KR102480994B1 - Battery temperature control system for electric vehicle and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일면에 따른 배터리 온도조절장치는 복수개의 배터리셀을 포함하는 배터리모듈; 상기 배터리모듈의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 배터리모듈의 일측면에 부착되는 열전소자; 및 상기 온도센서로부터 획득한 상기 배터리모듈의 온도에 따라 상기 열전소자의 흡열 또는 발열을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A battery temperature controller according to an aspect of the present invention includes a battery module including a plurality of battery cells; a temperature sensor for measuring the temperature of the battery module; a thermoelectric element attached to one side of the battery module; and a controller controlling heat absorption or heat generation of the thermoelectric element according to the temperature of the battery module obtained from the temperature sensor.

Description

전기자동차용 배터리 온도조절 시스템 및 그 방법{Battery temperature control system for electric vehicle and method thereof}Battery temperature control system for electric vehicle and method thereof

본 발명은 배터리 냉각 시스템에 관한 것으로, 특히 전기자동차용 고용량 배터리의 모듈 별 온도조절 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cooling system, and more particularly, to a temperature control system and method for each module of a high-capacity battery for an electric vehicle.

최근 석유자원의 고갈과 배기가스에 의한 지구온난화 등 환경오염에 대한 우려 때문에 친환경 전기자동차와 하이브리드 자동차에 대한 관심이 높아지고 있고, 이에 따라 자동차 제작사들의 제품 개발과 출시도 활발히 이루어지고 있다.Recently, interest in eco-friendly electric vehicles and hybrid vehicles has increased due to concerns about environmental pollution such as depletion of petroleum resources and global warming caused by exhaust gas, and accordingly, product development and release by automobile manufacturers are actively being performed.

전기자동차(이하 하이브리드 자동차 포함)는 종래 화석연료를 연소시켜 이를 회전에너지로 바꾸어 바퀴를 구동시키던 것과 달리 전기에너지를 이용하여 전동기를 회전시켜 바퀴를 구동시키는데, 자동차의 주행을 위해서는 높은 에너지가 필요하고 따라서 고전압의 배터리 시스템이 필수적이다.Electric vehicles (hereinafter, including hybrid vehicles) drive wheels by rotating an electric motor using electric energy, unlike conventional combustion of fossil fuel and converting it into rotational energy to drive wheels. Therefore, a high-voltage battery system is essential.

이렇게 높은 전기 에너지를 얻기 위해서는 다수의 배터리를 직렬 또는 병렬로 연결하는데 각각의 배터리를 배터리셀(Cell)이라 하고 여러 개의 셀을 모아 고정한 것을 배터리모듈이라고 하며 모듈들을 모아 고정한 것을 배터리 팩이라 한다.In order to obtain such high electrical energy, a plurality of batteries are connected in series or parallel. Each battery is called a battery cell, a collection of cells is called a battery module, and a collection of modules is called a battery pack.

배터리는 충전과 방전을 반복할 수 있는 2차 전지가 사용되는데 통상적으로는 섭씨 40도 이상의 고온과 섭씨 0도 이하의 저온에서는 제 성능을 발휘하지 못하고, 그러한 환경에서 충전과 방전이 반복되면 배터리의 수명도 단축되는 결과로 이어진다. 전기자동차의 성능과 수명은 결국 이 배터리의 수명에 의해 좌우되므로, 배터리에서 발생하는 열을 관리하고 주변 환경의 변화에 따라 배터리를 최적의 온도로 유지시켜 주는 것이 전기 자동차에 있어 중요한 과제로 부각되었다.The battery uses a secondary battery that can be charged and discharged repeatedly. Normally, it does not perform well at high temperatures of over 40 degrees Celsius and low temperatures below 0 degrees Celsius. It also leads to a shortened lifespan. Since the performance and lifespan of an electric vehicle ultimately depends on the lifespan of the battery, managing the heat generated by the battery and maintaining the battery at an optimal temperature according to changes in the surrounding environment has emerged as an important task for electric vehicles. .

더욱이 머지 않은 장래에는 하이브리드 형태가 아닌 배터리로만 운행되는 순수 전기자동차가 주류를 이룰 것으로 전망되고 있고, 배터리 시스템의 대형화도 필요하게 될 것이므로 배터리 팩 전체의 열관리 뿐만 아니라 배터리 팩을 이루는 각 배터리모듈의 독립적인 온도제어도 중요하게 될 것으로 예상된다.Moreover, in the near future, it is expected that pure electric vehicles that run only on batteries rather than hybrid types will become the mainstream, and as the battery system will need to be larger, not only the thermal management of the entire battery pack, but also the independent control of each battery module that makes up the battery pack Phosphorus temperature control is also expected to become important.

차량용 배터리의 온도조절을 위해 종래에는 공기냉각방식, 에어컨 냉매 방식, 칠러를 이용하는 방식 등을 사용하였다.Conventionally, an air cooling method, an air conditioner refrigerant method, and a method using a chiller have been used to control the temperature of a vehicle battery.

