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KR101575449B1 - 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템 및 방법 - Google Patents

친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101575449B1
KR101575449B1 KR1020140018204A KR20140018204A KR101575449B1 KR 101575449 B1 KR101575449 B1 KR 101575449B1 KR 1020140018204 A KR1020140018204 A KR 1020140018204A KR 20140018204 A KR20140018204 A KR 20140018204A KR 101575449 B1 KR101575449 B1 KR 101575449B1
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 셀로부터 유출되는 전해액 가스가 차량의 실내로 유입되는 것을 용이하게 방지할 수 있도록 한 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 배터리 모듈의 각 배터리 셀 간의 전압 편차를 측정하여 증가율이 기준치 이상이 되면 전해액 누출로 판단하여 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간의 연결덕트를 폐쇄시키거나, 또는 배터리 모듈내의 과충전에 따른 이산화탄소 기체를 검출하여 기준치 이상이 되면 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간의 연결덕트를 폐쇄시킴으로써, 배터리 모듈에서 발생하는 유해가스가 실내로 유입되는 것을 용이하게 차단시킬 수 있도록 한 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PREVENTING INFLOW OF ELECTROLYTE GAS}
본 발명은 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 셀로부터 유출되는 전해액 가스가 차량의 실내로 유입되는 것을 용이하게 방지할 수 있도록 한 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 친환경 차량의 일종인 하이브리드 자동차 및 전기자동차 등의 트렁크 공간에는 주행용 모터 등에 전력을 제공하도록 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈이 탑재되어 있다.
상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀의 충방전 과정 중, 배터리의 온도가 적정수준 이상으로 상승하면, 배터리 내부 저항의 변화 및 성능 저하를 초래하게 되므로, 배터리 모듈을 적정 수준으로 냉각시켜야 하며, 이를 위해 공냉식 또는 수냉식의 배터리 냉각 방식이 적용되고 있다.
공랭식의 배터리 냉각 시스템은 냉각공기를 트렁크 룸내의 배터리 모듈 탑재공간쪽으로 송풍하기 위한 흡입측 냉각덕트와, 배터리 모듈 탑재공간의 출구에 장착되어 냉각을 마친 공기를 외부로 배출시키기 위한 배출측 냉각덕트와, 냉각공기가 배터리 모듈 탑재공간내의 배터리 모듈로 송풍되도록 흡입측 냉각덕트 혹은 배출측 냉각덕트에 장착되는 송풍팬 등을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 흡입측 냉각덕트가 차량의 실내와 연결되어, 실내공기가 흡입측 냉각덕트를 통하여 배터리 모듈 탑재공간으로 냉각을 위하여 송풍되고, 배터리 모듈을 냉각시킨 공기는 배출측 냉각덕트를 통하여 실외로 배출된다.
그러나, 배터리 모듈이 탑재된 배터리 탑재공간과 실내가 덕트에 의하여 서로 연통된 경우, 배터리 셀로부터 발생된 전해액 관련 가스(HF, EC, DME, EMC, LiPF6, VC 등)가 흡입측 또는 배출측 냉각덕트를 통하여 차량의 실내로 유입될 우려가 있다.
상기 전해액 가스는 인체에 유해한 성분이므로, 유사시 배터리 셀로부터 전해액 가스가 유출되었음을 승객에게 알리고, 더 나아가 가스가 승객룸으로 유입되는 것을 방지하는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 배터리 모듈의 각 배터리 셀 간의 전압 편차를 측정하여 증가율이 기준치 이상이 되면 전해액 누출로 판단하여 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간의 연결덕트를 폐쇄시키거나, 또는 배터리 모듈내의 과충전에 따른 이산화탄소 기체를 검출하여 기준치 이상이 되면 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간의 연결덕트를 폐쇄시킴으로써, 배터리 모듈에서 발생하는 유해가스가 실내로 유입되는 것을 용이하게 차단시킬 수 있도록 한 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 차량의 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간을 연결하는 덕트에 개폐 가능하게 장착되는 개폐수단과; 상기 배터리 모듈 탑재공간내에 부착되어 배터리 모듈에서 발생되는 이산화탄소 농도를 측정하는 농도측정센서와; 상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀 간 전압편차를 측정하는 셀 전압 측정수단과; 상기 농도측정센서에서 측정된 이산화탄소 농도가 기준치 이상이거나, 셀 전압 측정수단에서 측정된 배터리 셀 간의 전압 편차 증가율이 기준치 이상인 것으로 판정하면, 상기 개폐수단을 닫힘으로 작동 제어하는 제어기; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 차량의 실내에는 덕트의 개폐 상태 및 유해가스 배출 경고를 안내하는 표시수단이 더 장착된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 모듈에 대한 과충전 방지를 위한 과충전 방지장치의 동작 여부를 모니터링하는 과충전 방지장치 모니터링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 배터리 모듈의 각 배터리 셀 간 전압편차를 측정하는 전압편차 증가율 측정 단계와; 배터리 셀 간의 전압편차 증가율이 기준치 이상이면, 차량의 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간을 연결하는 덕트의 개폐수단을 닫아주는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 방법을 제공한다.
