KR101734577B1 - 전기자동차 냉각계 및 그 운영방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각계의 열관리제어시 전동 워터펌프(7)에 관련된 진단인자(FF)를 이용해 자가진단로직을 실행하고, 진단인자(FF)의 체크결과에 따라 전동 워터펌프(7)를 일시 정지함으로써 전동 워터펌프(7)의 내구성 악화를 가져오는 구동지속시간을 보다 줄일 수 있고, 이로 인한 전동 워터펌프(7)의 내구성강화로 예기치 않은 고장(Fail 또는 Error)을 미리 예방함으로써 냉각계의 신뢰성을 높여 전기자동차의 상품성도 크게 높일 수 있는 특징을 갖는다.

Description

전기자동차 냉각계 및 그 운영방법{Electric Vehicle Cooling System and Operation Method thereof}

본 발명은 전기자동차 냉각계에 관한 것으로, 특히 냉각수 순환을 위한 전동식 워터펌프의 자가진단으로 냉각계 안정성과 신뢰성을 크게 높인 전기자동차 냉각계 및 그 운영방법에 관한 것이다.

일반적으로 모터로 구동하는 전기자동차에서는 인버터와 직류전력을 교류전력으로 변환하기 위한 LDC 및 충전기등이 구비되고, 이들의 발열특성으로 인해 적정한 온도를 항상 유지할 수 있는 냉각계가 필수적으로 요구된다.

이를 위해 냉각계에는 냉각수 순환을 위한 워터펌프가 구비되고, 워터펌프에서 토출된 냉각수는 모터와 이에 관련된 전장기기들을 경유한 후 라디에이터와 리저버를 거쳐 다시 워터펌프로 펌핑되는 순환경로를 형성한다.

상기와 같이 워터펌프를 통해 냉각수가 지속적으로 순환됨으로써, 발열특성을 갖는 각종 전장기기들이 과온으로부터 보호될 수 있게 된다.

국내특허공개 10-2011-0051829(2011.05.18).

상기 특허문헌은 전기자동차 냉각계의 일례로서, 이는 라디에이터에서 연료전지스택에 이어진 1개의 냉각라인으로 냉각수를 순환시키는 1개의 워터펌프와, 라디에이터에서 인버터와 모터로 이루어진 전기동력장치에 이어진 또 다른 1개의 냉각라인으로 냉각수를 순환시키는 또 다른 1개의 워터펌프로 구성된 예를 나타낸다.

상기와 같이 2개의 냉각라인 및 2개의 워터펌프를 1개의 라디에이터로 묶어줌으로써, 별도로 구성되던 연료전지스택과 전기동력장치를 통합한 냉각계 레이아웃을 구현할 수 있게 된다.

이에 따라, 각각의 워터펌프가 구동되어 라디에이터로부터 펌핑한 냉각수는 인버터와 모터쪽으로 보내지고 동시에 연료전지 스택쪽으로도 보내짐으로써, 연료전지스택과 전기동력장치를 과온으로부터 보호하게 된다.

일반적으로 상기 특허문헌을 포함한 전기자동차 냉각계 방식에는 전동식 워터펌프가 적용되고, 이는 냉각대상의 온도가 설정값 이상으로 올라갈 때 항상 구동됨으로써 냉각수를 순환시키게 된다.

통상, 전기자동차는 전력의 발열로 인한 특성상 워터펌프 구동온도가 내연기관의 냉각계에 비해 상대적으로 낮고, 이로 인해 워터펌프의 구동시간은 내연기관의 냉각계에 적용된 워터펌프와는 비교할 수 없을 정도로 길어질 수밖에 없다.

지속적으로 이루어지는 워터펌프의 구동시간은 워터펌프의 내구성 악화를 가져오고, 악화된 내구성은 워터펌프의 고장(Fail 또는 Error)을 일으키는 가장 큰 원인일 수밖에 없다.

그러므로, 전술한 바와 같이 전기자동차의 냉각계는 내연기관의 냉각계에 비해 열관리 온도가 상대적으로 낮아 워터펌프가 중지되는 상황에 부딪치면, 연료전지스택과 전기동력장치는 과온으로부터 전혀 보호받을 수 없어 전기자동차에는 치명적인 손상이 가해짐을 의미하게 된다.

즉, 냉각계를 구성하는 모든 기기들이 정상이더라도 워터펌프의 고장(Fail 또는 Error)으로 냉각수 순환이 중지되어 냉각계 기능을 완전 상실하는 경우, 특히 발열온도가 높은 연료전지스택과 전기동력장치는 전혀 보호될 수 없고 결국 전기자동차 상품성과 신뢰성에 심각한 손상을 일으킬 수밖에 없다.

이러한 치명적인 상황을 예방하기 위해선 워터펌프의 내구성이 보호되어야 하고, 워터펌프의 내구성보호 방안중 하나로서 워터펌프의 구동 지속시간이 축소될 경우 고장(Fail 또는 Error)을 일으키는 가장 큰 원인중 하나로부터 워터펌프를 안전하게 보호할 수 있음을 의미하며, 이는 결국 전기자동차 상품성과 신뢰성을 크게 높일 수 있게 된다.