공기냉각방식은 기존의 차량 에어컨 시스템과 연계하여 공기의 흐름으로 배터리의 온도를 관리하는 시스템으로, 기존의 시스템을 이용하므로 시스템을 단순화 할 수 있는 장점이 있으나 승객이 탑승하는 캐빈룸(Cabin room)의 온도에 의존하게 되므로 배터리의 온도조절이 자유롭지 못하고, 공기순환을 이용하기 때문에 냉각효율이 뛰어나지 못한 단점이 있다.The air cooling method is a system that manages the temperature of the battery with the flow of air in connection with the existing vehicle air conditioning system. It has the advantage of simplifying the system because it uses the existing system, but the cabin room where passengers board Since it depends on the temperature of the battery, the temperature control of the battery is not free, and the cooling efficiency is not excellent because it uses air circulation.

공기냉각방식의 가장 큰 문제점은 배터리 팩의 크기가 커짐에 따라 공기의 흐름이 시작하는 지점과 끝나는 지점의 온도차이가 나게 되고, 따라서 배터리셀 또는 모듈 간 온도편차가 크게 되어 어느 지점을 기준으로 온도 조절을 해야 하는 지 판단하기 곤란하게 된다는 점이다.The biggest problem with the air cooling method is that as the size of the battery pack increases, the temperature difference between the starting point and the ending point of the air flow increases, and thus the temperature deviation between battery cells or modules increases, so that the temperature This makes it difficult to determine whether adjustments are necessary.

이러한 공기냉각방식을 보완하기 위해 에어컨 냉매를 이용한 직접 냉각방식이 사용되었다. 에어컨의 공기순환에 의한 간접 냉각 방식이 아니라 냉매의 기화열을 이용하는 직접 냉각 방식을 사용함으로써 냉각 효과가 뛰어난 장점이 있으나, 이 역시 차량 에어컨 시스템과 연계해야 하고 또한 배터리의 온도가 낮은 경우에 온도를 높이기 위해서는 별도의 히팅 시스템을 구성해야 하는 단점이 있다.In order to supplement this air cooling method, a direct cooling method using an air conditioner refrigerant was used. There is an advantage in that the cooling effect is excellent by using the direct cooling method using the heat of vaporization of the refrigerant instead of the indirect cooling method by air circulation of the air conditioner, but this also needs to be linked with the vehicle air conditioner system and also increases the temperature when the temperature of the battery is low. However, there is a disadvantage in that a separate heating system must be configured for this purpose.

칠러를 이용한 열관리 방식은, 온도조절을 위한 파이프를 통해 배터리에 냉각수를 흘려 보내고 칠러에서는 냉각수와 차량 에어컨 시스템 사이의 열 교환을 통하여 온도조절을 가능하게 하는 방식이다. 공기냉각방식과 달리 냉각수 순환에 의하기 때문에 냉각 효율이 좋고, 냉매 방식에 비해서는 승온이 가능하다는 장점이 있으나, 여전히 차량 에어컨 시스템과 연동해야 하는 한계와, 냉각수와 파이프, 펌프, 칠러 등의 시스템을 갖추어야 하므로 중량과 비용이 증가하는 문제점이 있다.A heat management method using a chiller is a method in which cooling water is sent to a battery through a pipe for temperature control and temperature control is enabled through heat exchange between the cooling water and the vehicle air conditioning system in the chiller. Unlike the air cooling method, the cooling efficiency is good because it is based on the cooling water circulation, and it has the advantage of being able to raise the temperature compared to the refrigerant method, but there are still limitations in interlocking with the vehicle air conditioning system, and systems such as coolant, pipes, pumps, and chillers Since it must be equipped, there is a problem in that weight and cost increase.

이러한 종래의 냉각방식들은 주로 차량의 에어컨 시스템과 연동되므로 독립적인 시스템 구성이 어려운 한계가 있고, 또한 일반적으로 차량 에어컨 시스템은 차량의 앞쪽에 위치하고 배터리는 캐빈룸 뒤편에 위치하는 것도 냉각 시스템의 레이아웃이 복잡해지는 요인이 된다.Since these conventional cooling methods are mainly interlocked with the vehicle's air conditioning system, it is difficult to configure an independent system, and in general, the vehicle air conditioning system is located at the front of the vehicle and the battery is located at the back of the cabin room, so the layout of the cooling system is difficult. becomes a complicating factor.

또한 배터리 온도조절을 위한 칠러나 승온을 위한 코일, 냉각수 순환을 위한 펌프와 파이프설치 등은 배터리 시스템의 소형화를 어렵게 하고, 결과적으로 차량의 공간활용도를 낮추고 에너지효율도 떨어뜨리는 원인이 된다..In addition, chillers for battery temperature control, coils for temperature increase, and pumps and pipes for cooling water circulation make it difficult to miniaturize the battery system, and as a result, reduce space utilization and energy efficiency.

