KR20160112073A - 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치 및 제어방법 - Google Patents

저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치 및 제어방법을 개시한다. 본 발명은 배터리의 온도를 감지하는 온도센서와, 하나 이상의 저항으로서 전원이 인가되면 발열하여 배터리의 온도를 상승시키는 보호저항과, 보호저항에 연결된 전원 라인을 스위칭하여 통전 또는 차단시키는 스위칭부와, 온도센서로부터 감지된 배터리의 온도가 설정된 저온에 해당 되면, 스위칭부를 제어하여 상기 충전기와 보호저항 사이의 전원라인을 통전시켜 보호저항을 발열시키는 비엠에스(BMS:BATTERY MANAGEMENT SYSTEM);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치 및 제어방법{ENERGY STORAGE DEVICE FOR ELECTRIC VEHICLE CAPABLE OF HEATING THE LOW TEMPERATURE BATTERY AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차에 장착되는 배터리가 저온 상태에서 충전 효율이 향상될 수 있도록 설정온도 이상으로 온도를 상승시킬 수 있는 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차는 일반차량과 달리 고전압 고용량 배터리(이하 배터리, 어시스트 배터리와 구별됨.)로 전기모터를 제어하여, 차량 시동, 차량 발진시 기동 토크 부가, 주행중 엔진 토크 어시스트, 차량 정지시 엔진 정지, 소위 아이들 스톱(Idle Stop)후 재시동 등의 배터리의 에너지 방전을 통한 모터 구동용 제어와, 정지시 발전, 주행중 발전 등으로 모터 발전 제어를 통하여 배터리에 에너지 충전을 행한다.
이러한 전기 자동차에는 배터리를 운용하고 관리하는 기능을 갖는 배터리 관리 시스템(BMS :Battery Management System)(이하, 비엠에스라 칭함)이라는 제어 장치를 함께 탑재되어 운용되고 있다.
비엠에스는 주로 배터리가 갖는 물리적인 양, 즉 전압, 전류, 온도를 모니터링하고, 배터리 충전상태(SOC, State Of Charge)를 연산하여 디스플레이하고, 배터리 상태 정보, 오류 정보 등을 계측하고 디스플레이할 뿐만 아니라 배터리를 물리적으로 제어, 예컨대 셀 밸런싱, 냉각, 공급 전압 및 전류 제한 같은 기능을 수행한다.
그러나, 셀 온도가 저온일 경우 배터리 성능을 고려한 충/방전은 지극히 제한되는 실정이며, 심지어 차량이 주행할 수 없는 상태에 이르기도 한다. 특히, 배터리 수명에 치명적인 영향을 미치는 저온 시 충전은 배터리 제작 업계에서 권장하지 않고 있다
따라서 종래에는 배터리의 온도를 상승시키기 위하여 에어 컨디셔너를 구동시키거나, 배터리 셀을 방전시켜 내부 이온들의 동작에 의해 온도를 상승시키기 위한 기술을 제안하였다.
그러나 상기와 같은 종래 기술은 시동 전에 에어컨디셔너를 구동시키거나 방전시키는 과정을 통하여 배터리의 온도를 상승시키고 있어 정상온도에 도달 되기 까지 장시간이 소요되고, 배터리가 완전 방전될 수 있는 문제점을 갖는다.
