KR20150108603A - 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈을 구성하는 각 배터리 셀의 온도를 측정하여, 배터리 모듈을 구성하는 모든 배터리 셀이 동일한 온도로 승온되도록 각 배터리 셀로 공급되는 송풍량을 개별적으로 제어하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치는, 배터리 셀(10)마다 해당 배터리 셀(10)의 온도를 측정하는 온도센서(11)와, 상기 송풍팬(20)으로부터 송풍된 공기를 상기 각 배터리 셀(10)로 안내하는 유로(30)와, 상기 유로(30)에서 상기 배터리 셀(10)과 연결되는 부위마다 각 배터리 셀(10)로 유입되는 공기량을 제어하는 공기량제어수단을 포함하고, 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법은, 각 배터리 셀(10)의 온도를 측정하는 개별 배터리 셀 온도 측정단계(S110)와, 상기 배터리 셀(10)들이 동일한 목표 온도에 도달되도록 각 배터리 셀(10)로 공급되는 공기량을 제어하기 위해서, 유로와 상기 배터리 셀(10)의 연결부위에 설치되는 셔터 블레이드(31)의 개도각을 산출하는 셔터 블레이드 개도각 산출단계(S140)와, 상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계(S140)에서 산출된 개도각으로 각 배터리 셀(10)에 설치된 셔터 블레이드(31)를 제어하는 셔터 블레이드 제어단계(S150)를 포함한다.

Description

친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치 및 그 방법{Apparatus and method for temperature rising　battery module in eco-friendly vehicle}
본 발명은 승온된 공기를 송풍하여 배터리 모듈의 온도를 높이는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 모듈을 구성하는 각 배터리 셀의 온도를 측정하여, 배터리 모듈을 구성하는 모든 배터리 셀이 동일한 온도로 승온되도록 각 배터리 셀로 공급되는 송풍량을 개별적으로 제어하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치 및 그 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차, 전기자동차와 같은 친환경 자동차에는 구동모터에 전원을 인가하기 위한 배터리 모듈이 제공된다.
이러한 배터리 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(100)의 하우징 내부에 복수의 배터리 셀(110)이 적층되는 상태로 배열되고, 상기 배터리모듈(100)의 일측에 송풍팬(120)이 설치되어, 저온에서 상기 송풍팬(120)을 통하여 가열된 공기를 송풍함으로써, 상기 배터리 셀(110)들이 적정온도를 유지하도록 한다.
저온(통상 0 ℃ 이하)에서는 저항이 급격히 증가하여 상기 배터리 모듈(100)의 출력이 저하되는데, 송풍팬(120)으로 승온된 공기를 송풍하여 상기 배터리 모듈(100)을 구성하는 배터리 셀(110)들이 승온되도록 하여, 각 배터리 셀(110)들의 성능저하를 방지함으로써 상기 배터리 모듈(100)이 적정수준의 성능을 발휘하도록 한다. 예를 들어, 하이브리드 자동차의 엔진으로부터 발생한 열 또는 전기자동차에 구비된 별도의 가열수단을 통하여 발생한 열을 송풍팬(120)이 공기를 송풍할 때 함께 배터리 셀(110)로 보낸다.
그러나, 상기와 같은 종래기술에서는, 송풍팬(120)을 통하여 공급되는 공기가 유로(130)를 통하여 각 배터리 셀(110)로 공급하는 과정에서 상기 송풍팬(120)으로부터 각 배터리 셀(110)로 공급되는 공기의 송풍량을 제어하지 못하여 상기 배터리 셀(110)로 공급되는 송풍량이 불균일한 현상이 발생한다.
즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(110)들은 상기 배터리 모듈(100)의 내부에 형성된 유로(130)로부터 각 배터리 셀(110)로 공기가 송풍되는데, 상기 배터리 셀(110)로 불균일하게 공기가 송풍되므로, 도 4에 도시된 바와 같은 송풍량의 편차가 발생한다.
이러한 송풍량의 편차에 의해 일부 배터리 셀(110)은 과도하게 승온되고, 또 다른 일부 배터리 셀(110)은 저온상태를 그대로 유지하고 있어서, 전체적인 배터리 모듈(100)의 출력 저하를 유발하는 문제점이 있다.
