KR20160111241A - 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템 - Google Patents

전기자동차용 배터리 상태확인 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은 직렬 및 병렬로 연결되어 매트릭스 구조를 형성하는 복수개의 배터리 셀, 복수개의 배터리 셀에 대한 상태정보를 단말장치에 전송하기 위한 통신부 및 통신부로부터 배터리 셀에 대한 상태정보를 입력받아 출력하는 어플리케이션을 탑재하는 단말장치를 포함한다. 본 발명의 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은 기존의 상용화된 휴대용 전자기기들의 배터리를 복수개 연결하여 차량용 배터리로 구현함으로써 보다 저가격화 되고 향상된 성능을 갖는 전기자동차용 배터리팩을 제공할 수 있다. 또한 복수개의 배터리 셀의 충전상태 및 고장상태를 모니터링 하고, 과전압 및 과전류를 감지 및 차단함으로써 배터리 팩의 안정성을 확보할 수 있어 보다 향상된 성능을 갖는 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템을 제공할 수 있다. 또한 전기자동차에 장착되는 배터리의 상태를 스마트폰, 테플릿 PC 등과 같은 휴대용 단말장치를 통해 파악할 수 있어, 배터리를 직접 확인하지 않아도 손쉽게 그 상태를 파악하여 배터리의 충전량, 교체 필요여부 등의 배터리의 전반적인 상태를 확인할 수 있다.

Description

전기자동차용 배터리 상태확인 시스템{BATTERY CONDITION CONFIRMATION SYSTEM FOR ELECTROMOBILE}
본 발명은 전기자동차에 사용되는 배터리팩에 관한 것으로, 기존에 상용화되어 있는 휴대폰 배터리, 노트북용 배터리 등의 휴대용 전자기기의 배터리를 복수개 연결하여 차량용 배터리로 구현함으로써 보다 저가격화 되고 향상된 성능을 제공하며, 단말장치를 이용해 배터리의 상태정보를 용이하게 확인할 수 있는 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템에 관한 것이다.
최근 세계적으로 환경 문제를 극복하고, 화석연료 고갈에 따른 유가 상승 문제를 해결하고자 전기자동차 개발을 경쟁적으로 진행하고 있다. 이러한 전기자동차는 동력원의 전기화 추세로 배터리와 전기모터로 구동되는 차로서 진화 단계별로 HEV, PHEV, EV로 분류된다.
HEV(Hybrid Electric Vehicle)는 엔진과 모터의 최적조합 운행으로 연비를 향상시킨 차로, 내연기관으로 주행하는 동안 발전기를 이용하여 배터리를 충전시키고 저속주행시 전기모터를 구동하는 자동차를 의미한다. PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)는 외부 전원을 이용하여 배터리의 충전이 가능한 하이브리드차로 전기모터가 주 동력원이며, 배터리 소모시 HEV처럼 엔진과 전기모터를 동시에 사용하는 자동차를 의미한다. EV(Electric Vehicle)는 내연기관 없이 충전된 전기에너지만으로만 주행하는 순수전기차를 의미한다.
앞으로의 이러한 전기자동차의 개발은 계속적으로 진행될 것이 전망되어지며 전기자동차 시장 성장과 함께 주목 받는 분야가 바로 전기자동차 배터리다. 전기자동차에 있어서 가장 중요한 동력원이기도 하고, 전기자동차의 성능을 결정하는 주행가능 거리, 출력 등에 있어서 가장 큰 역할을 하는 것이 배터리이기 때문이다.
HEV의 대부분에는 니켈수소 이차전지가 탑재되어 있다. Toyota, Ford 및 Honda 등에서 양산 판매되는 HEV에도 모두 니켈-수소 이차전지가 탑재되어 있다. PHEV와 EV에는 작동전압이 평균적으로 3.7V로 높고 대용량이며 경량인 리튬이온 이차전지가 널리 사용되고 있다. 2030년경의 실용화를 목적으로 전고체 리튬이온 이차전지, 리튬-공기 이차전지 등 혁신개념의 이차전지 등이 항속거리연장, 장수명화, 신뢰성/안전성 향상을 위하여 개발되고 있다.