이는 향후 순수 전기자동차에서 배터리셀이 많아지고 배터리 시스템이 대형화 되는 경우 배터리 위치에 따라 배터리셀간 온도편차가 커지게 되고, 따라서 온도 제어가 어렵게 되어 전체적인 차량 성능 저하로 이어지는 문제가 발생할 수 있다.When the number of battery cells increases and the battery system becomes larger in the future, the temperature deviation between battery cells increases depending on the location of the battery, and thus temperature control becomes difficult, leading to a problem leading to overall vehicle performance degradation.

본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 배터리모듈 별로 온도 조절이 가능하도록 열전소자를 이용한 배터리 온도 조절 시스템과 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been devised from the technical background as described above, and an object of the present invention is to provide a battery temperature control system and method using a thermoelectric element to enable temperature control for each battery module.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 배터리 온도조절장치는 복수개의 배터리셀을 포함하는 배터리모듈; 상기 배터리모듈의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 배터리모듈의 일측면에 부착되는 열전소자; 및 상기 온도센서로부터 획득한 상기 배터리모듈의 온도에 따라 상기 열전소자의 흡열 또는 발열을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Battery temperature control device according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a battery module including a plurality of battery cells; a temperature sensor for measuring the temperature of the battery module; a thermoelectric element attached to one side of the battery module; and a controller controlling heat absorption or heat generation of the thermoelectric element according to the temperature of the battery module obtained from the temperature sensor.

본 발명의 다른 일면에 따른 배터리 온도조절방법은 배터리모듈, 온도센서, 열전소자 및 제어부를 포함하는 배터리 온도조절장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 온도센서를 통해 상기 배터리모듈의 온도를 측정하는 단계; 상기 측정한 온도가 기설정된 최저온도보다 낮은 경우 상기 열전소자의 배터리모듈과 접촉하는 부분을 발열모드로 설정하는 단계; 및 상기 측정한 온도가 기설정된 최고온도보다 높은 경우 상기 열전소자의 배터리모듈과 접촉하는 부분을 흡열모드로 설정하는 단계;를 포함하여 상기 배터리모듈의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.In another aspect of the present invention, a battery temperature control method includes a battery temperature control device including a battery module, a temperature sensor, a thermoelectric element, and a control unit, wherein the control unit measures the temperature of the battery module through the temperature sensor; setting a portion of the thermoelectric element in contact with the battery module to a heating mode when the measured temperature is lower than a preset minimum temperature; and setting a portion of the thermoelectric element in contact with the battery module to a heat absorbing mode when the measured temperature is higher than a predetermined maximum temperature.

본 발명에 따르면, 독립적인 온도조절장치를 배터리모듈별로 설치함으로써 배터리모듈별로 포함된 배터리셀을 냉각 또는 가열하여 최적의 성능을 발휘하는 온도로 유지할 수 있는 효과가 있고, 배터리모듈간 온도편차를 줄일 수 있어 배터리 효율이 높아지고 결과적으로 배터리 수명을 늘릴 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by installing an independent temperature control device for each battery module, it is possible to cool or heat the battery cells included in each battery module to maintain the optimum performance temperature, and to reduce the temperature deviation between the battery modules. This has the effect of increasing battery efficiency and consequently prolonging battery life.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도조절 시스템을 포함하는 전기차의 배터리모듈을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도조절 시스템을 포함하는 전기차의 배터리모듈을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈들로 구성된 배터리팩을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도조절 방법을 나타낸 흐름도.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도조절 방법을 나타낸 흐름도.1 is a view showing a battery module of an electric vehicle including a temperature control system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a battery module of an electric vehicle including a temperature control system according to another embodiment of the present invention.
3 is a view showing a battery pack composed of battery modules according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flow chart showing a temperature control method according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is a flow chart showing a temperature control method according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Meanwhile, terms used in this specification are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” means that a stated component, step, operation, and/or element is the presence of one or more other components, steps, operations, and/or elements. or do not rule out additions.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 온도조절장치(100)를 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 shows a battery temperature controller 100 according to an embodiment of the present invention.

배터리 온도조절장치(100)는 복수개의 배터리셀(111)들을 포함하는 배터리모듈(110), 온도센서(120), 열전소자(130) 및 제어부(140)를 포함하여 이루어진다.The battery temperature controller 100 includes a battery module 110 including a plurality of battery cells 111, a temperature sensor 120, a thermoelectric element 130, and a controller 140.