또한, 상기 송풍팬(120)은 단순히 ON/OFF 제어됨으로써, 상기 배터리 셀(110)들의 온도에 맞는 풍량을 발생시키지 못하는 문제점도 있다.
한편, 하기의 선행기술문헌은 '자동차의 배터리 온도 조절장치'에 관한 것으로서, 배터리가 내장된 배터리 트레이와, 차량 실내의 공기를 도입받아 상기 배터리 트레이의 내부로 공급하는 인렛덕트와, 상기 배터리 트레이 내부의 공기를 차량 외부로 배출되도록 하는 아웃렛덕트와, 상기 인렛덕트와 아웃렛덕트와 배터리 트레이중 어느 하나에 설치되어 차량 실내의 공기를 상기 인렛덕트로 강제 흡입하여 상기 배터리 트레이의 내부를 지나 상기 아웃렛덕트를 통해 차량 외부로 배출되도록 하는 송풍유니트로 이루어진 자동차의 배터리 온도 조절장치에 있어서, 상기 아웃렛덕트로부터 분기되어 상기 배터리 트레이의 내부로 공기가 리턴되도록 하는 리턴덕트와, 상기 아웃렛덕트의 분기부내에 설치되어 배출 공기의 유동 방향을 상기 리턴덕트와 차량 실외중의 어느 한 방향으로 전환되도록 하는 공기유동 방향전환수단을 구비한 구성에 대하여 개시되어 있다.
KR 10-1190736 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 친환경 자동차의 배터리모듈을 구성하는 각 배터리 셀들이 궁극적으로 균일한 온도로 승온되도록, 각 배터리 셀의 온도에 따라 각 배터리 셀로 송풍되는 양을 서로 달리 함으로써, 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀들이 균일한 온도로 승온되게 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 배터리 셀들의 평균온도에 따라 송풍팬에서 송풍되는 공기량을 제어할 수 있는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치는, 하우징의 내부에 복수의 배터리 셀이 서로 간격을 두고 배열되고, 송풍팬에 의해 유입된 공기를 상기 배터리 셀로 송풍시켜 상기 배터리 셀들이 승온되도록 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치에 있어서, 상기 배터리 셀마다 해당 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 송풍팬으로부터 송풍된 공기를 상기 각 배터리 셀로 안내하는 유로와, 상기 유로에서 상기 배터리 셀과 연결되는 부위마다 각 배터리 셀로 유입되는 공기량을 제어하는 공기량제어수단이 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 공기량제어수단은, 상기 유로에 정해진 개도각으로 작동하면서, 개도각에 따라 상기 유로로부터 상기 배터리 셀로 유입되는 공기량을 제어하는 셔터 블레이드인 것을 특징으로 한다.
상기 셔터 블레이드들은 각 배터리 셀마다 서로 다른 양의 공기가 유입되도록 서로 다른 각도로 개도각이 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 셔터 블레이드는 각 배터리 셀마다 복수로 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 셀이 저온일수록 상기 배터리 셀로 공급되는 풍량이 늘어나도록 해당 셔터 블레이드의 개도각이 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 온도센서들로부터 각 배터리 셀의 온도를 입력받고, 상기 배터리 셀들의 온도에 따라 상기 송풍팬의 속도와 상기 셔터 블레이드들의 개도각을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 송풍팬은 상기 배터리 셀들의 평균온도가 낮을수록 송풍량이 많아지도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 셀들의 평균온도는 상기 배터리 셀들의 산술평균으로부터 구해지는 것을 특징으로 한다.
상기 송풍팬은 상기 배터리 셀들의 온도보다 높은 온도의 공기를 상기 배터리 셀로 송풍하는 것을 특징으로 한다.
상기 송풍팬을 통해 상기 배터리 셀로 유입되는 공기는 하이브리드 자동차의 엔진으로부터 발생된 열로 승온되는 것을 특징으로 한다.