공개특허공보 제10-2012-0076954호(한국과학기술원, 2012.07.10)
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첫 번째 목적은 배터리의 충전효율을 떨어뜨리는 저온 상태의 배터리에 직접 열을 가하여 배터리의 온도를 상승시킬 수 있는 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 두 번째 목적은 전기자동차의 주행중에 모터로부터 발생 되어 배터리에 충전되는 회생전류에 의한 배터리의 과충전의 방지와 배터리의 가열이 모두 가능한 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외부로부터 연결된 충전기에 의하여 전원이 충전되는 배터리를 구비하여 전기자동차에서 전원을 공급하는 전지팩을 포함하고, 전지팩은 배터리의 온도를 감지하는 온도센서와, 하나 이상의 저항으로서 전원이 인가되면 발열하여 배터리의 온도를 상승시키는 보호저항과, 보호저항에 연결된 전원 라인을 스위칭하여 통전 또는 차단시키는 스위칭부와, 온도센서로부터 감지된 배터리의 온도가 설정된 저온에 해당되면, 스위칭부를 제어하여 충전기와 보호저항 사이의 전원라인을 통전시켜 보호저항을 발열시키는 비엠에스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 배터리에 충전 전원이 인가되는 배터리 충전단계와, 전기자동차가 시동 오프 상태인지를 판단하는 시동오프 판단단계와, 시동 오프 판단단계에서 전기자동차가 시동 오프 상태로 판단되면, 배터리의 온도를 감지하는 온도감지단계와, 온도감지단계에서 감지된 온도가 설정된 정상온도 범위 이하의 저온인지를 판단하는 저온 판단단계와, 온도 판단단계에서 감지된 배터리 온도가 설정된 정상온도 범위 이하의 저온이라면 보호저항과 충전기 사이의 전원라인을 통전시켜 보호저항을 발열시키는 보호저항 연결단계와, 보호저항 연결단계 이후에 배터리의 온도가 설정된 정상온도 범위에 해당되는 지를 판단하는 정상온도 판단단계와, 정상온도 판단단계에서 배터리의 온도가 정상온도에 해당 되면 보호저항을 오프시키고, 배터리를 충전시키는 보호저항 오프단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 설명한 본 발명의 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치 및 제어방법은 배터리에 직접적으로 열을 가하기 때문에 저온 상태의 배터리가 정상온도로 상승 되는 시간이 짧은 효과가 있다.
또한 본 발명은 전기자동차의 주행중에 배터리를 충전시키는 회생 전류에 의한 과충전의 방지와 주차중에 저온 상태의 배터리를 가열할 수 있는 기능이 모두 가능함에 따라 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치를 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 제어방법에서 과충전 감지 및 방지단계를 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 보호저항을 내부구조를 간략 도시한 단면도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치 및 제어방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저 본 발명의 상세한 설명을 위하여 사용된 용어를 이하에서 설명한다.
본 발명에서 전기자동차의 충전기는 전기자동차가 주차중인 상태에서 선택적으로 연결되어 배터리에 전원을 공급하여 충전시키는 장치를 의미한다.
회생전류는 전기자동차의 모터가 배터리에 의해 공급된 전원으로 구동되던중에 전기자동차가 비탈길이나 후진, 급가속, 급정차와 같은 운동상태에서 모터에 배터리에서 공급되는 전압보다 큰 레벨의 역기전력에 의해 발생되는 전류를 의미한다. 회생전류는 배터리에서 모터에 공급되는 전압보다 크기 때문에 반대로 배터리로 인가되어 충전시킨다.
비엠에스(BMS)(BMS:BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)은 배터리의 전압과 온도를 감지하여 셀밸런싱 및 충전상태를 보정한다.
배터리는 LiB전지, NaS 전지, RFB, 수퍼캐패시터등의 이차전지로 구성되며, 이하의 설명에서는 리튬 이차전지로 구성된 다 수개의 전지셀이 전기적으로 통전되도록 연결된 구성을 일예로 들어 설명하며, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 전기자동차에 장착되어 전원을 공급할 수 있는 모든 에너지저장장치가 해당 될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용 설명을 개시한다.
도 1은 본 발명에 따른 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치(100)는 전기자동차에 연결되는 충전기로부터 공급된 전원에 의하여 충전되는 배터리(110)를 구비한다.
여기서 본 발명의 에너지저장장치(100)는 배터리(110)의 온도를 감지하여 설정된 정상온도 범위 이하의 저온이 감지되면, 충전기(200)에서 공급된 전원을 이용하여 배터리(110)에 직접적으로 열을 가하여 정상온도로 상승시키는 것을 특징으로 한다.