전기자동차나 하이브리드 자동차는 그 무게 때문에 높은 에너지를 필요로 하므로 대용량, 고전압의 배터리를 갖추어야 한다. 현재 이를 위해 전기자동차의 배터리 시스템은 복수개의 배터리셀(111)들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리모듈(110)을 구성하고, 이 배터리모듈(110)들을 필요한 만큼 연결하여 배터리팩이라고 하는 배터리 시스템을 구성하여 사용한다.Since electric vehicles and hybrid vehicles require high energy due to their weight, they must be equipped with large-capacity and high-voltage batteries. Currently, the battery system of an electric vehicle for this purpose connects a plurality of battery cells 111 in series or parallel to form a battery module 110, and connects these battery modules 110 as needed to form a battery system called a battery pack. configure and use

이러한 배터리 시스템의 각 배터리모듈(110)별 개별 온도조절을 위해서 각 배터리모듈(110)마다 온도를 측정할 수 있는 온도센서(120)을 장착한다. 배터리 시스템의 경우 상당한 부피를 차지하기 때문에 전체 배터리 시스템이 아닌 배터리모듈(110)별 온도측정과 온도조절이 필요하기 때문이다.For individual temperature control of each battery module 110 of the battery system, a temperature sensor 120 capable of measuring temperature is mounted on each battery module 110 . This is because the battery system requires temperature measurement and temperature control for each battery module 110 rather than the entire battery system because it occupies a considerable volume.

각 온도조절의 단위가 되는 배터리모듈(110)에는 열전소자(130)가 부착되는데 열전소자(130)는 반도체의 펠티에 효과를 이용한 것으로, 반도체의 PN접합을 사용하여 전류를 흘려주면 한쪽 면은 냉각되어 열을 흡수하고 반대 면은 발열이 되는 소자이다. 발열면과 흡열면은 전류의 방향에 따라 결정되므로 필요에 따라 전류의 방향을 바꾸어 발열과 흡열을 한 개의 소자로 제어가 가능한 장점이 있다.A thermoelectric element 130 is attached to the battery module 110, which is a unit of temperature control. The thermoelectric element 130 uses the Peltier effect of a semiconductor, and when a current flows using a PN junction of a semiconductor, one side is cooled It is an element that absorbs heat and generates heat on the opposite side. Since the heating surface and the heat absorbing surface are determined according to the direction of the current, there is an advantage in that heat generation and absorption can be controlled with one element by changing the direction of the current as necessary.

배터리모듈(110)에 부착된 열전소자(130)는 온도센서(120)로 측정한 배터리모듈(110)의 온도에 따라 흡열 또는 발열모드로 전환하여 배터리모듈(110)의 온도를 배터리 동작에 최적의 조건이 되는 온도로 조절할 수 있다.The thermoelectric element 130 attached to the battery module 110 converts the temperature of the battery module 110 to an endothermic or exothermic mode according to the temperature of the battery module 110 measured by the temperature sensor 120 so that the temperature of the battery module 110 is optimal for battery operation. It can be adjusted to the temperature that satisfies the condition of

제어부(130)는 온도센서(120)에 의해 측정한 배터리모듈(110)의 온도에 따라 열전소자(130)에 흐르는 전류의 방향을 바꾸어 흡열 또는 발열이 되는 면을 전환함으로써 배터리모듈(110)의 온도를 조절한다.The control unit 130 changes the direction of the current flowing through the thermoelectric element 130 according to the temperature of the battery module 110 measured by the temperature sensor 120 to switch the side that absorbs heat or generates heat, thereby increasing the power of the battery module 110. Adjust the temperature.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도조절장치(200)의 구성을 나타낸다.2 shows the configuration of a temperature controller 200 according to another embodiment of the present invention.

온도조절장치(200)는 온도조절의 효율을 높이기 위해 전술한 온도조절장치(100)에 비해 방열판(250, Heat sink), 냉각팬(260), 파이프(270) 등을 더 포함한다.The temperature control device 200 further includes a heat sink 250 (heat sink), a cooling fan 260, a pipe 270, and the like compared to the temperature control device 100 described above in order to increase the efficiency of temperature control.

방열판(250)은 열전소자(230)의 양면 중 배터리모듈(210)이 부착된 면의 반대편 면에 부착되어 열전소자(230)의 열 교환 면적을 넓혀준다. 즉, 열전소자(230)가 냉각모드인 경우에는 배터리모듈(210)과 접촉한 면이 열을 흡수하고 방열판(250)과 접촉한 면이 열을 방출하게 되므로 방열판(250)에 의해 열을 방출하는 면이 넓어져서 방열효율이 좋아진다. 반대로 승온모드일 때는 방열판(250)에 의해 주변의 열을 더 잘 흡수할 수 있다.The heat sink 250 is attached to a surface opposite to the side to which the battery module 210 is attached among both sides of the thermoelectric element 230 to increase the heat exchange area of the thermoelectric element 230 . That is, when the thermoelectric element 230 is in the cooling mode, the surface in contact with the battery module 210 absorbs heat and the surface in contact with the heat sink 250 releases heat, so heat is released by the heat sink 250. The wider the surface, the better the heat dissipation efficiency. Conversely, in the temperature rising mode, ambient heat can be better absorbed by the heat sink 250 .