상기 송풍팬의 출구로부터 배출되는 공기의 흐름과 수직한 방향으로 각 배터리 셀이 배열되고, 상기 배터리 셀들은 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법은, 배터리 모듈의 내부에 복수의 배터리 셀이 서로 간격을 두고 배열되고, 송풍팬에 의해 유입된 공기를 상기 배터리 셀로 송풍시켜 상기 배터리 셀을 승온시키는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법에 있어서, 각 배터리 셀의 온도를 측정하는 개별 배터리 셀 온도 측정단계와, 상기 배터리 셀들이 동일한 목표 온도에 도달되도록 각 배터리 셀로 공급되는 공기량을 제어하기 위해서, 유로와 상기 배터리 셀의 연결부위에 설치되는 셔터 블레이드의 개도각을 산출하는 셔터 블레이드 개도각 산출단계와, 상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계에서 산출된 개도각으로 각 배터리 셀에 설치된 셔터 블레이드를 제어하는 셔터 블레이드 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 개별 배터리 셀 온도 측정단계와 상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계의 사이에는, 상기 배터리 셀들의 평균온도를 산출하는 평균온도 산출단계와, 상기 송풍팬의 회전속도를 제어하여 전체 송풍량을 제어하는 송풍팬 속도 제어단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 셀들의 평균온도는 상기 배터리 셀들의 온도의 산술평균인 것을 특징으로 한다.
승온된 공기를 송풍하는 송풍팬의 속도는, 상기 배터리 셀들의 평균온도가 낮을수록, 상기 송풍팬의 속도가 증가되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 송풍팬의 속도는, 상기 배터리 셀들의 평균온도에 따라 미리 정해진 온도구간별로 지정된 속도로 구동되는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 셀들의 평균온도를 상기 배터리 셀로 상기 배터리 셀들의 평균온도보다 높은 온도의 공기를 송풍하도록 미리 설정된 승온 개시 온도로부터 미리 정해진 간격으로 낮아지도록 온도구간을 분할하고, 상기 온도구간 마다 상기 송풍팬의 속도가 지정되는 것을 특징으로 한다.
상기 승온 개시 온도는 0℃로 설정되고, 상기 승온 개시 온도로부터 5℃간격으로 8단계로 온도구간이 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 셀들의 평균온도가 미리 설정된 시동 중지 온도보다 낮으면, 시동을 중지시키는 것을 특징으로 한다.
상기 시동 중지 온도는 상기 송풍팬의 속도가 최대로 설정되는 온도구간의 하한으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 시동 중지 온도는 -40℃로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계는, 상기 셔터 블레이드의 개도각은 상기 배터리 셀의 평균온도가 해당 배터리 셀의 온도와의 편차로 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기 셔터 블레이드의 개도각은, 해당 배터리 셀의 온도가 전체 배터리 셀의 평균온도와의 편차가 클수록 커지는 것을 특징으로 한다.
해당 배터리 셀의 온도와 전체 배터리 셀의 평균온도와의 온도편차를 5단계로 구분하고, 상기 온도편차에 따라 미리 정해진 셔터 블레이드의 개도각으로 상기 셔터 블레이드가 개도되는 것을 특징으로 한다.
상기 셔터 블레이드의 개도각은, 15도, 20도, 30도, 45도, 60도 중 어느 하나로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 셔터 블레이드 제어단계 이후에는, 차량이 운전중인지를 판단하는 차량운전 판단단계가 수행되고, 상기 차량이 운전중인 것으로 판단되면, 상기 개별 배터리 셀 온도 측정단계로 리턴되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치 및 그 방법에 따르면, 친환경 자동차의 배터리 모듈을 구성하는 각 배터리 셀의 온도를 모니터링하여, 모든 배터리 셀이 동일한 온도가 되도록 각 배터리 셀로 공급되는 송풍량을 서로 다르게 제어함으로써, 상기 배터리 모듈의 출력 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀들의 평균온도를 고려하여, 송풍팬으로부터 송풍되는 양을 제어함으로써 효율적으로 상기 배터리 셀들을 승온시킬 수 있다.
도 1은 통상적인 친환경 자동차의 배터리 모듈을 도시한 사시도.
도 2는 종래기술에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치를 도시한 평면도.
도 3은 종래기술에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치에서 공기가 유동하는 상태를 도시한 사시도.
도 4는 종래기술에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치에서 각 배터리 셀별 송풍량의 편차를 도시한 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치를 도시한 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법을 도시한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치는, 배터리 셀(10)마다 해당 배터리 셀(10)의 온도를 측정하는 온도센서(11)와, 상기 송풍팬(20)으로부터 송풍된 공기를 상기 각 배터리 셀(10)로 안내하고, 상기 각 배터리 셀(10)을 통과한 공기를 외부로 배출시키는 유로(30)와, 상기 유로(30)에서 상기 배터리 셀(10)과 연결되는 부위마다 각 배터리 셀(10)로 유입되는 공기량을 제어하는 공기량제어수단을 포함한다.