특히, 상기 배터리 셀 간의 전압편차는 정상 셀과 정상 열화 셀 간의 전압편차와, 정상셀과 전해액이 누출된 열화 셀 간의 전압편차 간의 증가율을 측정한 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 방법에 대한 다른 실시예로서, 배터리 모듈 탑재공간내의 배터리 모듈에서 발생되는 이산화탄소 농도를 측정하는 단계와; 측정된 이산화탄소 농도가 기준치 이상이면, 차량의 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간을 연결하는 덕트의 개폐수단을 닫아주는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 덕트의 개폐수단 닫힘시 실내의 표시수단을 통하여 유해가스 배출 경고를 안내하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법에 대한 또 다른 실시예로서, 상기 배터리 모듈에 대한 과충전 방지를 위한 과충전 방지장치의 동작 여부를 모니터링하는 단계와; 과충전 방지장치가 작동된 것을 판정되면, 차량의 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간을 연결하는 덕트의 개폐수단을 닫아주는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 차량의 실내와 배터리 모듈이 탑재된 배터리 모듈 탑재공간이 덕트에 의하여 서로 연통된 경우, 배터리 모듈의 각 배터리 셀로부터 전해액 가스가 기준치 이상 발생하거나, 이산화탄소가 기준치 이상 발생하면, 덕트의 개폐수단을 차단하여 유해가스(전해액 가스 또는 이산화탄소)가 차량의 실내(승객룸)으로 유입되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.
둘째, 과충전 등의 극단적인 상황(전해액 가스 다량 방출) 이외에도 소량의 전해액 가스 유출의 위험을 인지할 수 있으므로, 항상 쾌적한 실내 공간을 유지할 수 있다.
셋째, 과충전 방지 장치와 연계하여, 과충전 방지 장치의 작동시에도 덕트를 폐쇄하여 전해액 가스가 실내로 유입되는 것을 차단하는 안전성을 더욱 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템을 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 방법의 일 실시예를 나타낸 순서도,
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지를 위하여 배터리 셀 간의 전압편차를 측정하는 원리를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 방법의 다른 실시예를 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 차량의 실내와 배터리 모듈 탑재공간이 덕트에 의하여 서로 연통된 경우, 배터리 모듈의 각 배터리 셀로부터 발생되는 유해가스(전해액 가스 또는 이산화탄소)가 차량의 실내(승객룸)으로 유입되는 것을 용이하게 차단할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1에서 보듯이, 차량의 실내공간(20)와 배터리 모듈이 탑재된 배터리 모듈 탑재공간(10, 예를 들어 트렁크 룸의 바닥쪽 공간)이 흡입측 냉각덕트(22)에 의하여 서로 연통된다.
즉, 차량의 실내공간(20)내의 공기를 트렁크 룸내의 배터리 모듈 탑재공간(10)쪽으로 송풍하기 위하여 차량의 실내공간(20)와 배터리 모듈이 탑재된 배터리 모듈 탑재공간(10)이 흡입측 냉각덕트(22)에 의하여 서로 연통된다.
이때, 상기 배터리 모듈 탑재공간(10)에는 배터리 모듈(12)이 탑재되고, 한쪽에는 배터리 모듈(12)을 냉각시킨 공기를 외부로 배출시키기 위한 배출측 냉각덕트(24)가 연결된다.
본 발명에 따르면, 상기 흡입측 냉각덕트(10)에는 배터리 모듈(12)의 각 배터리 셀로부터 발생되는 유해가스(전해액 가스 또는 이산화탄소)가 차량의 실내(승객룸)으로 유입되는 것을 차단할 수 있도록 개폐수단(26)이 장착되며, 이 개폐수단(26)의 일례로서 제어기(30)의 제어 신호에 의하여 열림 또는 닫힘으로 작동하는 솔레노이드 밸브로 채택될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈 탑재공간(10)내에 탑재된 배터리 모듈에는 각 배터리 셀 간 전압편차를 측정하는 셀 전압 측정수단(14)이 장착된다.