방열판(250)과 함께 냉각팬(260) 또한 열전소자(230)의 열 교환을 도와준다. 열전소자(230)와 방열판(250)에 의해 방출된 열을 냉각팬(260)으로 차량 밖으로 순환시켜 방열이 원활하도록 하는 것이다. 냉각팬(260)의 동작과 정지, 회전속도 등은 제어부(240)에 의해 조절된다.Along with the heat sink 250, the cooling fan 260 also helps heat exchange of the thermoelectric element 230. The heat emitted by the thermoelectric element 230 and the heat dissipation plate 250 is circulated to the outside of the vehicle by the cooling fan 260 so that heat dissipation is smooth. Operation, stop, and rotational speed of the cooling fan 260 are controlled by the controller 240 .

열 교환용 파이프(270)는 히트파이프(Heat pipe)라고도 불리며 배터리모듈(210)을 구성하는 배터리셀(211)의 사이사이에 위치하여 배터리의 전체적인 냉각효율을 높이고 열전소자에 의한 열 전달을 고르게 하기 위해 사용된다. 열전소자(230)만으로 배터리모듈(210)의 온도를 조절하는 경우에 열전소자(230)와 접촉한 부분과 그렇지 않은 부분의 온도차이가 또 발생할 수 있기 때문이다. The heat exchange pipe 270 is also called a heat pipe and is located between the battery cells 211 constituting the battery module 210 to increase the overall cooling efficiency of the battery and to evenly transfer heat by the thermoelectric element. used to do This is because, when the temperature of the battery module 210 is controlled only with the thermoelectric element 230, a temperature difference between a part in contact with the thermoelectric element 230 and a part not in contact with the thermoelectric element 230 may also occur.

파이프(270)는 알루미늄 재질 또는 강성과 열전도율을 고려하여 이를 만족하는 다른 재료로 구성 가능하다.The pipe 270 may be made of aluminum or other materials that satisfy these requirements in consideration of stiffness and thermal conductivity.

파이프(270)는 배터리셀(211)의 사이에 위치하고 배터리셀(211)보다 튀어나오는 부분은 'ㄱ'자 형태로 꺾어져 배터리모듈(210)과 열전소자(230)의 사이에 위치하게 된다. 파이프(270)가 꺾여서 보다 넓은 면적이 열전소자(230)와 접촉함으로써 파이프(270) 내의 냉매와 열전소자(230)간의 열 교환 효율을 높일 수 있는 구조이다. The pipe 270 is positioned between the battery cells 211 and a portion protruding from the battery cell 211 is bent in an 'L' shape to be positioned between the battery module 210 and the thermoelectric element 230. Since the pipe 270 is bent so that a larger area comes into contact with the thermoelectric element 230, heat exchange efficiency between the refrigerant in the pipe 270 and the thermoelectric element 230 can be increased.

파이프(270)의 내부에는 아세톤 냉매가 채워져 있는데, 아세톤 냉매는 끓는점이 섭씨 56도로 배터리의 동작 온도범위와 비슷하기 때문에 배터리 냉각용 냉매로 사용된다. 아세톤 냉매는 배터리셀(211)의 열을 흡수하면 액체에서 기체로 기화되는데, 기화된 아세톤 냉매는 파이프(270)의 윗부분, 즉, 'ㄱ'자로 꺾여서 열전소자(230)와 접촉되는 부분에 이르게 되고 열전소자(230)와의 열 교환을 통해 다시 액체상태로 돌아가는 과정을 거치며 파이프(270) 내부를 순환한다.The inside of the pipe 270 is filled with acetone refrigerant, which is used as a refrigerant for battery cooling because its boiling point is similar to the operating temperature range of the battery at 56 degrees Celsius. When the acetone refrigerant absorbs the heat of the battery cell 211, it is vaporized from a liquid to a gas. It circulates inside the pipe 270 while going through a process of returning to the liquid state again through heat exchange with the thermoelectric element 230.

이렇게 아세톤 냉매는 파이프(270)를 따라 기화와 액화를 반복하며 배터리셀(211)의 구석까지 순환하며 열전소자(230)와의 열 교환을 통해서 배터리모듈(210) 전체의 온도를 최적의 온도로 유지할 수 있도록 해준다. 또한 냉매 순환을 위해 워터펌프 등의 장치를 추가로 설치하지 않아도 되므로 전체 시스템의 부피와 중량이 작아지는 효과도 가진다.In this way, the acetone refrigerant repeats vaporization and liquefaction along the pipe 270, circulates to the corner of the battery cell 211, and maintains the temperature of the entire battery module 210 at the optimum temperature through heat exchange with the thermoelectric element 230. allows you to In addition, since there is no need to additionally install a device such as a water pump for refrigerant circulation, the volume and weight of the entire system are reduced.