배터리 셀(10)은 배터리 모듈(1)의 내부에 복수로 설치되고 서로 전기적으로 연결되어, 상기 배터리 모듈(1)이 원하는 출력을 발휘하도록 한다. 상기 배터리 모듈(1)은 복수의 배터리 셀(10)과 상기 복수의 배터리 셀(10)을 제어하기 위하 부수적인 구성요소를 포함하여 이루어진다. 상기 배터리 셀(10)은 송풍팬(20)으로부터 배출되는 공기의 흐름과 수직한 방향으로 배열되고, 상기 배터리 셀(10)들은 서로 평행하게 배치된다.
또한, 상기 배터리 셀(10)마다 각 배터리 셀(10)의 온도를 측정하는 온도센서(11)가 설치된다.
송풍팬(20)은 상기 배터리 모듈(1)의 일측에 설치되어, 상기 배터리 모듈(1)이 내부로 승온된 공기를 공급한다. 상기 송풍팬(20)은 송풍시, 하이브리드 자동차인 경우에는 엔진으로부터, 전기자동차인 경우에는 별도의 가열수단으로부터 발생된 열을 송풍되는 공기와 함께 상기 배터리 모듈(1)로 공급함으로써, 승온된 공기를 송풍한다.
한편, 상기 송풍팬(20)은 상기 배터리 모듈(1)이 충분히 승온되었거나, 냉각이 필요한 경우에는 상기 엔진 또는 상기 가열수단으로부터 발생되는 열을 차단시킨 상태에서 송풍되도록 하여, 상기 배터리 모듈(1)이 냉각되도록 할 수도 있다.
유로(30)는 상기 배터리 모듈(1)에서 송풍된 공기가 유동하는 통로가 된다.
상기 유로(30)와 상기 배터리 셀(10)이 연결되는 부위마다, 각 배터리 셀(10)로 유입되는 공기량을 제어하는 공기량제어수단이 설치된다. 즉, 본 발명은 각 배터리 셀(10)별로 유입되는 공기량을 다르게 하기 위한 것이므로, 상기 유로(30)에서 상기 배터리 셀(10)과 연결되는 부위마다 공기량제어수단이 설치되고, 상기 공기량제어수단의 작동에 따라 각 배터리 셀(10)별로 유입되는 공기량을 다르게 한다. 특히, 상기 공기량제어수단은 상기 유로(30)에서 상기 배터리 셀(10)로 승온된 공기가 유입되는 부분에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 공기량제어수단의 일례로서, 상기 유로의 일측에 설치되는 셔터 블레이드(31)를 들 수 있다. 상기 셔터 블레이드(31)는 상기 유로(30)의 일측에 설치되어, 상기 송풍팬(20)으로부터 공급된 공기가 개별 배터리 셀(10)로 유입되는 공기의 양을 제어한다. 즉, 상기 셔터 블레이드(31)는 상기 유로(30)에서, 각 배터리 셀(10)과 연결되는 부위에 설치되어, 상기 셔터 블레이드(31)의 개도량에 따라 각 배터리 셀(10)로 유입되는 송풍량을 조절한다. 상기 셔터 블레이드(31)의 개도량은 상기 셔터 블레이드(31)의 개도각으로 조절된다.
또한, 상기 셔터 블레이드(31)는 모두 그 개도각이 개별적으로 제어되게 설치된다.
따라서, 승온이 많이 필요한 배터리 셀(10)은 상기 셔터 블레이드(31)의 개도각을 크게 하여 많은양의 가열된 공기가 유입되도록 하고, 상대적으로 승온이 적게 필요한 배터리 셀(10)은 상기 셔터 블레이드(31)의 개도각을 작게 하여 적은 양의 가열된 공기가 유입되도록 한다.
아울러, 하나의 배터리 셀(10)에도 복수의 셔터 블레이드(31)가 설치될 수 있다.
