KR101000225B1 - 배터리 통합냉각시스템의 냉각팬모터 고장 검출방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 하이브리드 전기자동차의 PE 부품을 냉각하는 배터리 통합냉각시스템에서 냉각팬모터의 고장을 검출하는 방법에 관한 것이다.

이 발명에 따른 냉각팬모터 고장 검출방법은, 냉각팬모터를 구동 후 정지시키는 제1단계와, 상기 제1단계 후 일정 시간이 지나고 상기 냉각팬모터의 양단전압을 측정하는 제2단계와, 상기 냉각팬모터의 양단전압이 임계치보다 크면 상기 냉각팬모터를 정상 상태로 판단하고, 상기 냉각팬모터의 양단전압이 임계치보다 크지 않으면 상기 냉각팬모터를 고장 상태로 판단하는 제3단계를 포함한다.

하이브리드, 자동차, 냉각팬, IPM, 배터리, PE부품

Description

배터리 통합냉각시스템의 냉각팬모터 고장 검출방법 {Method for checking fail of a cooling fan motor of a battery package cooling system}

이 발명은 하이브리드 전기자동차용 배터리 통합냉각시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 전기자동차의 PE 부품을 냉각하는 배터리 통합냉각시스템의 냉각팬모터의 고장을 검출하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 전기자동차는 일반 가솔린 엔진에 ETC(Electric Throttle Control)를 추가하고 전기 모터를 직결한 형태로 CVT(Continuously Variable Transmission)를 통해 바퀴에 동력을 전달하는 형태로 구성된다.

이와 같은 하이브리드 전기자동차의 거동은 배터리의 전압에 의해 이루어지며, 주행 상황에 대응하여 가솔린 엔진의 연비가 가장 높게 되도록 제어하고, 제동시와 감속시에 차량의 관성 에너지를 바퀴를 통해 전달받아서 모터에 의한 전기에너지 회수하여 배터리를 충전시킴으로써, 기존 가솔린 엔진에 비해 연비 향상을 이룰 수 있다.

하이브리드 전기자동차에는 다수 개의 배터리가 직렬 또는 병렬로 연결되어 모터에 적정 전압을 제공하는데, 이렇게 다수 개의 배터리가 해당 배열에 따라 연결된 상태에서 각각의 배터리로부터 발생하는 온도는 전체적인 배터리 성능에 막대한 영향을 미친다.

따라서, 하이브리드 전기자동차용 배터리 시스템에는 냉각시스템이 구비된다.

도 1은 하이브리드 전기자동차 배터리 시스템의 일반적인 통합냉각시스템을 도시한 도면이다.

이 통합냉각시스템은 PE 부품 즉, 고전압 배터리와 엔진 제어기(ECU)와 저전압직류변환기(LDC)에서 발생되는 열을 냉각한다. 이를 위해 PE 부품들을 모두 통합하여 냉각덕트(11)가 설치되고, 냉각팬모터(12)가 가동된다.

배터리관리시스템(BMS)(13)은 저전압직류변환기(LDC)와 고전압 배터리와 엔진 제어기(ECU)의 온도를 수신하여 냉각팬모터(12)의 속도를 제어한다. 이때, 배터리관리시스템(BMS)(13)은 냉각팬모터(12)에서 발생되는 노이즈를 줄이기 위해 최대 듀티(Duty)를 제한한다.

이러한 종래의 통합냉각시스템은 상위 제어기로부터 CAN 통신이 실패하거나 엔진 제어기(ECU)의 온도가 수신되지 않거나 저전압직류변환기(LDC)의 온도가 수신되지 않는 등의 고장이 발생하면, 강제구동 제어로직을 이용하여 냉각팬모터(12)를 강제 구동시킨다.

이와 같이 냉각팬모터(12)는 하이브리드 전기자동차의 주요한 PE 부품 즉, 저전압직류변환기(LDC), 엔진제어기(ECU) 및 배터리의 온도를 냉각하여, 자동차가 안정적 인 운전이 가능하도록 하는 기능을 한다.

하이브리드 전기자동차의 PE 부품들의 내구 수명은 온도와 연관성이 크다. 따라서, 냉각팬모터는 PE 부품에서 요구하는 요구풍량을 만족시켜야 한다. 그렇지 않을 경우, PE 부품이 열에 의해 고장이 나거나 수명이 단축된다.