배터리(110)는 다 수개의 전지셀(111)이 전기적으로 연결되도록 조립되어 0도 이하의 저온에서는 전하의 이동이 느려지기 때문에 충전기(200)에서 전원을 공급하더라도, 예를 들면, 충전효율이 80%가 되고, 영하 10도에서는 50%로 감소된다.
따라서 본 발명은 전기자동차가 시동 오프 상태(주차중 상태)에서 충전기(200)로부터 공급된 전원으로 배터리가 충전되기 이전에 배터리(110)의 온도를 정상온도 범위로 상승시킨다. 이때 본 발명은 배터리에 직접 열을 가하도록 충전기로와 보호저항(120)간에 폐회로를 구성한다.
보호저항(120)은 다 수개의 저항이 병렬 연결된 것으로서 인가되는 충전기로부터 공급된 전류가 저항에 의하여 소모되면서 발열된다. 그러므로 배터리(110)는 보호저항(120)에서 발생된 열에 의하여 정상온도(예를 들면, 25도 이상)로 상승시켜 충전효율을 향상시키게 된다.
또한 보호저항(120)은 전기자동차의 주행중에 모터로부터 발생된 회생전류를 소모시켜 배터리의 과충전을 방지할 수 있다.
보다 구체적인 구성 및 작용은 도 2의 블럭도를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 에너지저장장치(100)와, 충전기(200)와, 모터(300)를 포함한다.
에너지저장장치(100)는 다 수개의 전지셀(111)이 연결되는 배터리(110)와, 배터리(110)를 가열시키는 보호저항(120)과, 배터리(110)의 온도를 감지하는 온도센서(130)와, 배터리(110)의 전압을 감지하는 전압센서(140)와, 보호저항(120)에 연결되는 회로를 차단 또는 통전시키는 스위칭부(150)와, 충전기(200)와 배터리(110) 사이에서 전류를 감지하는 전류센서(160)와, 온도센서(130)와 전압센서(140) 및 전류센서(160)의 감지신호를 수신하여 스위칭부(150)를 제어하는 비엠에스(BMS)(170)를 포함한다.
배터리(110)는 다 수개의 전지셀(111)이 전기적으로 연결되어 충전기(200)에서 공급되는 전원을 충전하고, 전기자동차의 시동시에 모터(300) 및 시동장치에 시동전원을 공급한다.
온도센서(130)는 배터리(110)의 온도를 감지하여 비엠에스(BMS)(170)에 온도감지신호를 인가한다. 여기서 온도센서(130)는 배터리(110)의 전지셀(111)별 온도와 전체 배터리(110)의 온도를 각각 감지함이 바람직하다.
전압센서(140)는 배터리(110)의 충전전압을 감지하여 비엠에스(BMS)(170)에 전압감지신호를 인가한다. 바람직하게로는 전압센서(140)는 비엠에스(BMS)(170)의 셀밸런싱(CELL BALANCING) 및 충전상태(STATE OF CHARGE) 보정을 위하여 전지셀(111)별 전압을 측정하여 비엠에스(BMS)(170)에 인가한다.
전류센서(160)는 배터리(110)의 전류를 감지하여 비엠에스(BMS)(170)에 전류감지신호를 인가한다.
보호저항(120)은 다 수개의 저항(R1, R2, R3,..RN)이 병렬연결된다. 그리고 보호저항(120)은 배터리(110)와 스위칭부(150) 사이의 전원라인에 설치되고, 더욱 바람직하게로는 기구적으로 배터리(110)에 인접된 위치에 설치된다.
예를 들면, 보호저항(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 배터리(110)의 하단에서 각 전지셀(111)에 열을 직접 가할수 있도록 설치되거나, 또는 다른 실시예로서, 도 5에 도시된 바와 같이 전지셀(111)과 전지셀(111) 사이에서 설치됨도 가능하다.
