battery module assembly (BMA) 10 of a closed-type battery pack 1 based on an air cooling type.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
As described above, preferred embodiments of the present invention have been disclosed in the present specification and drawings, and although specific terms have been used, they have been used only in a general sense to easily describe the technical contents of the present invention and to facilitate understanding of the invention , And are not intended to limit the scope of the present invention. It is to be understood by those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

1: 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩
2: BMS(battery management system)
3: BDU(battery disconnect unit)
3a: 시그널 커넥터
3b: 전원 커넥터
3c: 전원릴레이
3d: 션트 레지스터
4: 전원 및 제어 플러그
5: MCU(motor controller unit)
6: 구동모터
10: BMA(battery module assembly)
11: 배터리 셀
11a: 셀 카트리지
11b: 제 2 냉각핀
12a: 제 1 모니터링부
12b: 제 2 모니터링부
13: CPU
13a: 릴레이 제어모듈
14: 로그메모리
15: 내부 커넥터
16: CAN 트랜시버
20: 1차 히트싱크(heatsink)
20a: 1차 밀폐하우징
30: 2차 콜드싱크(coldsink)
30a: 2차 밀폐하우징
40: 냉각집중용 콜드블록
50: 펠티어 소자(peltier)
60: 제 1 냉각핀1: Air-cooled cooling-based sealed battery pack
2: battery management system (BMS)
3: BDU (battery disconnect unit)
3a: Signal connector
3b: Power connector
3c: Power relay
3d: Shunt register
4: Power and control plug
5: motor controller unit (MCU)
6: Driving motor
10: battery module assembly (BMA)
11: Battery cell
11a: cell cartridge
11b: second cooling pin
12a: first monitoring unit
12b: second monitoring unit
13: CPU
13a: Relay control module
14: Log memory
15: Internal connector
16: CAN transceiver
20: Primary heat sink (heatsink)
20a: Primary sealing housing
30: Secondary cold sink
30a: Second seal housing
40: Cooling concentration cold block
50: Peltier element
60: first cooling pin

Claims (9)