또한, 상기 배터리 모듈 탑재공간(10)내에는 배터리 모듈(12)에서 발생되는 이산화탄소 농도를 측정하는 농도측정센서(16)가 장착된다.
또한, 상기 셀 전압 측정수단(14)의 측정 결과 및 농도측정센서(16)의 측정 결과는 제어기(30)로 전송된다.
따라서, 상기 농도측정센서(16)에서 측정된 이산화탄소 농도가 기준치 이상이거나, 셀 전압 측정수단(14)에서 측정된 배터리 셀 간의 전압 편차 증가율이 기준치 이상인 것으로 판정되면, 상기 제어기(30)는 흡입측 냉각덕트에 장착된 개폐수단(26)을 닫힘으로 제어하여, 배터리 모듈 탑재공간(10)내의 전해액 가스 및 이산화탄소 등이 실내로 유입되는 것을 용이하게 차단되어진다.
이와 동시에, 상기 제어기(30)는 차량의 실내에 장착된 표시수단(28)을 통하여 덕트의 개폐 상태 및 유해가스 배출 경고를 음성 또는 시각적으로 안내하는 팝업 제어를 실시하게 된다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 하는 본 발명의 전해액 가스 실내 유입 방지 방법을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다.
도 2에서 보듯이, 상기 셀 전압 측정수단(14)에서 배터리 모듈 탑재공간(10)내에 탑재된 배터리 모듈의 각 배터리 셀 간 전압편차를 측정한다.
이때, 상기 배터리 셀 간의 전압편차는 정상 셀과 정상 열화 셀 간의 전압편차와, 정상셀과 전해액이 누출된 열화 셀 간의 전압편차 간의 증가율을 측정하게 된다.
이에, 배터리 모듈의 각 배터리 셀 간 전압편차를 측정하는 전압편차 증가율이 기준치 이상이면, 제어기(30)에서 차량의 실내공간(20)과 배터리 모듈 탑재공간(10) 간을 연결하는 덕트내의 개폐수단(26)을 닫힘으로 제어하게 됨으로써, 배터리 모듈 탑재공간(10)내의 전해액 가스가 실내로 유입되는 것을 용이하게 차단할 수 있게 된다.
상기 배터리 셀 간의 전압편차 증가율을 측정하는 과정은 아이들 상태, 배터리 충전 상태, 배터리 방전 상태에서 진행된다.
차량의 아이들(Idle) 상태에서 배터리 전압은 거의 일정하게 유지되지만, 전해액이 공기과 접촉(전해액 누액)하면, 해당 셀(cell)은 급격히 열화 및 자가방전을 하여 전압강하가 발생된다.
이에, 도 3에서 보듯이 정상셀과 전해액 누액으로 인하여 급격하게 열화된 셀 간의 전압편차1와, 정상 셀과 정상적으로 열화된 셀 간의 전압편차2는 서로 다른 증가율을 나타내게 된다.
상기 배터리 충전 상태에서 배터리 방전이 이루어지면, 배터리의 전압강하가 발생하게 되고, 또한 배터리 방전에 따른 배터리 하한전압 관리가 이루어져 하한전압 도달 시 배터리 방전이 중지된다.
이때, 배터리가 많이 열화 될수록 방전시 전압강하가 크게 되며, 이는 전해액이 공기과 접촉(전해액 누액)함에 기인한다.
이에, 도 4에서 보듯이 정상셀과 전해액 누액으로 인하여 급격하게 열화된 셀 간의 전압편차1(배터리 하한전압 기준)와, 정상 셀과 정상적으로 열화된 셀 간의 전압편차2(배터리 하한전압 기준)는 서로 다른 증가율을 나타내게 된다.
상기 배터리 방전 상태에서 배터리 충전이 이루어지면, 배터리의 전압상승이 발생하게 되고, 또한 배터리 충전에 따른 배터리 상한전압 관리가 이루어져 상한전압 도달 시 배터리 충전이 중지된다.
이때, 배터리가 많이 열화 될수록 충전시 전압상승이 크게 되며, 이는 전해액이 공기과 접촉(전해액 누액)함에 기인한다.
이에, 도 5에서 보듯이 정상셀과 전해액 누액으로 인하여 급격하게 열화된 셀 간의 전압편차1(배터리 상한전압 기준)와, 정상 셀과 정상적으로 열화된 셀 간의 전압편차2(배터리 상한전압 기준)는 서로 다른 증가율을 나타내게 된다.