BMS(40, Battery Management System)는 상기 온도센서(11)로부터 각 배터리 셀(10)의 온도를 입력받고, 상기 배터리 셀(10)들이 동일한 온도가 되도록 각 셔터 블레이드(31)를 개도를 제어한다.
상기 BMS(40)는 상기 배터리 셀(10)마다 설치된 온도센서(11)들로부터 각 배터리 셀(10)의 온도를 입력받고, 상기 송풍팬(20) 및 상기 셔터 블레이드(31)를 제어하는데 필요한 인자들을 계산한다.
예컨대, 상기 BMS(40)는 상기 배터리 셀(10)들의 온도의 산술평균인 평균온도(Tavg)를 계산하여, 상기 송풍팬(20)의 송풍량을 계산하고, 상기 배터리 셀(10)들이 균일한 온도로 저온 상태를 벗어나도록 상기 셔터 블레이드(31)의 개도각을 제어한다.
이하, 도 6을 이용하여 본 발명에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법은, 각 배터리 셀(10)의 온도를 측정하는 개별 배터리 셀 온도 측정단계(S110)와, 상기 배터리 셀(10)들이 동일한 목표 온도에 도달되도록 상기 송풍팬(20)으로부터 송풍된 공기를 각 배터리 셀(10)로 공급되는 공기량을 제어하기 위해서, 유로와 상기 배터리 셀(10)의 연결부위에 설치되는 셔터 블레이드(31)의 개도각을 산출하는 셔터 블레이드 개도각 산출단계(S140)와, 상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계(S140)에서 산출된 개도각으로 각 배터리 셀(10)에 설치된 셔터 블레이드(31)를 제어하는 셔터 블레이드 제어단계(S150)를 포함한다.
개별 배터리 셀 온도 측정단계(S110)는 친환경 자동차의 배터리 모듈(1)을 구성하고 있는 각 배터리 셀(10)들의 온도를 측정하는 과정이다. 각 배터리 셀(10)들의 온도를 각각 측정함으로써, 각 배터리 셀(10)의 온도를 실시간으로 파악하고, 상기 배터리 모듈(1)을 구성하는 배터리 셀(10)들의 온도가 균일한지를 모니터링한다. 또한, 상기 개별 배터리 셀 온도 측정단계(S110)에서 측정한 개별 배터리 셀(10)의 온도는 각 배터리 셀(10)로 공급되어야 송풍량을 결정하는 주요인자가 된다.
평균온도 산출단계(S120)는 상기 배터리 모듈(1)을 구성하고 있는 배터리 셀(10)들의 평균온도를 구한다.
예컨대, 상기 배터리 모듈(1)이 N개의 배터리 셀(10)로 이루어졌을 때, 1번째 배터리 셀부터 N번째 배터리 셀의 온도를 각각 T1, T2, T3,…,Tn이라 하면, 평균온도(Tavg)는 다음과 같이 각 배터리 셀(10)의 온도의 산술평균으로 산출될 수 있다.
Tavg = (T1+T2+T3+…+Tn)/N
송풍팬 속도 제어단계(S130)는 송풍팬(20)의 회전속도를 제어하여 배터리 모듈(1) 전체에 공급되는 송풍량을 결정한다.
예컨대, 상기 송풍팬 속도 제어단계(S130)는 하기의 표 1과 같은 방식으로 제어될 수 있다.
평균온도(℃) 송풍팬 속도 제어
0 ≤ Tavg FAN OFF or 냉각제어
-5 ≤ Tavg < 0 FAN SPEED 1
-10 ≤ Tavg < -5 FAN SPEED 2
-15 ≤ Tavg < -10 FAN SPEED 3
-20 ≤ Tavg < -15 FAN SPEED 4
-25 ≤ Tavg < -20 FAN SPEED 5
-30 ≤ Tavg < -25 FAN SPEED 6
-35 ≤ Tavg < -30 FAN SPEED 7
-40 ≤ Tavg <-35 FAN SPEED 8
Tavg < -40 IG OFF
즉, 상기 송풍팬(20)으로부터 배터리 모듈(1)로 공급되는 송풍량은 상기 평균온도(Tavg)가 낮을 수록 더 많은 송풍량이 공급되도록 한다.
또한, 상기 송풍량은 평균온도를 미리 설정된 간격의 온도구간으로 나누어, 상기 배터리 셀(10)의 평균온도에 해당하는 구간별로 지정된 속도로 송풍팬(20)이 작동하도록 한다.