구동 모터(6)에 전원을 공급하기 위한 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)과, 상기 구동 모터(6)의 작동을 제어하는 MCU(5) 및 상기 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)에서 공급되는 전원에 의해 구동되는 구동 모터(6)를 포함하여 구성되는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템에 있어서:
상기 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)은,
다수의 배터리 셀(11)을 포함하여 구성되는 BMA(10)와;
상기 BMA(10)를 구성하는 배터리 셀(11)의 온도를 측정하는 온도센서와 배터리 셀(11)의 전류를 측정하는 전류센서를 통해 배터리 셀(11)의 온도 및 전류와 전압을 탐지하고 온도센서와 전류센서에서 탐지된 탐지 온도 및 전류와 전압에 대한 신호를 CPU로 송신하는 적어도 하나 이상의 모니터링부(12a,12b)와, 내부의 릴레이 제어모듈(13a)과 CAN 트랜시버(16)와 연결되며 외부로는 BDU(3)의 시그널 커넥터(3a), 전원 커넥터(3b), 전원릴레이(3c) 및 션트 레지스터(3d)와 연결되는 내부 커넥터(15)와, CAN 트랜시버(16)에 대한 제어를 통해 내부 커넥터(15)와 연결된 CAN 트랜시버(16)가 MCU(5)와 CAN 통신을 수행하게 하고 릴레이 제어모듈(13a)에 대한 제어로 BMA(10)의 (+)전원의 이동 경로에 놓여진 전원릴레이(3c)에 대한 작동제어를 수행하게 하여 MCU(5)로 전달되는 전원에 대한 릴레이가 형성하도록 하며 로그메모리(14)에 장애 발생 전의 상태로 복원하기 위한 로그 데이터가 저장되도록 제어하는 CPU(13)로 이루어지는 BMS(2); 및
상기 BMS(2)의 내부 커넥터(15)로부터 제어 신호를 수신하는 시그널 커넥터(3a)와, 상기 BMA(10)의 (+) 및 (-)전원과 MCU(5)와 연결되는 전원 커넥터(3b)와, 상기 전원 커넥터(3b)와 BMA(10)의 (+)전원 선로 사이에 형성되는 전원 릴레이(3c) 및 상기 전원 커넥터(3b)와 BMA(10)의 (-)전원 선로 사이에 형성되는 션트 레지스터(3d)를 포함하여 구성되는 BDU(3);를 포함하여 이루어지고,
상기 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)은 냉각핀용 하우징(61)의 상부를 덮는 외장케이스(70)와, 베터리셀(11)과 베터리셀(11)의 하부에 설치된 제1차 히트싱크(20)와, 1차 히트싱크(20)의 하부면을 받치는 제2차콜드싱크(30)와, 제2차콜드싱크(30)를 밀폐하는 제1차밀폐하우징(20a)과, 상기 제1차밀폐하우징(20a)을 하부에서 밀폐하도록 상부면이 개방된 제2차밀폐하우징(30a) 및 상기 제2차 밀폐하우징(30a)을 수용하고 외장케이스(70)와 결합되는 냉각핀용 하우징(61)에 의해 밀폐되며,
상기 BMA(10)에서 발생되는 열은 다수의 배터리 셀(11)을 구분하는 셀 카트리지(11a)의 양측면에 형성되는 제2 냉각핀(11b)과, 외부의 공기와 접촉하여 열교환하도록 냉각핀용 하우징(61)에 구비된 제1냉각핀(60) 및 상부가 콜드블럭(40)에 맞닿고 하부는 냉각핀용 하우징(61)에 맞닿는 펠티어소자(50)에 의해 방열되고,
상기 BMS(2)의 CPU(13)는 배터리 셀(11)에 구비된 전류센서로 전압를 측정한 후, 상기 모니터링부(12a,12b)로부터 수신된 배터리 셀(11)의 온도에 따라 펠티어 소자(50)의 동작을 제어하며, 상기 모니터링부(12a,12b)로부터 수신된 각각의 배터리 셀(11)의 전압에 따라 SOC를 산정하여 배터리 셀(11)의 과충전 및 과방전이 방지되게 하고 배터리 셀(11) 간의 전압레벨이 균등하게 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템.
(1) for supplying power to a drive motor (6), an MCU (5) for controlling the operation of the drive motor (6), and an air-cooled cooling- And a drive motor (6) driven by a power source supplied from the air-cooled cooling-type closed-type battery pack, wherein the air-
The air-cooled cooling-type hermetic battery pack (1)
A BMA (10) comprising a plurality of battery cells (11);
Current and voltage of the battery cell 11 through a temperature sensor for measuring the temperature of the battery cell 11 constituting the BMA 10 and a current sensor for measuring the current of the battery cell 11, At least one monitoring unit 12a and 12b for transmitting a detection temperature detected by the sensor and the current sensor to the CPU and signals for the current and the voltage to the CPU and an internal relay control module 13a and a CAN transceiver 16 An external connector 15 connected to the signal connector 3a, the power connector 3b, the power relay 3c and the shunt resistor 3d of the BDU 3 and the CAN transceiver 16 The CAN transceiver 16 connected to the internal connector 15 causes CAN communication with the MCU 5 and controls the relay control module 13a to supply power to the BMA 10, A CPU (not shown) for controlling the operation of the relay 3c to form a relay for the power supplied to the MCU 5 and for storing log data for restoring the state before the occurrence of the failure in the log memory 14 13); And
A signal connector 3a for receiving a control signal from the internal connector 15 of the BMS 2 and a power connector 3b connected to the MCU 5 and the positive and negative power supplies of the BMA 10, A power source relay 3c formed between the power source connector 3b and the positive power line of the BMA 10 and a power source line 3b formed between the power source connector 3b and the negative power line of the BMA 10 And a shunt resistor 3d which is connected to the BDU 3,
The air-cooled cooling-type sealed battery pack 1 includes an outer case 70 covering the upper portion of the housing 61 for the cooling pin, a first heat sink (not shown) provided at the lower portion of the battery cell 11, 20, a second cold sink 30 for supporting the lower surface of the primary heat sink 20, a first cold sealing housing 20a for sealing the second cold sink 30, A second closed housing 30a having an opened upper surface for closing the closed housing 20a at the bottom and a housing 61 for cooling fins accommodating the second closed housing 30a and coupled with the outer case 70 ),
The heat generated in the BMA 10 includes a second cooling fin 11b formed on both sides of the cell cartridge 11a that separates the plurality of battery cells 11 and a second cooling fin 11b formed in the housing for the cooling fin, The first cooling fins 60 provided in the first cooling fins 61 and the lower portion are radiated by the Peltier element 50 abutting against the cold block 40 and the upper portion contacting the cold block 40,
The CPU 13 of the BMS 2 measures a voltage with a current sensor provided in the battery cell 11 and then measures the voltage of the Peltier element 11a according to the temperature of the battery cell 11 received from the monitoring units 12a and 12b The SOC is calculated according to the voltage of each battery cell 11 received from the monitoring units 12a and 12b to prevent overcharging and overdischarge of the battery cell 11, 11. The vehicle drive system according to claim 1, wherein the control unit controls the voltage level of the battery pack to be maintained evenly.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 션트 레지스터(3d)는 CPU(13)의 제어에 따라 MCU(5)로 전달되는 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템.
The method according to claim 1,
And the shunt resistor 3d cuts off the power to be supplied to the MCU 5 under the control of the CPU 13. The vehicle driving system according to claim 1,
청구항 1에 있어서,
상기 전원릴레이(3c)는 CPU(13)의 제어에 따른 릴레이 제어모듈(13a)로부터 신호를 전달받아 MCU(5)로 전달되는 전원에 대한 릴레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템.
The method according to claim 1,
The power supply relay 3c receives a signal from the relay control module 13a under the control of the CPU 13 and forms a relay for a power source to be transmitted to the MCU 5. The air- A vehicle drive system having a pack.
청구항 1에 있어서,
상기 펠티어 소자(50)는 하부면이 냉각핀용 하우징(61) 내부에 형성된 삽입홈에 삽입되고, 삼부면은 냉각집중용 콜드블록(40)에 맞닿도록 설치되는 것을 특징으로 하는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템.
The method according to claim 1,
Characterized in that the Peltier element (50) is inserted into an insertion groove formed in the housing (61) for a cooling fin, the lower face of the Peltier element (50) being mounted so as to abut against the cooling block (40) A vehicle drive system having a battery pack.
청구항 8에 있어서,
상기 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩(1)의 제1차 히트싱크(20)는 다수의 배터리 셀(11)과 직접 접촉하여 1차로 다수의 배터리 셀(11)의 온도를 낮추도록 판 형상으로 형성되며, 상기 2차 콜드싱크(30)는 상부면과 전면 및 후면이 개방된 육면체 형상으로 형성되어 다수의 배터리 셀(11)에 대한 온도를 2차로 낮추는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 공냉식 냉각 기반의 밀폐형 배터리팩을 구비한 차량 구동 시스템.
The method of claim 8,
The first heat sink 20 of the air-cooled cooling-type sealed battery pack 1 is formed into a plate shape so as to lower the temperature of the plurality of battery cells 11 in a primary contact with the plurality of battery cells 11 , And the secondary cold sink (30) Wherein the battery pack is formed in a hexahedron shape having an open top surface, a front surface and a rear surface to lower the temperatures of the plurality of battery cells to a second level.
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