BATTERY SAFETY DEVICE

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 안전 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 안전 장치(10)는 전압 센서부(4), 스위치부(5), 제어부(2) 및 냉각 장치(6)를 포함한다.

상기 전압 센서부(4)는 차량에 탑재된 배터리(3)의 전압을 측정하여 전압 측정값을 상기 제어부(2)로 출력한다.

상기 배터리(3)는 하나 이상의 이차전지 셀을 포함하는 것으로 이차전지 셀의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 각각의 이차전지 셀은 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 전압을 고려해야 하는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다. 또한, 상기 배터리(3)에 포함되는 이차전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이차전지 셀의 종류, 출력전압, 충전용량 등에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 상기 이차전지 셀의 연결 방법에 따라 제한되지 않는다.

한편, 상기 전압 센서부(4)가 측정한 전압 측정값은 배터리(3)의 출력 및/또는 충전 용량(State Of Charge: SOC)를 추정하는 파라미터로 사용될 수 있다. 일반적으로 배터리(3)의 전압과 배터리(3)의 출력 및 충전 용량은 비례하는 관계에 있으며, 배터리(3)의 전압을 이용하여 배터리(3)의 출력 및 충전 용량을 추정하는 다양한 기술이 당업계에 알려져 있다. 일 예로는, 배터리(3)의 전압에 대응하는 출력 및 충전 용량이 기록된 룩업 테이블을 참조하는 방식을 이용하여 배터리(3)의 출력 및 충전 용량을 추정할 수 있다.

상기 냉각 장치(6)는 상기 배터리(3)의 양단에 전기적으로 연결되어 상기 배터리(3)로부터 구동 전력을 공급받는다. 그리고, 상기 냉각 장치(6)는 상기 배터리(3)로부터 전력을 공급받아 구동되어 상기 배터리(3)를 냉각시킬 수 있다. 즉, 상기 냉각 장치(6)는 냉각의 대상이 되는 배터리(3)에 전기적으로 연결되어 배터리(3)를 냉각시킴과 동시에 상기 배터리(3)를 방전시킬 수 있다.

상기 냉각 장치(6)에는 다양한 냉각 수단이 채용될 수 있다.

일 예로, 상기 냉각 장치(6)는 냉각 팬을 구비할 수 있다. 상기 냉각 팬은 냉각 공기를 배터리(3)로 공급하는 형태로 구성될 수도 있고, 가열된 배터리(3) 주변의 공기를 빨아들여 외부로 배출하는 형태로 구성될 수도 있으며, 양자를 모두 구비한 형태로 구성될 수도 있다.

다른 예로, 상기 냉각 장치(6)는 열전소자를 구비할 수 있다. 상기 열전소자는, 전류가 흐르게 되면 펠티에 효과(Feltier Effect)에 의해 냉기를 발산하는 반도체 소자이다. 여기서, 펠티에 효과란, 서로 다른 2개의 전도체로 구성된 회로에 전류가 흐르게 되면, 전류의 방향에 따라 서로 다른 도체 사이의 접합의 한쪽은 가열되는 반면, 다른 한쪽은 냉각되는 현상을 말한다. 따라서, 상기 열전소자에는 열기를 발산하는 쪽과 냉기를 발산하는 쪽이 존재한다. 바람직하게는, 상기 열전소자는 냉기를 발산하는 방향이 상기 배터리(3)를 향하도록 구성되는 것이 좋다.

또 다른 예로는, 상기 냉각 장치(6)는 상기 냉각 팬과 열전소자를 모두 구비할 수 있다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(6)는 4개의 냉각 팬(F1 ~ F4) 및 2개의 열전소자(T1, T2)를 포함한다. 상기 2개의 열전소자(T1, T2)는 배터리(3)의 양측에 구비되어 배터리(3) 방향으로 냉기(도 2에서 실선으로 표시)를 발산하고 배터리(3)의 반대 방향으로 열기(도 2에서 점선으로 표시)를 발산하도록 구성된다. 그리고 4개의 냉각 팬(F1 ~ F4) 중 2개의 냉각 팬(F1, F2)은 각각 배터리(3)와 열전소자(T1, T2)의 사이에 구비되어 배터리(3)를 냉각시킴과 동시에 열전소자(T1, T2)로부터 발산되는 냉기를 배터리(3)로 빠르게 공급한다.

그리고 4개의 냉각 팬(F1 ~ F4) 중 나머지 2개의 냉각 팬(F3, F4)은 상기 2개의 열전소자(T1, T2)의 외측에 각각 하나씩 구비되어 열전소자(T1, T2)로부터 발산된 열기를 외부로 빠르게 배출시킨다. 이러한 구성에 의하면, 배터리(3)를 신속하게 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라, 배터리(3)를 신속하게 방전시킬 수 있는 효과가 있다. 바람직하게는 상기 배터리(3)는 외기와 격리된 챔버 내지 하우징에 구비되어 냉기가 배터리(3)로 공급되도록 하고, 열기는 챔버의 외부로 배출되도록 할 수 있다.

한편, 상술한 냉각 장치(6) 구성은 하나의 예시에 불과한 것으로서 이외의 다양한 냉각 수단이 본 발명의 냉각 장치(6) 구성으로 채용될 수 있음은 물론이다.

상기 스위치부(5)는 상기 냉각 장치(6)와 배터리(3) 사이에 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 스위치부(5)는 상기 제어부(2)에서 출력된 제어 신호에 의해 온-오프(on-off)된다. 즉, 상기 스위치부(5)는 제어부(2)의 명령을 받아 선택적으로 턴 온되거나 턴 오프됨으로써, 상기 냉각 장치(6)와 상기 배터리(3)를 전기적으로 연결시키거나, 상기 냉각 장치(6)와 상기 배터리(3) 사이의 전기적 연결을 해제시킬 수 있다.