예컨대, 상기 표를 보면, 온도구간은 5℃간격으로 분할되어 8단계로 분할되어 있고, 평균온도(Tavg)가 낮을수록 더 많은 송풍량이 공급되도록 되어 있는 것으로서, 상기 배터리 모듈(1)의 배터리 셀(10)들의 -13℃도라면 상기 송풍팬(20)은 3단 속도로 작동되고, -17℃도라면 상기 송풍팬(20)은 4단 속도으로 작동된다.
아울러, 상기 배터리 셀(10)의 평균온도(Tavg)가 미리 설정된 시동 중지 온도보다 낮으면, 시동을 중지시키도록 한다. 상기 시동 중지 온도는 상기 온도구간 중에서, 상기 송풍팬(20)이 최대로 구동되도록 설정된 온도구간의 하한으로 설정되는 것으로서, 0℃부터 5℃씩 낮아지도록 8개의 구간이 설정되어 있으므로, 상기 시동 중지 온도는 -40℃도로 설정될 수 있다. 상기 시동 중지 온도가 -40℃로 설정되었다면 상기 평균온도(Tavg)가 -40℃보다 낮으면, 시동이 중지되도록 한다.
한편, 상기 평균온도(Tavg)가 미리 설정된 승온 개시 온도보다 높으면, 상기 송풍팬(20)은 작동이 중지되거나, 상기 배터리 셀(10)을 냉각시키기 위해 엔진 또는 별도의 가열수단으로부터 열이 공급되는 것을 차단한 채로 송풍된다. 상기 승온 개시 온도는 저온 상태의 배터리 셀(10)들을 송풍하기 시작하는 온도로서, 0℃로 설정될 수 있다. 아울러, 상기 승온 개시 온도는 상기 배터리 셀(10)들의 승온 목표온도이기도 한다. 상기 배터리 셀(10)들의 평균온도(Tavg)가 승온 개시 온도보다 높다면 상기 송풍팬은 정지되거나, 승온되지 않은 상태로 송풍되면서 상기 배터리 셀(10)들을 냉각시킨다.
셔터 블레이드 개도각 산출단계(S140)는 상기 배터리 셀(10)간의 편차를 최소화하기 상기 배터리 모듈(1)로 공급된 송풍량을 각 배터리 셀(10)로 분배하기 위해 상기 셔터 블레이드(31)의 개도각을 산출하는 과정이다. 즉 상기 배터리 셀(10)들이 동일한 승온 목표 온도에 도달되도록 상기 송풍팬(20)으로부터 송풍된 공기를 각 배터리 셀(10)로 공급되는 공기량을 제어하기 위해서, 유로와 상기 배터리 셀(10)의 연결부위에 설치되는 셔터 블레이드(31)의 개도각을 산출한다.
이때, 상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계(S140)에서는 상기 평균온도(Tavg)와 각 배터리 셀(10)의 온도 편차를 구하고, 상기 온도편차가 클수록 상기 셔터 블레이드(31)의 개도각을 크게하여, 해당 배터리 셀(10)로 유입되는 송풍량이 증가되도록 한다.
예를 들어, 상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계(S140)은 다음과 같이 제어될 수 있다.
제어레벨 셔터 블레이드 제어 인자 결정 셔터블레이드의 개도각(도)
1 MIN(Ta,Tb,Tc…Tn - avg) 15
2 MID-MIN(Ta,Tb,Tc…Tn - avg) 20
3 MID(Ta,Tb,Tc…Tn - avg) 30
4 MID-MAX(Ta,Tb,Tc…Tn - avg) 45
5 MAX(Ta,Tb,Tc…Tn - avg) 60
상기 표에서는 제어레벨이 높아질수록 해당 배터리 셀(10)에 유입되는 송풍량이 커지도록 한 예에 대하여 기재되어 있다. 상기 배터리 셀(10)에 설치된 셔터 블레이드(31)의 개도각은 해당 배터리 셀(10)의 온도와 평균온도(Tavg)와의 편차가 클수록 셔터 블레이드(31)의 개도각은 커지고, 온도편차가 작아지면 셔터 블레이드(31)의 개도각이 작아지도록 한다.