이러한 리튬이온 이차전지는 기본적으로 양극, 분리막(seperator) 및 음극의 3층으로 구성되어 있고 이들이 전해질에 쌓인 구조로 되어 있다. 대표적인 리튬이온 이차전지에서는 양극 활물질로 리튬금속 산화물, 양극의 집전체로 알루미늄 박막, 음극 활물질로 탄소재료, 음극의 집전체로는 구리 박막, 분리막에 폴리올레핀(polyolefine)의 미다공질막(micro porous membrane), 전해질로는 카보네이트(carbonate)계 유기용매에 리튬염을 용해시킨 것이 사용되고 있다.
그러나 리튬이온 이차전지는 전기자동차용 배터리로 사용되며 상업화된 이차전지 가운데 가장 성능이 우수한 전지가 리튬이온 이차전지이나, 높은 판매가격으로 인해 전기자동차의 양산 및 상업화를 가로막는 장애요인으로 작용하고 있다.
본 발명의 목적은 휴대폰 배터리, 노트북용 배터리 및 테블릿 PC용 배터리 등의 기존의 상용화된 휴대용 전자기기들의 배터리를 복수개 연결하여 차량용 배터리로 구현함으로써 보다 저가격화 되고 향상된 성능을 갖는 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 단말장치를 이용하여 배터리의 상태정보를 용이하게 확인할 수 있는 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은 직렬 및 병렬로 연결되어 매트릭스 구조를 형성하는 복수개의 배터리 셀; 상기 복수개의 배터리 셀에 대한 상태정보를 단말장치에 전송하기 위한 통신부; 및 상기 통신부로부터 배터리 셀에 대한 상태정보를 입력받아 출력하는 어플리케이션을 탑재하는 단말장치를 포함한다.
그리고 상기 복수개의 배터리 셀에 발생될 수 있는 과전류를 차단하는 퓨즈를 포함한다.
또한 상기 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 충전상태를 표시하거나, 고장상태 등의 배터리 셀의 상태정보를 표시하는 상태정보 표시부를 더 포함한다.
그리고 상기 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은 상기 복수개의 배터리 셀로부터 출력되는 직류전원을 전기모터에 사용할 교류 전원으로 변환시키기 위한 인버터를 더 포함한다.
또한 상기 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은
상기 복수개의 배터리 셀 내에 발생하는 과전압의 감지를 위한 과전압 센서; 및 상기 복수개의 배터리 셀 내에 발생하는 과전류의 감지를 위한 과전류 센서를 더 포함한다.
그리고 상기 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은 상기 인버터, 과전압 센서 및 과전류 센서의 동작을 제어하기 위한 제어부를 더 포함한다.
본 발명의 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은 기존의 상용화된 휴대용 전자기기들의 배터리를 복수개 연결하여 차량용 배터리로 구현함으로써 보다 저가격화 되고 향상된 성능을 갖는 전기자동차용 배터리팩을 제공할 수 있다. 또한 복수개의 배터리 셀의 충전상태 및 고장상태를 모니터링 하고, 과전압 및 과전류를 감지 및 차단함으로써 배터리 팩의 안정성을 확보할 수 있어 보다 향상된 성능을 갖는 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템을 제공할 수 있다.
또한 전기자동차에 장착되는 배터리의 상태를 스마트폰, 테플릿 PC 등과 같은 휴대용 단말장치를 통해 파악할 수 있어, 배터리를 직접 확인하지 않아도 손쉽게 그 상태를 파악하여 배터리의 충전량, 교체 필요여부 등의 배터리의 전반적인 상태를 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리팩이 자동차에 장착될 경우의 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리팩이 자동차에 장착되어 구동되어지는 과정을 간략하게 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 시스템의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 시스템의 배터리 상태표시 어플리케이션의 실행화면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 시스템의 회로도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리팩이 전기자동차에 장착될 경우의 모습을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 배터리팩이 전기자동차에 장착되어 구동되어지는 과정을 간략하게 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 배터리팩(100)은 전기자동차(1)의 내부에 장착되어 전기자동차(1)에 동력을 공급한다.