그렇기 때문에 냉각팬모터의 열화상태 및 고장을 검출할 필요가 있다.

냉각팬모터를 BLDC(BrushLess DC) 모터로 구현할 경우, BLDC모터로부터 회전속도(rpm) 데이터를 직접 받아올 수 있기 때문에 요구풍량의 만족 여부 및 모터의 고장 여부를 알 수 있다. 그러나, BLDC 모터는 고가이기 때문에 자동차 가격의 상승요인으로 작용한다. 이 때문에 대부분의 하이브리드 전기자동차는 냉각팬모터로서 저가의 DC모터를 사용하고 있는데, 이 DC모터는 그 회전속도(rpm)를 직접적으로 알 수 없기 때문에 간접적으로 측정해야 할 필요가 있다.

그러나, DC모터는 그 특성상, 외부 요인으로 인하여 냉각팬이 구동되지 않거나 현재 가동풍량이 요구풍량보다 적더라도, DC모터에 인가되는 전압은 요구전압을 만족시킨다. 따라서, DC모터에 인가되는 전압을 이용하여 DC모터의 고장을 검출하는 것은 매우 곤란하다.

종래에는 대부분의 하이브리드 전기자동차에 적용된 DC모터의 회전속도 및 고장 여부를 판단하는 방법이 없기 때문에, 냉각팬모터의 고장으로 인해 PE 부품의 온도가 상승하여 수명이 단축되고 하이브리드 전기자동차의 기능이 제한되거나 상실되는 문제점이 있다.

상술한 종래기술의 필요성을 충족시키기 위한 이 발명의 목적은, 배터리 통합냉각시스템의 냉각팬모터의 종류에 관계없이 냉각팬모터의 회전속도 및 고장여부를 검출하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 배터리 통합냉각시스템의 냉각팬모터 고장 검출방법은, 냉각팬모터를 구동 후 정지시키는 제1단계와, 상기 제1단계 후 일정 시간이 지나고 상기 냉각팬모터의 양단전압을 측정하는 제2단계와, 상기 냉각팬모터의 양단전압이 임계치보다 크면 상기 냉각팬모터를 정상 상태로 판단하고, 상기 냉각팬모터의 양단전압이 임계치보다 크지 않으면 상기 냉각팬모터를 고장 상태로 판단하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

이 발명에 따르면 냉각팬모터에 걸리는 역기전력을 이용하여 냉각팬모터의 회전속도 및 고장여부를 검출함으로써 냉각팬모터의 고장을 검출함으로써, PE 부품이 항상 최적의 온도를 유지하고 하이브리드 전기자동차가 안정적으로 구동할 수 있도록 하며 PE 부품의 내구성 및 자동차의 연비가 향상되는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하며 이 발명에 따른 배터리 통합냉각시스템의 냉각팬모터 고장 검출방법을 상세하게 설명한다.

이 발명에서는 DC모터를 포함한 모든 모터에서 반드시 발생하는 역기전력 특성을 이용하여 냉각팬모터의 회전속도 및 고장을 검출한다.

도 2는 이 발명이 적용되는 배터리 통합냉각시스템의 기능 블록도이다. 배터리관리시스템(BMS)은 PE 부품의 냉각제어를 위해 냉각팬모터의 단수를 결정하고(21), 단수에 맞는 초기 펄스폭변조 제어신호를 출력하여 냉각팬모터를 구동하기 시작한다(22).

냉각팬모터 인가전압과 목표전압을 비교하면서 펄스폭변조 제어신호의 듀티를 조절하고(23), 이 펄스폭변조 제어신호를 아날로그 전압으로 변환하여 FET(25)에게 제공한다. 팬릴레이(26)가 가동하면 냉각팬모터(27)에 구동전압이 인가되어 냉각팬모터(27)가 회전하게 된다.

이때, 냉각팬모터(27)의 양단전압(Vmotor)은 팬릴레이(26)를 통해 제공되는 보조전압(Vaux)과 FET(25)에 걸리는 전압(Vm)의 차로써 계산할 수 있다.

도 3은 냉각팬모터의 열화 정도에 따른 역기전력의 특성을 도시한 그래프이다.