여기서 상기 보호저항(120)은 열전도도를 높일 수 있도록 배터리(110)에서 발열된 열을 공기중으로 발열시키도록 열전도성이 높은 금속재질로 제조되는 방열수단에 설치되는 것이 바람직하다. 상기 방열수단은, 예를 들면, 배터리(110)에서 발열된 열을 외부로 방열시키기 위하여 열전도성이 높은 금속재질로 제조된다.
즉, 본 발명은 이와 같은 방열수단의 방열기능을 반대로 적용하여 보호저항(120)에서 발열된 열을 방열수단에 의해 전도시켜 배터리의 온도를 빠르게 상승시킬 수 있도록 하는 것이 특징이다.
따라서 본 발명에서 방열수단은 판 형상으로 제조되는 방열판으로서 일면에 병렬연결된 보호저항이 실장된 회로기판이 설치되거나, 또는 도 6에 도시된 바와 같이 열전도도가 높은 금속판으로 제조된 방열 하우징(122)으로 제조될 수 있다.
즉, 보호저항(120)은 방열판(도시되지 않음)의 일면에 고정되는 회로기판(121)에 저항이 병렬연결되도록 설치되거나, 방열 하우징(122)의 내측에 고정된 회로기판(121)에서 병렬 연결되도록 실장된 저항으로 구성될 수 있다.
아울러 방열 하우징(122)은, 도 6을 참조하면, 전지셀과 밀착되는 양측면에서 다 수개의 관통공(122a)이 형성되어 상기 보호저항(120)에서 발열된 열을 양측의 전지셀(111)로 전도될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 보호저항(120)은 배터리(110)에 직접 열을 가할 수 있는 위치에 설치되어 전기자동차의 주차중에 충전기에서 인가되는 전류에 의하여 발열되어 배터리의 온도를 상승시킬 수 있다.
스위칭부(150)는 보호저항(120)이 연결되는 전원 라인을 차단 또는 통전시킨다. 즉, 스위칭부(150)는 비엠에스(BMS)(170)의 제어에 의하여 보호저항(120)에 연결되는 전원 라인을 차단 또는 통전시켜 충전기(200)와 보호저항(120) 또는 모터(300)와 보호저항(120)간에 폐회로를 형성한다.
비엠에스(BMS)(170)는 주차중인 상태에서 온도센서(130)의 감지신호를 수신하여 배터리(110)가 설정된 저온에 해당되면, 스위칭부(150)를 제어하여 보호저항(120)과 충전기(200)간에 폐회로를 형성하도록 제어한다. 이때 비엠에스(BMS)(170)는 배터리(110)의 온도를 지속적으로 감시하여 설정된 정상온도가 감지되면 보호저항(120)과 충전기간의 폐회로를 오프시키고, 배터리(110)와 충전기(200)간의 전원라인을 통전시키도록 스위칭부(150)를 제어한다.
또한 비엠에스(BMS)(170)는 전기자동차의 주행중에 전압센서(140) 및 전류센서(160)의 감지신호를 수신하여 배터리(110)가 설정된 과충전 조건에 해당 되면, 스위칭부(150)를 제어하여 전기자동차의 모터(300)에서 출력되는 회생전류를 보호저항(120)으로 인가되도록 한다. 보호저항(120)은 회생전류를 소모하여 배터리(110)에 충전되지 않도록 한다. 아울러 비엠에스(BMS)(170)는 전압센서(140) 및 전류센서(160)에서 감지되는 배터리(110)의 충전상태를 확인하여 설정된 과충전 조건에 해당 되지 않으면 스위칭부(150)를 제어하여 보호저항(120)을 오프시킨다.