상기 제어부(2)는 외부로부터 입력된 충돌값이 미리 설정된 기준충돌값 이상이고 상기 전압 센서부(4)로부터 수신된 전압값이 미리 설정된 기준전압값 이상인 경우, 상기 스위치부(5)를 온 시키는 제어 신호를 출력한다.

상기 제어부(2)는, 차량 충돌 여부를 판단하기 위해 외부로부터 입력된 충돌값을 미리 설정된 기준충돌값과 비교한다. 상기 제어부(2)는, 비교 결과 입력된 충돌값이 미리 설정된 기준충돌값 이상인 경우 차량이 충돌한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 상기 기준충돌값은 차량의 특성, 충돌 시 충격량과 상기 배터리(3)의 내구성 등을 고려하여 설정될 수 있다.

그리고, 상기 제어부(2)는 다양한 방식에 의해 상기 충돌값을 외부로부터 입력받을 수 있다.

일 예로, 상기 외부로부터 입력된 충돌값은 차량제어장치로부터 출력될 수 있다. 상기 차량제어장치는 차량에 장착된 센서로부터 신호를 수신하고, 이에 따른 전자적 제어를 담당하는 중앙제어장치(Main Control Unit)을 의미한다.

다른 예로, 상기 외부로부터 입력된 충돌값은 차량에 부착된 충돌 감지 센서로부터 출력된 것일 수 있다. 상기 충돌 감지 센서의 예로는 차량에 부착되어 에어백을 작동시키는데 사용되는 센서 또는 가속도 센서가 있다.

또 다른 예로, 상기 외부로부터 입력된 충돌값은 차량에 부착된 에어백 작동 센서로부터 출력된 것일 수 있다. 차량에 부착된 에어백이 작동할 정도의 충격이라면 상기 배터리(3)에 충격이 전달될 수도 있기 때문이다.

또한, 상기 제어부(2)는, 상기 전압 센서부(4)로부터 수신된 전압값과 미리 설정된 기준전압값을 비교한다. 여기서, 미리 설정된 기준전압값은 배터리(3)의 발화 내지 폭발 위험성을 고려하여 설정될 수 있다. 배터리(3)의 전압값이 높다는 것은 배터리(3)가 고출력 및/또는 고용량 상태라는 것을 나타내는 것이므로, 배터리(3)의 전압값은 배터리(3)의 폭발의 우려 및 폭발시 위험성을 나타내는 지표가 될 수 있다. 따라서, 상기 기준전압값은 이러한 배터리(3)의 발화 내지 폭발의 위험성 등을 고려하여 설정될 수 있다.

상기 제어부(2)는, 상기 외부로부터 입력된 충돌값과 미리 설정된 기준충돌값을 비교한 결과, 외부로부터 입력된 충돌값이 미리 설정된 기준충돌값 보다 큰 경우 차량이 충돌한 것으로 판단한다. 이는 상술한 바와 같다. 그리고, 상기 제어부(2)는 차량이 충돌한 것으로 판단한 경우로서, 상기 전압 센서부(4)로부터 수신된 전압값이 미리 설정된 기준전압값 이상인 경우, 상기 스위치부(5)를 온 시키는 제어 신호를 출력한다.

즉, 상기 제어부(2)는, 차량에 충돌이 발생한 것만으로 냉각 장치(6)를 작동시키는 것이 아니라, 배터리(3)의 전압이 소정 기준 이상인 경우로서 위험한 상황이라고 판단될 경우 냉각 장치(6)를 작동시킨다.

이와 유사하게, 상기 제어부(2)는 상기 스위치부(5)를 턴 온 시킨 이후 상기 전압 센서부(4)로부터 수신된 전압값이 미리 설정된 기준전압값 이하인 경우, 상기 스위치부(5)를 오프 시킨다. 즉, 상기 제어부(2)는, 위험한 상황이라고 판단되어 냉각 장치(6)를 작동시킨 이후, 배터리(3)가 충분히 방전되면 냉각 장치(6) 작동을 중단시킬 수 있다. 이는 냉각 장치(6)의 작동으로 인해 배터리(3)가 충분히 방전되어 배터리(3)의 발화 내지 폭발의 위험성이 줄어들었기 때문에 더 이상 배터리(3)를 방전시킬 필요가 없기 때문이다. 또한, 차량 사고 이후의 후속 처리를 위해서도 최소한의 배터리(3)를 남겨두는 것이 바람직하다. 차량 사고 이후 차량의 배터리(3)가 만방전되면, 차량을 자체적으로 구동시킬 수 없게 되어 차량을 견인해야 하는 문제가 있기 때문이다.

한편, 상기 미리 설정된 기준전압값은, 스위치를 턴 온 시키기 위한 제어에 사용되는 값과 턴 온된 스위치를 턴 오프 시키기 위한 제어에 사용되는 값이 다르게 설정될 수도 있다. 통상의 기술자는 실험 내지 시뮬레이션 등을 통해 적절한 수준의 기준전압값을 설정할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 배터리 안전 장치(10)는 메모리부를 더 포함할 수 있다. 상기 메모리부에는 상기 기준충돌값 및 기준전압값이 저장될 수 있다.

상기 메모리부는 상기 제어부(2) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 상기 제어부(2)와 연결될 수 있다. 상기 메모리부는 RAM, ROM, EEPROM등 데이터를 기록하고 소거할 수 있다고 알려진 공지의 반도체 소자나 하드 디스크와 같은 대용량 저장매체로서, 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명에 따른 배터리 안전 장치에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.

즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.