배터리팩(100)은 복수개의 배터리 셀(102)로 이루어진 배터리(101), 인버터(200) 및 제어부(400)를 포함한다. 배터리(101)에 의해 공급되는 전력은 인버터(200)를 거쳐 전기모터(300)에 공급되어 동력을 발생시킨다.
인버터(200)는 배터리(101)의 직류전원을 전기모터(300)에 사용할 교류 전원으로 변환시키고, 정확한 충전을 유지하며 회생제동력을 조정하는 역할을 담당하며, 하이브리드, 플러그인하이브리드 및 전기자동차에 동력을 전달 및 추진한다. 인버터(200)를 통해 변환된 교류 전원은 전기모터(300)를 회전시켜 전기자동차(1)를 구동시킨다.
제어부(400)는 배터리(101), 인버터(200) 및 전기모터(300)의 동작을 제어함으로써 전기자동차(1)의 보다 안정된 주행을 돕는다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 시스템의 회로도이다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 제 1실시예에 따른 배터리팩(100)은 복수개의 배터리 셀(102)로 이루어진 복수개의 배터리 모듈(110, 112, 114), 퓨즈(120, 122, 124), 인버터(200), 제어부(400), 과전류 센서(500), 과전압 센서(600), 통신부(700), 및 단말장치(800)를 구비한다.
복수개의 배터리 셀(102)은 휴대폰 배터리, 노트북용 배터리 및 테블릿 PC용 배터리 등의 휴대용 전자기기의 일 수 있으며, 복수개의 배터리 셀(102)을 직렬로 연결하여 복수개의 배터리 모듈(110, 112, 114)을 형성한다. 복수개의 배터리 모듈(110, 112, 114)은 병렬로 연결되어 전기자동차용 정격용량을 갖는다. 기존의 휴대용 전자기기의 배터리 복수개를 연결하여 전기자동차용 배터리를 구현함으로써 보다 낮은 가격의 배터리팩을 제공할 수 있다.
퓨즈(120, 122, 124)는 복수개의 배터리 모듈(110, 112, 114)별로 발생할 수 있는 규정 값 이상의 단락 전류 및 과부하 전류가 흐를 경우 전류에 의해 발생하는 열로 인해 끊어지며 자동적으로 과전류를 차단한다. 예를 들어, 첫 번째 행의 퓨즈(120)는 첫 번째 행에 해당하는 배터리 모듈(110)에 발생할 수 있는 단락 전류 및 과부하 전류를 차단한다. 복수개의 배터리 모듈(110, 112, 114)을 통해 출력되는 전력은 과전류 센서(500) 및 과전압(600)센서에 전달된다.
과전류 센서(500) 및 과전압 센서(600)는 복수개의 배터리 모듈(110, 112, 114)로부터 출력되는 과전류 및 과전압을 감지하여 후단에 연결되는 인버터(200) 및 전기모터(300)등의 장치들의 과전류 및 과전압에 의한 손상을 막는다. 과전류 센서(500) 및 과전압 센서(600)를 거친 전력은 인버터(200)에 전달된다.
인버터(200)는 복수개의 배터리 모듈(110, 112, 114)로부터 출력되는 직류 전원을 전기모터(300)에 사용할 교류 전원으로 변환하여 전기모터(300)에 요구되는 속도와 토크에 적합하도록 배터리 모듈(110, 112, 114)의 출력 전압을 전기모터(300)의 요건에 맞게 조절한다. 또한 정확한 충전을 유지하며 회생제동력을 조정하는 역할을 담당하며 하이브리드, 플러그인하이브리드 및 전기자동차에 동력을 전달 및 추진시킨다. 인버터(200)를 통해 변환된 교류 전원은 전기모터(300)를 회전시켜 전기자동차(1)를 구동시킨다.