충전기(200)는 전기자동차의 외부에 설치된 것으로서 전기자동차의 충전시에만 연결되는 장치이고, 모터(300)는 전기자동차의 동력을 생산한다. 다만, 도시된 도면에는 충전기(200)와 모터(300)가 동시에 도시되어 있으나, 상술한 바와 같이 충전기는 충전시에만 선택적으로 연결된다.
즉, 본 발명은 다 수개의 저항(R1, R2, R3,..RN)이 병렬연결되는 보호저항(120)을 통하여 전기자동차에서 주행중에 발생되는 회생전류를 차단하여 과충전을 방지함과 동시에 배터리(110)의 온도를 상승시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하고, 이하에서는 상기와 같은 구성을 통하여 달성되는 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 제어방법을 첨부된 순서도를 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 제어방법은 전기자동차가 시동 오프 상태인지를 판단하는 시동오프 판단단계(S110)와, 시동 오프 판단단계(S110) 이후에서 배터리(110)의 온도를 감지하는 온도감지단계(S120)와, 온도감지단계(S120)에서 감지된 온도가 설정온도 이하인지를 판단하는 저온 판단단계(S130)와, 저온 판단단계(S130)에서 감지된 온도가 설정된 정상온도 범위 이하의 저온이라면 보호저항(120)을 연결하는 보호저항 연결단계(S140)와, 보호저항 연결단계(S140) 이후에 배터리(110)의 온도가 설정된 정상온도 범위에 해당되는 지를 판단하는 정상온도 판단단계(S150)와, 정상온도 판단단계(S150)에서 배터리(110)의 온도가 정상온도에 해당 되면 보호저항(120)을 오프시키는 보호저항 오프단계(S160)를 포함한다.
시동오프 판단단계(S110)는 비엠에스(BMS)(170)에서 전기자동차가 현재 주차중 인지 주행중 상태인지를 판단하는 단계이다. 여기서 비엠에스(BMS)(170)는 전류센서(160)로부터 전류감지신호가 인가되면, 전기자동차의 제어부(도시되지 않음)와 통신을 통하여 전기자동차의 시동키의 온 또는 오프 상태를 수신하거나 또는 전기자동차의 모터(300)의 구동상태 또는 모터(300)로부터 회생전류가 인가되는 지를 통하여 전기자동차의 시동 온 또는 오프 상태인지를 판단할 수 있다.
비엠에스(170)는 시동오프 판단단계(S110)에서 시동이 오프된 상태라 판단되면, 충전기가 연결된 것으로 판단하여 온도감지단계(S120)를 진행한다.
또는 비엠에스(170)는 시동오프 판단단계(S110)에서 시동이 오프 되지 않고 주행중 상태라면, 배터리(110)의 충전전압을 감지하여 과충전을 방지하는 과충전 감지 및 방지단계(S170)를 진행한다. 과충전 감지 및 방지단계(S170)는 도 4를 참조하여 후술한다.
온도감지단계(S120)는 비엠에스(BMS)(170)가 전기자동차가 시동 오프된 상태에서 전류가 감지되면 충전기(200)가 연결된 것으로 판단하여 배터리의 온도를 확인하는 단계이다. 따라서 비엠에스(170)는 온도센서(130)로부터 배터리(110)의 온도감지신호를 수신한다. 여기서 온도센서(130)는 다 수개로서 배터리(110)의 전지셀(111)별 온도를 감지하거나 또는 전체 배터리(110)의 온도를 감지하여 비엠에스(BMS)(170)에 인가한다.
저온 판단단계(S130)는 비엠에스(BMS)(170)가 온도감지단계(S120)에서 감지된 배터리(110)의 온도가 설정된 정상온도 범위 이하의 저온에 해당되는 지를 판단한다.