이와 같이, 상기 전압편차1과 전압편차2 간의 전압편차 증가율 차이가 기준치 이상이 되면, 전해액 누액에 의한 비정상적으로 빠른 열화 발생이 발생된 것으로 판정하여, 제어기(30)에서 전해액 가스의 실내 유입 방지를 위하여 개폐수단(26)을 닫힘으로 제어하게 됨으로써, 배터리 모듈 탑재공간(10)내의 전해액 가스가 실내로 유입되는 것을 용이하게 차단할 수 있게 된다.
한편, 상기 배터리 모듈의 각 배터리 셀 간 전압편차를 측정함과 함께 배터리 모듈 탑재공간(10)내에 장착된 농도측정센서(16)에서 배터리 모듈(12)에서 발생되는 이산화탄소 농도를 측정한다.
이어서, 측정된 이산화탄소 농도가 기준치 이상이면, 제어기(30)에서 차량의 실내공간(20)과 배터리 모듈 탑재공간(10) 간을 연결하는 덕트내의 개폐수단(26)을 닫힘으로 제어하게 됨으로써, 배터리 모듈 탑재공간(10)내의 이산화탄소가 실내로 유입되는 것을 용이하게 차단할 수 있게 된다.
이때 상기 흡입측 덕트의 개폐수단(26)을 제어기(30)에서 닫힘 제어할 때, 제어기의 제어로 인하여 실내의 표시수단(28)에서 유해가스 배출 경고를 음성 또는 시각적으로 안내하게 된다.
한편, 상기한 배터리 셀 전압 측정 및 이산화탄소 농도 측정과 더불어 배터리 모듈에 대한 과충전 방지 장치가 존재하는 경우, 첨부한 도 6의 순서도에서 보듯이 배터리 모듈에 대한 과충전 방지를 위한 과충전 방지장치의 동작 여부를 모니터링한다.
참고로, 배터리 모듈에 대한 과충전으로 인한 스웰링(swelling)은 전해액과 관련된 가스에 의하여 발생될 수 있으므로, 과충전 방지장치가 작동된 것은 과충전으로 인한 스웰링이 발생한 것으로 간주한다.
따라서, 상기 과충전 방지장치의 동작 여부에 대한 모니터링 결과, 과충전 방지장치가 작동된 것으로 판정되면, 차량의 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간을 연결하는 덕트의 개폐수단(26)을 닫아줌으로써, 전해액과 관련된 가스가 실내로 유입되는 것을 용이하게 차단할 수 있게 된다.
10 : 배터리 모듈 탑재공간
12 : 배터리 모듈
14 : 셀 전압 측정수단
16 : 농도측정센서
20 : 실내공간
22 : 흡입측 냉각덕트
24 : 배출측 냉각덕트
26 : 개폐수단
28 : 표시수단
30 : 제어기

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 배터리 모듈의 각 배터리 셀 간 전압편차를 측정하는 전압편차 증가율 측정 단계와;
    배터리 셀 간의 전압편차 증가율이 기준치 이상이면, 차량의 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간을 연결하는 덕트의 개폐수단을 닫아주는 단계;를 포함하며,
    상기 배터리 셀 간의 전압편차 증가율에 있어서, 정상 셀과 전해액 누액으로 인하여 열화된 셀 간의 전압편차1과, 정상 셀과 정상적으로 열화된 셀 간의 전압편차2 간의 전압편차 증가율 차이가 기준치 이상인 경우, 전해액 가스의 실내 유입 방지를 위해 제어기가 상기 개폐수단을 닫힘으로 제어하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 전해액 가스 유입 방지 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    배터리 모듈 탑재공간내의 배터리 모듈에서 발생되는 이산화탄소 농도를 측정하는 단계와;
    측정된 이산화탄소 농도가 기준치 이상이면, 차량의 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간을 연결하는 덕트의 개폐수단을 닫아주는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 방법.
  7. 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 덕트의 개폐수단 닫힘시 실내의 표시수단을 통하여 유해가스 배출 경고를 안내하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 배터리 모듈에 대한 과충전 방지를 위한 과충전 방지장치의 동작 여부를 모니터링하는 단계와;
    과충전 방지장치가 작동된 것을 판정되면, 차량의 실내와 배터리 모듈 탑재공간 간을 연결하는 덕트의 개폐수단을 닫아주는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 전해액 가스 실내 유입 방지 방법.
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