제어부(400)는 복수개의 배터리 모듈(110, 112, 114), 과전류 센서(500), 과전압 센서(600), 인버터(200), 전기모터(300)의 동작을 제어함으로써 전기자동차(1)의 보다 안정된 주행을 돕는다. 또한 제어부(400)는 온도센서(700)에 의해 측정되어 입력받은 배터리팩(100)의 온도가 일정 기준치 이상이 되면 냉매원(710)을 제어하여 배터리팩(100)에 예를 들어 냉각수 또는 냉각기체를 공급하여 배터리팩(100)내의 온도를 낮춘다.
통신부(800)는 복수개의 배터리 셀(102)의 상태정보를 포함하는 신호를 예를 들어 블루투스와 같은 무선통신을 통해 단말장치(810)로 전송한다. 단말장치(810)는 통신부(800)로부터 전송받은 배터리 셀(102)에 대한 상태정보를 출력할 수 있는 배터리 상태표시 어플리케이션(900)을 탑재한다. 이를 통해 전기자동차에 장착되는 배터리 셀(102)의 상태를 단말장치(810) 예를 들어 스마트폰, 테플릿 PC 등을 통해 파악할 수 있어, 배터리 셀(102)을 직접 확인하지 않아도 손쉽게 그 상태를 파악하여 배터리 셀(102)의 충전량, 교체 필요여부 등 배터리 셀(102)의 전반적인 상태를 확인할 수 있다. 결과적으로 단말장치(810)를 이용하여 복수개의 배터리 셀(102)의 상태정보를 확인하는 확인 시스템이 구축되어 사용자가 배터리 셀(102)의 충전 상태 등을 확인하기 용이해진다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 배터리팩의 배터리 상태표시 어플리케이션의 실행화면을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 제 1실시예에 따른 배터리팩(100)의 배터리 상태표시 어플리케이션(900)의 실행화면(910)에는 각각의 배터리 셀(102)에 해당하는 복수개의 상태표시 셀(912)이 표시된다. 상태표시 셀(912)은 배터리 셀(102)의 충전량을 상태표시 셀(912)의 게이지가 차 있는 정도로 나타내고, 배터리 셀(102)의 고장이 발생하여 더 이상 동작을 실행할 수 없는 경우에는 예를 들어 상태표시 셀(912)을 빨간색으로 나타내어 배터리 셀(102)의 교체가 필요함을 사용자에게 알린다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 배터리팩의 회로도이다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 제 2실시예에 따른 배터리팩(100a)은 복수개의 배터리 셀(102a)로 이루어진 복수개의 배터리 모듈(110a, 112a, 114a), 퓨즈(120a, 122a, 124a), 상태정보 표시부(130), 인버터(200a), 제어부(400a), 과전류 센서(500a) 및 과전압 센서(600a)를 구비한다.
복수개의 배터리 셀(102a)은 휴대폰 배터리, 노트북용 배터리 및 테블릿 PC용 배터리 등의 휴대용 전자기기의 일 수 있으며, 복수개의 배터리 셀(102a)을 직렬로 연결하여 복수개의 배터리 모듈(110a, 112a, 114a)을 형성한다. 복수개의 배터리 모듈(110a, 112a, 114a)은 병렬로 연결되어 전기자동차용 정격용량을 갖는다.
퓨즈(120a, 122a, 124a)는 복수개의 배터리 모듈(110a, 112a, 114a)별로 발생할 수 있는 단락 전류 및 과부하 전류를 자동적으로 차단한다. 예를 들어, 첫 번째 행의 퓨즈(120a)는 첫 번째 행에 해당하는 배터리 모듈(110a)에 발생할 수 있는 단락 전류 및 과부하 전류를 차단한다. 복수개의 배터리 모듈(110a, 112a, 114a)을 통해 출력되는 전력은 과전류 센서(500a) 및 과전압(600a)센서에 전달된다.