예를 들어, 1번째 배터리셀과 평균온도와의 차이(T1-Tavg)를 Ta, 2번째 배터리셀과 평균온도와의 차이(T2-Tavg)를 Tb, N번째 배터리셀과 평균온도와의 차이(Tn-Tavg)를 Tn - avg라고 할 때, 온도편차 5개의 구간으로 나누고 각 구간별로 셔터 블레이드(31)의 개도각을 지정할 수 있다. 즉, 온도편차를 0℃, -1℃, -2℃~-4℃, -5℃~-9℃, -10℃이상의 5단계로 나누고, 각 온도 편차에 대하여, 15도, 20도 30도, 45도, 60도로 셔터 블레이드(31)가 개도되도록 개도각을 산출한다.
따라서, 온도편차가 없는 배터리 셀(10)의 셔터 블레이드(31)는 15도로 개도각을 산출되고, 온도편차가 -2℃라면 상기 셔터 블레이드(31)의 개도각을 30도로 산출되며, 온도 편차가 -10℃라면 상기 셔터 블레이드(31)의 개도각은 60도로 산출될 수 있다.
상기 송풍팬 속도 제어단계(S130)와 상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계(S140)에 의해서 배터리 모듈(1)로 공급되는 송풍량이 결정된다.
셔터 블레이드 제어단계(S150)는 상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계(S140)에서 산출된 개도각에 따라 각 배터리 셀(10)에 설치된 셔터 블레이드(31)들이 각각 개도되도록 제어한다. 상기 셔터 블레이드 제어단계(S150)를 통해서 서로 다른 개도각으로 산출된 개도각만큼 상기 셔터 블레이드(31)가 개방됨으로써, 상기 송풍팬(20)으로부터 공급된 송풍량이 분배된 상태로 각 배터리 셀(10)로 유입되면서, 상기 배터리 모듈(1)을 구성하는 배터리 셀(10)들이 상기 목표온도에 도달하도록 승온된다.
상기 셔터 블레이드 제어단계(S150)가 수행된 이후에는 차량이 운전중인지를 판단하는 차량운전 판단단계(S160)가 수행된다. 상기 차량운전 판단단계(S160)에서는, 차량이 운전중인 것으로 판단되면, 상기 개별 배터리 셀 온도 측정단계(S110)로 리턴되어, 상기의 과정이 반복적으로 수행되고, 차량이 운전상태가 아니라면 종료된다.
1 : 배터리 모듈 10 : 배터리 셀
11 : 온도센서 20 : 송풍팬
30 : 유로 31 : 셔터 블레이드
40 : BMS 100 : 배터리 시스템
110 : 배터리 셀 120 : 송풍팬
130 : 유로
S110 : 개별 배터리 셀 온도 측정단계
S120 : 평균온도 산출단계
S130 : 송풍팬 속도 제어단계
S140 : 셔터 블레이드 개도각 산출단계
S150 : 셔터 블레이드 제어단계
S160 : 차량운전 판단단계

Claims (26)

  1. 하우징의 내부에 복수의 배터리 셀이 서로 간격을 두고 배열되고, 송풍팬에 의해 유입된 공기를 상기 배터리 셀로 송풍시켜 상기 배터리 셀들이 승온되도록 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치에 있어서,
    상기 배터리 셀마다 해당 배터리 셀의 온도를 측정하는 온도센서와,
    상기 송풍팬으로부터 송풍된 공기를 상기 각 배터리 셀로 안내하는 유로와,
    상기 유로에서 상기 배터리 셀과 연결되는 부위마다 각 배터리 셀로 유입되는 공기량을 제어하는 공기량제어수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기량제어수단은,
    상기 유로에 정해진 개도각으로 작동하면서, 개도각에 따라 상기 유로로부터 상기 배터리 셀로 유입되는 공기량을 제어하는 셔터 블레이드인 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셔터 블레이드들은 각 배터리 셀마다 서로 다른 양의 공기가 유입되도록 서로 다른 각도로 개도각이 조절되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 셔터 블레이드는 각 배터리 셀마다 복수로 설치되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 셀이 저온일수록 상기 배터리 셀로 공급되는 풍량이 늘어나도록 해당 셔터 블레이드의 개도각이 조절되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 온도센서들로부터 각 배터리 셀의 온도를 입력받고, 상기 배터리 셀들의 온도에 따라 상기 송풍팬의 속도와 상기 셔터 블레이드들의 개도각을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송풍팬은 상기 배터리 셀들의 평균온도가 낮을수록 송풍량이 많아지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 셀들의 평균온도는 상기 배터리 셀들의 산술평균으로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 송풍팬은 상기 배터리 셀들의 온도보다 높은 온도의 공기를 상기 배터리 셀로 송풍하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 송풍팬을 통해 상기 배터리 셀로 유입되는 공기는 하이브리드 자동차의 엔진으로부터 발생된 열로 승온되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 송풍팬의 출구로부터 배출되는 공기의 흐름과 수직한 방향으로 각 배터리 셀이 배열되고, 상기 배터리 셀들은 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온장치.