그러나, 설명된 바와 같이 전기자동차 냉각계는 내연기관의 냉각계에 비해 워터펌프의 구동이 장시간 지속적으로 유지되어야 하는 조건이고, 이러한 특정조건으로 결국 워터펌프는 내구성 악화를 가져오는 악순환을 반복할 수밖에 없다.

그러므로, 전기자동차 냉각계의 신뢰성을 높여 전기자동차 상품성이 향상되려면 빈번하고 지속적인 시간동안 구동시에도 강한 내구성을 갖는 워터펌프가 반드시 요구되고, 이러한 요구조건은 강화된 성능을 갖는 워터펌프를 필요로 하게 된다.

하지만, 강화된 성능을 갖는 새로운 워터펌프를 개발하기 위해선 새로운 설계와 장기간의 성능시험기간을 필요로 하고 특히 개발로 인한 비용상승은 전기자동차 경쟁력을 저하시킴으로써, 실제적으로 새로운 워터펌프 개발을 어렵게 하는 가장 큰 원인이 될 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 스스로 냉각대상의 소모전류와 전압등을 지속적으로 모니터링하고, 모니터링 값을 통한 자가진단 결과로 정상작동의 허용기준초과시 구동상태가 일시적으로 정지되는 전동식 워터펌프를 갖춤으로써 워터펌프의 내구성 악화를 예방하고, 워터펌프의 예기치 않은 고장(Fail 또는 Error)으로 초래될 수 있는 냉각기능 정지 상황을 방지함으로써 신뢰성과 상품성을 크게 높일 수 있는 전기자동차 냉각계 및 그 운영방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차 냉각계는 고온냉각수를 열교환으로 냉각하는 라디에이터와;

내부를 통과한 냉각수가 상기 라디에이터로 복귀되는 흐름경로로 이어진 냉 각대상과;

상기 라디에이터에서 배출된 냉각수를 저장하는 리저버에서 펌핑한 냉각수를 상기 냉각대상으로 토출하며, 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정 인자들을 스스로 모니터링한 결과가 기 설정된 허용기준의 안전초과이면 일시 구동정지를 반복하지만 기 설정된 허용기준의 불안전초과이면 구동을 정지시키는 자가진단로직이 수행되는 전동 워터펌프와;

상기 라디에이터를 기준으로 하여, 상기 라디에이터의 냉각수 배출구로 이어진 상기 리저버와, 상기 리저버로부터 냉각수를 펌핑하는 상기 전동 워터펌프와, 상기 전동 워터펌프에서 토출되는 냉각수를 공급받도록 이어진 상기 냉각대상과, 상기 냉각대상에서 토출되는 냉각수를 상기 라디에이터의 냉각수 복귀유입구로 이어주는 레이아웃이 형성된 냉각수라인;

을 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 냉각대상은 전기동력장치이고, 상기 전기동력장치는 모터와 충전기 및 전력제어기를 포함하며,상기 전력제어기는 인버터와 직류-교류변환기를 포함하고, 상기 전력제어기에 상기 냉각수라인으로 들어온 냉각수는 상기 충전기를 지나 상기 모터를 거친 후 상기 냉각수라인으로 빠져나간다.

상기 전동 워터펌프는 정지 또는 구동을 제어하는 상기 자가진단로직이 수행되는 냉각계 보호수단과 연계되어 구성되고, 상기 냉각계 보호수단은 상기 전동 워터펌프의 정지 및 구동 상태를 제어하도록 상기 자가진단로직을 수행하는 로직제어기와, 상기 로직제어기의 통신을 위한 CAN통신라인을 구성하는 통신라인과, 상기 자가진단로직 수행결과 상기 전동 워터펌프의 일시정지를 벗어나는 상기 전동 워터펌프의 정지 상태를 외부로 알려주는 경고수단으로 구성된다.

상기 자가진단로직은 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 진단인자를 지속적으로 모니터링한 후, 기 설정된 허용기준에 대한 안전초과와 불안전초과 여부로 상기 전동 워터펌프의 제어여부를 판단하는 검출로직과; 상기 진단인자의 안전초과 상태에서 상기 전동 워터펌프를 반복적으로 일시 정지하는 보호모드로 제어하거나, 상기 진단인자의 불안전초과 상태에서 상기 전동 워터펌프를 정지하는 전환모드로 구분되어진 보호로직; 으로 구성된다.

상기 검출로직의 진단인자는 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 드라이버의 단선과 전압변화 및 모터 단락과 회전수변화이며, 상기 보호모드는 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 전류와 전압변화인 보호인자를 근거로 외부 알림 없이 상기 전동 워터펌프의 일시적인 정지가 반복되고, 상기 전환모드는 상기 전동 워터펌프의 정지상태가 외부에 알려진다.