제어부(240)는 냉각팬(260)의 회전수를 조절하고 열전소자(230)에 흐르는 전류의 방향과 세기를 조절하여 발열 또는 흡열을 제어함으로써 각 배터리모듈(210)의 온도가 미리 설정해 둔 온도범위에 있을 수 있도록 제어한다.The control unit 240 adjusts the number of rotations of the cooling fan 260 and the direction and strength of the current flowing through the thermoelectric element 230 to control heat generation or absorption, so that the temperature of each battery module 210 is a preset temperature. control to be in range.

이렇게 배터리모듈(210) 단위로 독립적으로 구성되는 온도조절장치(200)는 각 배터리모듈(210) 별로 온도조절이 가능하다는 장점뿐 아니라, 모듈단위로 분해 또는 조립이 용이하므로 전기자동차의 크기와 필요 배터리 용량에 따라 배터리모듈(210)들을 연결하여 손쉽게 배터리 시스템의 확장이 가능하고 고장 시 배터리모듈(210) 별 수리가 가능하다는 장점도 가진다.In this way, the temperature control device 200 independently configured in units of battery modules 210 not only has the advantage of being able to control the temperature for each battery module 210, but also easily disassembles or assembles in units of modules, so that the size and needs of the electric vehicle The battery system can be easily expanded by connecting the battery modules 210 according to the battery capacity, and each battery module 210 can be repaired in case of failure.

도 3은 이러한 각각의 배터리모듈(210)이 모여서 배터리팩이라는 전기자동차용 배터리 시스템을 구성하는 모습을 나타난다.3 shows a state in which each of these battery modules 210 are gathered to form a battery system for an electric vehicle called a battery pack.

이하에서는 전술한 배터리 온도조절장치들(100, 200)을 통해 전기자동차용 배터리시스템의 온도를 조절하는 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of controlling the temperature of a battery system for an electric vehicle through the above-described battery temperature controllers 100 and 200 will be described.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도조절 방법을 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a temperature control method according to another embodiment of the present invention.

제어부(240)는 각 배터리모듈(210) 별 온도를 파악하여 열전소자(230)와 냉각팬(260)을 이용하여 배터리모듈(210)별로 온도를 조절함으로써 전체 배터리시스템의 온도를 제어하는 역할을 한다. 배터리모듈(210)의 온도는 독립적으로 관리되기 때문에 제어부(240)도 배터리모듈(210) 별로 독립적으로 운용될 수도 있고, 배터리모듈(210) 별로 각각의 보조제어기를 설치한 후 차량의 중앙시스템에서 보조제어기들을 통합하여 관리하는 방법으로 운용하는 것 또한 가능하다.The controller 240 determines the temperature of each battery module 210 and controls the temperature of the entire battery system by controlling the temperature of each battery module 210 using the thermoelectric element 230 and the cooling fan 260. do. Since the temperature of the battery module 210 is independently managed, the control unit 240 may also be operated independently for each battery module 210, and after installing each auxiliary controller for each battery module 210, in the central system of the vehicle It is also possible to operate by integrating and managing auxiliary controllers.

제어부(240)의 온도조절 방법을 구체적으로 살펴보면, 우선 각 배터리모듈(210)에 설치된 온도센서(220)를 통해서 배터리모듈(210) 각각의 온도를 파악한다(S410).Looking at the temperature control method of the controller 240 in detail, first, the temperature of each battery module 210 is determined through the temperature sensor 220 installed in each battery module 210 (S410).

온도센서(220)에 의해 측정된 배터리모듈(210) 별 온도를 미리 설정해놓은 최고온도 또는 최저온도와 비교하여(S420, S440) 열전소자(230)의 발열 또는 흡열을 결정하게 된다.The temperature of each battery module 210 measured by the temperature sensor 220 is compared with a preset maximum temperature or minimum temperature (S420, S440) to determine heat generation or absorption of heat by the thermoelectric element 230.

열전소자(230)는 한 면이 발열을 하면 동시에 다른 면은 흡열을 하는 구조로 되어있으므로 배터리모듈(210)의 온도가 기설정된 최고온도보다 높은 경우, 즉, 냉각이 필요한 경우에 열전소자(230)와 배터리모듈(210)이 맞닿은 면이 흡열을 하고 반대 면이 발열을 하도록 열전소자(230)에 흐르는 전류의 방향을 조절해 준다(S430).Since the thermoelectric element 230 has a structure in which one surface generates heat and the other surface absorbs heat at the same time, when the temperature of the battery module 210 is higher than the preset maximum temperature, that is, when cooling is required, the thermoelectric element 230 ) and the battery module 210 adjust the direction of the current flowing through the thermoelectric element 230 so that the side in contact absorbs heat and the opposite side generates heat (S430).