  12. 배터리 모듈의 내부에 복수의 배터리 셀이 서로 간격을 두고 배열되고, 송풍팬에 의해 유입된 공기를 상기 배터리 셀로 송풍시켜 상기 배터리 셀을 승온시키는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법에 있어서,
    각 배터리 셀의 온도를 측정하는 개별 배터리 셀 온도 측정단계와,
    상기 배터리 셀들이 동일한 목표 온도에 도달되도록 각 배터리 셀로 공급되는 공기량을 제어하기 위해서, 유로와 상기 배터리 셀의 연결부위에 설치되는 셔터 블레이드의 개도각을 산출하는 셔터 블레이드 개도각 산출단계와,
    상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계에서 산출된 개도각으로 각 배터리 셀에 설치된 셔터 블레이드를 제어하는 셔터 블레이드 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 개별 배터리 셀 온도 측정단계와 상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계의 사이에는,
    상기 배터리 셀들의 평균온도를 산출하는 평균온도 산출단계와,
    상기 송풍팬의 회전속도를 제어하여 전체 송풍량을 제어하는 송풍팬 속도 제어단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 배터리 셀들의 평균온도는 상기 배터리 셀들의 온도의 산술평균인 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  15. 제13항에 있어서,
    승온된 공기를 송풍하는 송풍팬의 속도는,
    상기 배터리 셀들의 평균온도가 낮을수록, 상기 송풍팬의 속도가 증가되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 송풍팬의 속도는,
    상기 배터리 셀들의 평균온도에 따라 미리 정해진 온도구간별로 지정된 속도로 구동되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배터리 셀들의 평균온도를 상기 배터리 셀로 상기 배터리 셀들의 평균온도보다 높은 온도의 공기를 송풍하도록 미리 설정된 승온 개시 온도로부터 미리 정해진 간격으로 낮아지도록 온도구간을 분할하고, 상기 온도구간 마다 상기 송풍팬의 속도가 지정되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 승온 개시 온도는 0℃로 설정되고, 상기 승온 개시 온도로부터 5℃간격으로 8단계로 온도구간이 설정되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 배터리 셀들의 평균온도가 미리 설정된 시동 중지 온도보다 낮으면, 시동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 시동 중지 온도는 상기 송풍팬의 속도가 최대로 설정되는 온도구간의 하한으로 설정되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 시동 중지 온도는 -40℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 셔터 블레이드 개도각 산출단계는,
    상기 셔터 블레이드의 개도각은 상기 배터리 셀의 평균온도가 해당 배터리 셀의 온도와의 편차로 결정되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 셔터 블레이드의 개도각은,
    해당 배터리 셀의 온도가 전체 배터리 셀의 평균온도와의 편차가 클수록 커지는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  24. 제23항에 있어서,
    해당 배터리 셀의 온도와 전체 배터리 셀의 평균온도와의 온도편차를 5단계로 구분하고,
    상기 온도편차에 따라 미리 정해진 셔터 블레이드의 개도각으로 상기 셔터 블레이드가 개도되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 셔터 블레이드의 개도각은,
    15도, 20도, 30도, 45도, 60도 중 어느 하나로 설정되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
  26. 제12항에 있어서,
    상기 셔터 블레이드 제어단계 이후에는,
    차량이 운전중인지를 판단하는 차량운전 판단단계가 수행되고,
    상기 차량이 운전중인 것으로 판단되면, 상기 개별 배터리 셀 온도 측정단계로 리턴되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 배터리 모듈 승온방법.
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