상태정보 표시부(130)는 복수개의 배터리 셀(102a)에 연결되어 복수개의 배터리 셀(102a) 각각의 충전상태 또는 고장상태를 표시한다. 이를 통해 충전량이 적은 배터리 셀(102a)은 개별 충전 하거나, 고장이 난 배터리 셀(102a)은 교체를 통해 정상적인 동작을 가능하게 한다.
과전류 센서(500a) 및 과전압 센서(600a)는 복수개의 배터리 모듈(110a, 112a, 114a)로부터 출력되는 과전류 및 과전압을 감지하여 후단에 연결되는 인버터(200a) 및 전기모터(300a)등의 장치들의 과전류 및 과전압에 의한 손상을 막는다. 과전류 센서(500a) 및 과전압 센서(600a)를 거친 전력은 인버터(200a)에 전달된다.
인버터(200a)는 복수개의 배터리 모듈(110a, 112a, 114a)로부터 출력되는 직류 전원을 전기모터(300a)에 사용할 교류 전원으로 변환시키고, 전기모터(300a)에 요구되는 속도와 토크에 적합하도록 배터리 모듈(110, 112, 114)의 출력 전압을 전기모터(300a)의 요건에 맞게 조절한다. 또한 정확한 충전을 유지하며 회생제동력을 조정하는 역할을 담당하며, 하이브리드, 플러그인하이브리드 및 전기자동차에 동력을 전달 및 추진시킨다. 인버터(200a)를 통해 변환된 교류 전원은 전기모터(300a)를 회전시켜 전기자동차(1)를 구동시킨다.
제어부(400a)는 복수개의 배터리 모듈(110a, 112a, 114a), 과전류 센서(500a), 과전압 센서(600a), 인버터(200a), 전기모터(300a)의 동작을 제어함으로써 전기자동차(1)의 보다 안정된 주행을 돕는다. 또한 제어부(400a)는 온도센서(700a)에 의해 측정되어 입력받은 배터리팩(100a)의 온도가 일정 기준치 이상이 되면 냉매원(710a)을 제어하여 배터리팩(100a)에 예를 들어 냉각수 또는 냉각기체를 공급하여 배터리팩(100a)내의 온도를 낮춘다.나머지 구성은 도3과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명된 본 발명의 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1: 전기자동차 100,100a: 배터리팩
101: 배터리 102,102a: 배터리 셀
110,110a,112,112a,114,114a: 배터리 모듈
120,120a,122,122a,124,124a: 퓨즈 130: 상태정보 표시부
200,200a: 인버터 300,300a: 전기모터
400,400a: 제어부 500,500a: 과전류 센서
600,600a: 과전압 센서 700,700a: 온도센서
710,710a: 냉매원 800: 통신부
810: 단말장치 900: 배터리 상태표시 어플리케이션
910: 실행화면 912: 상태표시 셀

Claims (6)

  1. 직렬 및 병렬로 연결되어 매트릭스 구조를 형성하는 복수개의 배터리 셀;
    상기 복수개의 배터리 셀에 대한 상태정보를 단말장치에 전송하기 위한 통신부; 및
    상기 통신부로부터 배터리 셀에 대한 상태정보를 입력받아 출력하는 어플리케이션을 탑재하는 단말장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 셀에 발생될 수 있는 과전류를 차단하는 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은 상기 복수개의 배터리 셀 각각의 충전상태를 표시하거나,
    고장상태 등의 배터리 셀의 상태정보를 표시하는 상태정보 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템.

  4. 제1항에 있어서,
    상기 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은 상기 복수개의 배터리 셀로부터 출력되는 직류전원을 전기모터에 사용할 교류 전원으로 변환시키기 위한 인버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은
    상기 복수개의 배터리 셀 내에 발생하는 과전압의 감지를 위한 과전압 센서; 및
    상기 복수개의 배터리 셀 내에 발생하는 과전류의 감지를 위한 과전류 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템.
  6. 제2항 내지 제5항에 있어서,
    상기 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템은
    상기 인버터, 과전압 센서 및 과전류 센서의 동작을 제어하기 위한 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 상태확인 시스템.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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