FET의 게이트단자로 아날로그 전압이 인가되면 냉각팬모터(27)가 구동하고 양단전압(Vmotor)이 발생한다. 그리고 난 후 FET의 게이트단자로 인가되던 전압을 차단하여 냉각팬모터(27)를 정지시키면, 냉각팬모터(27)의 양단에는 역기전력이 발생하는데, 그 역기전력의 특성에 따라 냉각팬모터의 열화 정도 및 회전속도를 측정할 수 있다.

즉, 정상상태에서는 FET의 게이트단자에 전압을 인가하다가 차단시켜서 냉각팬모터(27)를 구동 후 정지시키면, 냉각팬모터(27)의 양단전압(Vmotor)이 서서히 감소된다. 그래서 정지 후 t 시간 후에도 냉각팬모터(27)의 양단에는 다소 높은 전압이 측정된다.

한편, 냉각팬모터가 약 50% 정도 열화된 경우, 냉각팬모터(27)를 구동 후 정지시키면 냉각팬모터(27)의 양단전압(Vmotor)은 정상상태일 때보다 급격하게 감소한다. 그래서 정지 후 t 시간이 지나고 냉각팬모터(27)의 양단전압(Vmotor)을 측정하면 정상상태일 때보다 적은 전압값이 측정된다.

그러나, 냉각팬모터(27)가 약 90% 정도 열화된 상태에서는 냉각팬모터(27)를 구동 후 정지시키면 냉각팬모터(27)의 양단전압(Vmotor)이 급격히 감소된다. 이 경우 정지 후 t 시간이 지나면 냉각팬모터(27)의 양단전압(Vmotor)은 0V가 된다.

따라서, 냉각팬모터(27)를 구동시킨 후 정지시키고 정지 후 일정 시간이 지난 후에 측정한 냉각팬모터(27)의 양단전압(Vmotor)이 임계치보다 크면 정상상태로 판단하고, 임계치보다 작으면 고장 내지 열화상태로 판단한다.

도 4는 이 발명의 한 실시예에 따른 배터리 통합냉각시스템의 냉각팬모터 고장 검출방법을 도시한 동작 흐름도이다.

먼저, 냉각팬모터에게 구동단수 명령을 인가하여 목표전압(Vtarget)이 얻어질 수있도록 냉각팬모터를 구동시킨다(S41). 다음, 냉각팬모터의 구동단수를 0으로 한다(S42).

단계 S42를 수행하고 일정시간 t이 지난 후 냉각팬모터의 실제 양단전압(Vreal)을 측정한다(S43). 이 실제 양단전압(Vreal)과 임계치(Vtarget * 2/3)을 비교하여(S44), 실제 양단전압(Vreal)이 임계치(Vtarget * 2/3)보다 크면 냉각팬모터를 정상상태로 판단한다(S45). 한편, 실제 양단전압(Vreal)이 임계치(Vtarget * 2/3)보다 크지 않으면 냉각팬모터를 고장으로 판단하고(S46), 진단 램프를 점등한다(S47).

이 실시예에서는 임계치를 목표전압(Vtarget)의 2/3로 설정하였으나, 이 기술분야의 당업자라면 다른 값으로 변경할 수 있을 것이다.

도 1은 하이브리드 전기자동차 배터리 시스템의 일반적인 통합냉각시스템을 도시한 도면,

도 2는 이 발명이 적용되는 배터리 통합냉각시스템의 기능 블록도,

도 3은 냉각팬모터의 열화 정도에 따른 역기전력의 특성을 도시한 그래프,

도 4는 이 발명의 한 실시예에 따른 배터리 통합냉각시스템의 냉각팬모터 고장 검출방법을 도시한 동작 흐름도이다.

Claims (2)

1. 냉각팬모터를 구동 후 정지시키는 제1단계와,

   상기 제1단계 후 일정 시간이 지나고 상기 냉각팬모터의 양단전압을 측정하는 제2단계와,

   상기 냉각팬모터의 양단전압이 임계치보다 크면 상기 냉각팬모터를 정상 상태로 판단하고, 상기 냉각팬모터의 양단전압이 임계치보다 크지 않으면 상기 냉각팬모터를 고장 상태로 판단하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 통합냉각시스템의 냉각팬모터 고장 검출방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 임계치는 상기 냉각팬모터의 구동전압에 따라 결정되는것을 특징으로 하는 배터리 통합냉각시스템의 냉각팬모터 고장 검출방법.

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