반대로 배터리모듈(210)의 온도가 기설정된 최저온도보다 낮은 경우에는 배터리모듈(210)의 승온이 필요하므로 열전소자(230)에 흐르는 전류의 방향만 냉각 시와 반대로 설정해 줌으로써 간단히 열전소자(230)가 발열 기능을 발휘하도록 할 수 있다(S450).Conversely, when the temperature of the battery module 210 is lower than the preset minimum temperature, the temperature of the battery module 210 needs to be raised. Therefore, only the direction of the current flowing through the thermoelectric element 230 is set in the opposite direction to that during cooling, so that the thermoelectric element 230 can be easily cooled. may exert a heating function (S450).

배터리 온도조절장치(200)에 냉각팬(260)이 포함된 경우에는 배터리모듈(210)의 냉각을 두 단계로 나누어 수행하고 온도를 높이는 경우에는 냉각팬(260)이 없는 경우와 마찬가지로 열전소자(230)만을 이용해서 한다. 도 5는 냉각팬(260)이 포함된 경우의 온도조절방법의 흐름도를 나타낸다.When the cooling fan 260 is included in the battery thermostat 200, the cooling of the battery module 210 is performed in two steps, and when the temperature is increased, the thermoelectric element (as in the case without the cooling fan 260) 230) only. 5 shows a flow chart of a temperature control method when a cooling fan 260 is included.

배터리모듈(210)의 온도를 측정(S510)한 후 측정온도를 최고온도와 비교(S520) 하여 최고온도보다 높은 경우엔 열전소자(230)의 동작 전에 우선 냉각팬(260)을 동작시켜 냉각을 시도한다.After measuring the temperature of the battery module 210 (S510), the measured temperature is compared with the maximum temperature (S520). Try it.

냉각팬(260)은 열전소자(230)의 기능 구현을 위해 반드시 필요한 구성이어서 이를 이용하여 1차?Ю? 냉각을 시도한 후 목표온도에 미치지 못하는 경우에 열전소자(230)로 추가적인 냉각을 하면 냉각에 드는 에너지를 절약할 수 있다. 열전소자(230)보다 냉각팬(260)이 전력소모가 적기 때문이다.Since the cooling fan 260 is an essential component for realizing the function of the thermoelectric element 230, the first ?Ю? When cooling is attempted and does not reach the target temperature, additional cooling using the thermoelectric element 230 can save cooling energy. This is because the cooling fan 260 consumes less power than the thermoelectric element 230 .

냉각팬(260)을 동작시켜 배터리모듈(210)의 냉각을 시도한 후에 다시 온도를 측정(S550)하고 최고온도와 비교(S550)하여 여전히 최고온도보다 높은 경우에는 열전소자(230)를 흡열모드로 설정(S560)하여 온도를 조절하게 된다.After trying to cool the battery module 210 by operating the cooling fan 260, the temperature is measured again (S550) and compared with the maximum temperature (S550). By setting (S560), the temperature is adjusted.

이상과 같은 배터리 온도조절 시스템과 냉각 방법에 의해 배터리모듈들의 온도를 관리함으로써 복잡한 온도조절 부품이나 구조를 단순화 할 수 있고, 배터리 시스템의 부피가 작아지고 무게가 가벼워짐에 따라 전기자동차 전체적으로 공간활용도가 높아지고 에너지효율도 좋아지는 효과를 얻을 수 있다.By managing the temperature of the battery modules by the battery temperature control system and cooling method as described above, complex temperature control parts or structures can be simplified, and as the volume and weight of the battery system become smaller and lighter, the overall space utilization of the electric vehicle is improved. It can result in higher efficiency and improved energy efficiency.

이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.In the above, the configuration of the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, but this is only an example, and various modifications and changes within the scope of the technical idea of the present invention to those skilled in the art to which the present invention belongs Of course this is possible. Therefore, the scope of protection of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the description of the claims below.

100: 배터리 온도조절장치 110: 배터리모듈
111: 배터리셀 120: 온도센서
130: 열전소자 140: 제어부
200: 배터리 온도조절장치 210: 배터리모듈
211: 배터리셀 220: 온도센서
230: 열전소자 240: 제어부
250: 방열판 260: 냉각팬
270: 열 교환용 파이프100: battery thermostat 110: battery module
111: battery cell 120: temperature sensor
130: thermoelectric element 140: control unit
200: battery temperature controller 210: battery module
211: battery cell 220: temperature sensor
230: thermoelectric element 240: control unit
250: heat sink 260: cooling fan
270: pipe for heat exchange

Claims (7)