보호저항 연결단계(S140)는 비엠에스(BMS)(170)가 저온 판단단계(S130)에서 배터리(110)의 온도가 설정된 정상온도 범위 이하의 저온에 해당 된 것으로 판단되면, 스위칭부(150)를 제어하여 보호저항(120)과 충전기간에 폐회로를 형성하는 단계이다. 여기서 스위칭부(150)는 비엠에스(BMS)(170)의 제어에 의하여 보호저항(120)이 연결되는 전원 라인을 통전시켜 충전기(200)와 보호 저항(120) 간에 폐회로를 구성하고, 충전기(200)와 배터리(110)간의 전원라인을 차단한다. 따라서 보호저항(120)은 충전기(200)에서 인가되는 전류가 소모되면서 발열된다. 이때 보호저항(120)에서 발열된 열은 배터리(110)를 직접적으로 가열함에 따라 배터리(110)의 온도가 상승된다.
더욱 바람직하게로 본 발명은 상기 보호저항(120)을 열전도성이 높은 금속으로 제조된 방열판 및 방열 하우징(122)에 설치 및/또는 수납하여 전지셀과 전지셀 사이에 설치한다. 그러므로 배터리(110)는 방열수단의 열전도 특성에 의해 보호저항에서 발열된 열이 빠르게 전도됨에 따라 온도가 빠르게 상승될 수 있다.
정상온도 판단단계(S150)는 비엠에스(BMS)(170)가 보호저항 연결단계(S140) 이후에 배터리(110)가 설정된 정상온도 범위에 해당되는 지를 판단하는 단계이다. 비엠에스(BMS)(170)는 보호저항 연결단계(S140) 이후에 온도센서(130)로부터 배터리(110)의 온도 감지신호를 지속적으로 수신하여 배터리(110)의 온도를 확인하여 설정된 정상온도범위에 해당되는 지를 판단한다.
보호저항 오프단계(S160)는 정상온도 판단단계(S150)에서 배터리(110)가 정상온도 범위로 상승 되었다면, 보호저항(120)이 연결된 전원라인을 차단하는 단계이다. 비엠에스(BMS)(170)는 온도센서(130)로부터 감지된 배터리(110)의 온도가 설정된 정상온도 범위에 해당되면, 스위칭부(150)를 제어하여 보호저항(120)에 연결되는 전원라인을 차단하고, 충전기(300)와 배터리(110)간의 전원라인을 통전시킨다.
따라서 배터리(110)는 정상온도로 가열된 이후에 충전기(200)로부터 전원을 공급받아 충전될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 보호저항(120)을 이용하여 배터리(110)를 직접 가열함에 따라 충전효율이 95% 이상이 가능한 온도로 가열되는 시간이 짧다.
도 4는 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리(110) 충전방법에서 과충전 감지 및 방지단계를 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 과충전 감지 및 방지단계(S170)는 상술한 시동오프 판단단계에서 주행중 상태로 판단되면, 배터리(110) 전압을 감지하는 배터리 전압감지단계(S181)와, 배터리(110) 전압이 설정된 과충전 조건에 해당되는 지를 판단하는 과충전 판단단계(S182)와, 과충전 판단단계(S182) 이후에 배터리(110)가 설정된 과충전 조건에 해당 되면 보호저항(120)을 연결하여 회생전류를 소비시키는 보호저항 연결단계(S183)와, 보호저항 연결단계(S183) 이후에 배터리(110)의 전압을 감지하여 충전 필요 조건에 해당되는 지를 판단하는 충전판단단계(S814)와, 충전판단단계(S184)에서 배터리(110)의 전압이 과충전조건에 해당 되지 않고 충전이 필요한 충전필요조건에 해당되면 보호저항(120)을 오프시키는 보호저항 오프 단계(S185)를 포함한다.
배터리 전압감지단계(S181)는 시동오프 판단단계(S110)에서 주행중 상태로 판단되면, 비엠에스(BMS)(170)에서 배터리(110)의 전압 감지신호를 수신하는 단계이다. 전압센서(140)는 배터리(110)의 전압을 감지하여 비엠에스(BMS)(170)에 전압감지신호를 인가한다. 여기서 전압센서(140)는 다 수개로서 배터리(110)의 전지셀(111)별 전압을 감지하거나, 전체 전압을 감지한다.