복수개의 배터리셀을 포함하는 배터리모듈;
상기 배터리모듈의 온도를 측정하는 온도센서;
상기 배터리모듈의 일측면에 부착되는 열전소자; 및
상기 온도센서로부터 획득한 상기 배터리모듈의 온도에 따라 상기 열전소자의 흡열 또는 발열을 조절하는 제어부;
상기 배터리모듈은 상기 복수의 배터리셀 사이에 위치하는 냉매가 담긴 파이프를 포함하되,
상기 파이프는 상기 배터리셀보다 돌출된 부분이 'ㄱ'자 형태로 꺾여져 상기 배터리모듈 및 열전소자 사이에 위치하며, 상기 'ㄱ'자 형태의 파이프의 상단이 상기 열전소자와 접촉되어 상기 냉매와 상기 열전소자간의 열 교환이 이루어지는 것
를 포함하는 배터리 온도조절장치.
A battery module including a plurality of battery cells;
a temperature sensor for measuring the temperature of the battery module;
a thermoelectric element attached to one side of the battery module; and
a control unit controlling heat absorption or heat generation of the thermoelectric element according to the temperature of the battery module obtained from the temperature sensor;
The battery module includes a pipe containing a refrigerant located between the plurality of battery cells,
A portion of the pipe protruding from the battery cell is bent in an 'L' shape and positioned between the battery module and the thermoelectric element, and an upper end of the 'L' shaped pipe is in contact with the thermoelectric element to cool the refrigerant and the thermoelectric element. heat exchange between the thermoelectric elements
Battery thermostat comprising a.
 제1항에 있어서, 상기 온도조절장치는
상기 열전소자의 일측면에 부착되어 열전소자의 발열 또는 흡열 면적을 확대해 주는 방열판을 더 포함하는 것
인 배터리 온도조절장치.
The method of claim 1, wherein the temperature control device
Further comprising a heat sink attached to one side of the thermoelectric element to expand a heating or absorbing area of the thermoelectric element
phosphorus battery thermostat.
 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 냉매는
아세톤 냉매인 것
인 배터리 온도조절장치.
The method of claim 1, wherein the refrigerant is
acetone refrigerant
phosphorus battery thermostat.
 제1항에 있어서, 상기 파이프는
알루미늄 파이프인 것
인 배터리 온도조절장치.
The method of claim 1, wherein the pipe
an aluminum pipe
phosphorus battery thermostat.
 배터리모듈, 온도센서, 열전소자 및 제어부를 포함하는 배터리 온도조절장치에 있어서, 상기 제어부는
상기 온도센서를 통해 상기 배터리모듈의 온도를 측정하는 단계;
상기 측정한 온도가 기설정된 최저온도보다 낮은 경우 상기 열전소자의 배터리모듈과 접촉하는 부분을 발열모드로 설정하는 단계; 및
상기 측정한 온도가 기설정된 최고온도보다 높은 경우 상기 열전소자의 배터리모듈과 접촉하는 부분을 흡열모드로 설정하는 단계; 를 포함하여 상기 배터리모듈의 온도를 조절하고,
상기 배터리모듈은 상기 복수의 배터리셀 사이에 위치하는 냉매가 담긴 파이프를 포함하되, 상기 파이프는 상기 배터리셀보다 돌출된 부분이 'ㄱ'자 형태로 꺾여져 상기 배터리모듈 및 열전소자 사이에 위치하고,
상기 흡열모드로 설정됨에 따라, 상기 'ㄱ'자 형태의 파이프의 상단이 상기 열전소자와 접촉되어 상기 냉매와 상기 열전소자간의 열 교환이 이루어지는 것
인 배터리 온도조절방법.
In the battery temperature control device including a battery module, a temperature sensor, a thermoelectric element, and a control unit, the control unit
measuring the temperature of the battery module through the temperature sensor;
setting a portion of the thermoelectric element in contact with the battery module to a heating mode when the measured temperature is lower than a preset minimum temperature; and
setting a portion of the thermoelectric element in contact with the battery module to a heat absorbing mode when the measured temperature is higher than a preset maximum temperature; Including to control the temperature of the battery module,
The battery module includes a pipe containing a refrigerant positioned between the plurality of battery cells, and a portion of the pipe protruding from the battery cell is bent in an 'L' shape and positioned between the battery module and the thermoelectric element,
As the heat absorption mode is set, the upper end of the 'A'-shaped pipe comes into contact with the thermoelectric element so that heat is exchanged between the refrigerant and the thermoelectric element.
Phosphorus battery temperature control method.
 제6항에 있어서,
상기 배터리 온도조절장치는 냉각팬을 더 포함하고,
상기 흡열모드로 설정하는 단계는,
상기 제어부는 상기 측정한 온도가 상기 최고온도보다 높은 경우 상기 냉각팬을 동작시키고 상기 냉각팬 동작 후에 다시 상기 배터리모듈의 온도를 측정하여 상기 측정한 온도가 상기 최고온도보다 높은 경우 상기 열전소자의 상기 배터리모듈과 접촉하는 부분을 흡열모드로 설정하는 것
인 배터리 온도조절방법.According to claim 6,
The battery temperature controller further includes a cooling fan,
The step of setting the heat absorption mode,
The control unit operates the cooling fan when the measured temperature is higher than the maximum temperature, and measures the temperature of the battery module again after the cooling fan operates, and when the measured temperature is higher than the maximum temperature, the control unit operates the thermoelectric element. Setting the part in contact with the battery module to heat absorption mode
Phosphorus battery temperature control method.
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