여기서 배터리(110)는 전기자동차가 주행중임에 따라 모터(300)로부터 발생된 회생전류로 충전된다.
과충전 판단단계(S182)는 배터리 전압감지단계(S181)에서 감지된 배터리(110) 전압이 과충전 조건에 해당되는 전압레벨인지를 판단한다. 비엠에스(BMS)(170)는 전압센서(140)의 전압 감지신호를 지속적으로 수신하여 배터리(110)의 전압이 설정된 과충전 조건에 해당되는 지를 판단할 수 있다.
보호저항 연결단계(S183)는 과충전 판단단계(S182)에서 배터리(110)의 전압이 과충전 조건에 해당 되면, 보호저항(120)을 연결하여 모터(300)로부터 인가되는 회생전류의 충전을 차단하는 단계이다.
스위칭부(150)는 비엠에스(BMS)(170)의 제어에 의하여 모터(300)에서 보호저항(120)에 연결되는 전원 라인을 통전시키도록 스위칭한다. 따라서 모터(300)에서 인가되는 회생전류는 보호저항(120)으로 인가되고, 배터리(110)와 모터(300)간의 전원라인이 차단된다. 보호저항(120)은 상술한 바와 같이 다 수개의 저항(R1, R2, R3,...RN)이 병렬연결됨에 따라 모터(300)로부터 인가되는 회생전류를 소모한다.
충전판단단계(S184)는 비엠에스(BMS)(170)에서 배터리(110)의 전압감지신호를 수신하여 과충전 조건에서 벗어난 충전필요조건에 해당되는 전압이 감지되는 지를 판단하는 단계이다. 비엠에스(BMS)(170)는 보호저항 연결단계(S183) 이후에 배터리(110)의 전압 감지신호를 지속적으로 수신하여 배터리(110)가 충전조건에 벗어나는 지를 확인한다.
즉, 배터리(110)는 전기자동차가 주행중임에 따라 모터(300)나 기타 전기자동차의 부하에 전원을 계속적으로 공급함에 따라 설정된 과충전 조건을 벗어나 충전이 필요한 충전필요조건에 해당되는 레벨로 방전된다.
따라서 비엠에스(BMS)(170)는 보호저항 연결단계(S183) 이후에 배터리(110)의 전압을 지속적으로 감시하여 충전필요조건에 해당되는 지를 판단하게 된다.
보호저항 오프단계(S185)는 충전판단단계(S184)에서 배터리(110)의 전압이 충전필요조건에 해당되면 보호저항(120)을 오프시켜 모터(300)로부터 발생된 회생전류로 배터리(110)를 충전시키는 단계이다. 비엠에스(BMS)(170)는 스위칭부(150)를 제어하여 보호저항(120)을 오프시킨다. 따라서 모터(300)에서 출력된 회생전류는 배터리(110)로 인가되어 충전시킨다.
이와 같이 본 발명은 보호저항(120)을 통하여 회생전류로 인한 과충전을 방지함과 동시에 주차중일 때 저온 상태인 배터리(110)를 가열할 수 있어 동시에 두 가지 기능을 수행함에 따라 해당 기능을 위하여 별도의 장치를 추가하지 않아도 된다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 에너지저장장치 110 : 배터리
111 : 전지셀 120 : 보호저항
121 : 회로기판 122 : 방열 하우징
130 : 온도센서 140 : 전압센서
150 : 스위칭부 160 : 전류센서
170 : 비엠에스 200 : 충전기
300 : 모터

Claims (8)

  1. 외부로부터 연결된 충전기에 의하여 전원이 충전되는 배터리의 온도를 감지하는 온도센서;
    하나 이상의 저항으로서 전원이 인가되면 발열하여 상기 배터리의 온도를 상승시키는 보호저항;
    상기 보호저항에 연결된 전원 라인을 스위칭하여 통전 또는 차단시키는 스위칭부; 및
    상기 온도센서로부터 감지된 배터리의 온도가 설정된 저온에 해당되면, 상기 스위칭부를 제어하여 상기 충전기와 보호저항 사이의 전원라인을 통전시켜 보호저항을 발열시키는 비엠에스(BMS:BATTERY MANAGEMENT SYSTEM);를 포함하는 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전지팩은
    상기 배터리의 전압을 감지하는 전압센서; 및
    상기 배터리에 연결되는 전원라인에 전류를 감지하는 전류센서;를 더 포함하는 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 비엠에스는 상기 전압센서의 전압감지신호를 수신하여 상기 배터리가 과충전 조건에 해당 되면 상기 스위칭부를 제어하여 상기 보호저항과 모터 사이의 전원을 통전 시키고, 상기 모터와 배터리 사이의 전원 라인을 차단하는 것을 특징으로 하는 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치.
  4. 제1항에 있어서, 보호저항은
    병렬 연결된 것을 특징으로 하는 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보호저항은
    상기 배터리의 전지셀과 전지셀 사이에서 열전도성 금속으로 제조되는 방열수단에 설치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 에너지저장장치.
  6. 배터리가 연결된 전원라인에 전류가 감지되면, 전기자동차가 시동 오프 상태인지를 판단하는 시동 오프 판단단계;
    상기 시동 오프 판단단계에서 전기자동차가 시동 오프 상태로 판단되면, 외부에 설치된 충전기가 연결된 것으로 판단하여 상기 배터리의 온도를 감지하는 온도감지단계;
    상기 온도감지단계에서 감지된 온도가 설정된 정상온도 범위 이하의 저온인지를 판단하는 저온 판단단계;
    상기 저온 판단단계에서 감지된 배터리 온도가 설정된 정상온도 범위 이하의 저온이라면 보호저항과 충전기 사이의 전원라인을 통전시켜 보호저항을 발열시키는 보호저항 연결단계;
    상기 보호저항 연결단계 이후에 배터리의 온도가 설정된 정상온도 범위에 해당되는 지를 판단하는 정상온도 판단단계; 및
    상기 정상온도 판단단계에서 배터리의 온도가 정상온도에 해당 되면 보호저항을 오프시키고, 배터리와 충전기간의 전원라인을 통전시켜 상기 배터리를 충전시키는 보호저항 오프단계;를 포함하는 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보호저항 연결단계는
    상기 충전기와 배터리 사이의 전원 라인이 차단되는 것을 특징으로 하는 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 제어방법.
  8. 제6항에서 있어서, 상기 시동오프 판단단계에서 전기자동차가 주행중으로 판단되면, 배터리의 전압을 감지하는 배터리 전압감지단계;
    상기 배터리 전압감지단계에서 배터리의 전압이 설정된 과충전 조건에 해당되는 지를 판단하는 과충전 판단단계;
    상기 과충전 판단단계에서 배터리가 과충전 조건에 해당되면, 모터에서 인가되는 회생전류를 차단하도록 보호저항과 모터 사이의 전원라인을 통전시키고, 배터리의 충전을 차단하는 보호저항 연결단계;
    상기 보호저항 연결단계 이후에 배터리의 전압을 감지하여 과충전 조건을 벗어나 설정된 충전필요조건에 해당되는 지를 판단하는 충전판단단계; 및
    상기 충전판단단계에서 배터리의 전압이 상기 충전필요조건에 해당 되면, 상기 보호저항을 오프시키고, 상기 배터리와 모터 사이의 전원라인을 통전시켜 상기 모터에서 출력된 회생전류로 상기 배터리를 충전시키는 보호저항 오프단계;를 더 포함하는 저온 배터리를 가열할 수 있는 전기자동차용 에너지저장장치의 제어방법.

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