상기 경고수단은 운전석을 이루는 클러스터부위로 설치되어진 시각인식수단이나 청각인식수단이다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차 냉각계 운영방법은 냉각계의 열관리제어로직에 따라 전동 워터펌프가 제어되는 펌프정상제어단계;

냉각계의 열관리제어로직에 따라 전동 워터펌프가 제어될 때, 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 진단인자를 지속적으로 모니터링한 후, 기 설정된 허용기준에 대한 안전초과와 불안전초과 여부로 상기 전동 워터펌프의 제어여부를 판단하는 펌프보호조건단계;

상기 진단인자의 안전초과 상태이면, 상기 전동 워터펌프를 반복적으로 일시 정지하는 펌프보호제어단계;

상기 진단인자의 불안전초과 상태이면, 상기 전동 워터펌프를 정지하는 펌프정지제어단계;

를 포함해 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 펌프보호조건단계는 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 드라이버의 단선과 전압변화 및 모터 단락과 회전수변화인 진단인자를 진단항목으로 정의 하고, 상기 진단항목별 조건만족 시간Et > 상기 진단항목별 조건만족시간 설정 값Ts를 판단한 다음, Et > Ts 충족시 상기 진단항목별 조건만족 회수Ec를 체크하며, Ec = Ec + 1 충족시 상기 진단항목 = 진단인자(FF)를 판단한 후, 상기 진단항목 = 진단인자(FF)를 충족하면 상기 펌프보호제어단계를 수행하는 반면 충족하지 않으면 상기 펌프정지제어단계를 수행한다.

상기 Et > Ts 충족조건은 진단인자들을 오어(Or)조건으로 판단하고, 상기 Ec = Ec + 1 의 충족조건은 Ec ≥ 10이며, 상기 Et > Ts 가 충족되지 않거나 상기 Ec ≥ 10가 충족되지 않으면, 냉각계의 열관리제어로직에 따라 전동 워터펌프가 제어되는 펌프정상제어단계로 피드백한다.

상기 펌프보호제어단계에서는 상기 전동 워터펌프의 반복적이고 일시적인 정지가 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 전류와 전압변화에 근거하여 수행된다.

상기 전동 워터펌프의 반복적이고 일시적인 정지는 1초 간격이 적용된다.

상기 펌프정지제어단계에서는 상기 전동 워터펌프의 정지상태가 시각이나 청각으로 인식된다.

이러한 본 발명은 전동식 워터펌프 스스로 냉각대상을 통한 자가진단 결과로 정상작동의 허용기준 초과시 구동을 일시적으로 정지함으로써 워터펌프의 내구성 악화를 예방하고, 특히 내구성악화로 인한 워터펌프의 예기치 않은 고장(Fail 또는 Error)을 미리 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 냉각계 성능 저하 없이 전동식 워터펌프 스스로 구동지속시간을 줄여 워터펌프를 예기치 않은 고장(Fail 또는 Error)원인 중 하나인 내구성악화를 방지함으로써 냉각기능 정지 상황을 방지하고, 특히 냉각계의 신뢰성을 높여 전기자동차의 상품성을 크게 높일 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 자가진단 제어로직에 따른 운영으로 안정성을 높인 워터펌프로 구성된 전기자동차 냉각계이고, 도 2는 본 발명에 따른 워터펌프의 안정성을 높이기 위해 적용되는 진단인자 도표이며, 도 3은 본 발명의 자가진단 제어로직에 따른 운영절차이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예의 자가진단 제어로직에 따른 운영으로 안정성을 높인 워터펌프로 구성된 전기자동차 냉각계를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 냉각계는 차량구동을 위한 동력을 제공하고 내부를 통과한 냉각수와 열교환되어 과온이 방지되는 전기동력장치(1)와, 전기동력장치(1)에 냉각수라인(8)으로 이어져 고온냉각수를 외부와 열교환하는 라디에이터(5)와, 라디에이터(5)에 이어진 리저버(6)로부터 냉각수를 펌핑해 전기동력장치(1)로 토출하는 전동 워터펌프(7)와, 전동 워터펌프(7)의 구동으로 순환되는 냉각수 흐름경로를 형성하는 냉각수라인(8)과, 스스로 모니터링한 결과가 기 설정된 허용기준의 안전초과이면 전동 워터펌프(7)의 일시 구동정지를 반복하지만 기 설정된 허용기준의 불안전초과이면 구동을 정지시키는 자가진단로직이 수행되는 냉각계 보호수단으로 구성된다.

상기 전기동력장치(1)는 바퀴를 구동하는 동력을 발생하는 모터(2)와, 모터(2)에서 요구하는 전력을 공급하는 충전기(3)와, 충전기와 모터(2)를 제어하는 전력제어기(4)를 포함해 구성한다.

본 실시예에서 모터(2)와 충전기(3) 및 전력제어기(4)는 직렬로 배열되고, 전력제어기(4)로 들어온 냉각수가 충전기(3)를 거친 후 모터(2)로 빠져나가도록 레이아웃을 갖는다.

상기 전력제어기(4)는 직류전류를 교류전류로 변환하는 LDC와, 모터(2)의 제어를 위한 전기신호를 생성하는 인버터를 포함한다.

상기 라디에이터(5)는 고온냉각수를 유입해 외부와 열교환으로 온도를 낮추는 통상적인 타입이고, 상기 리저버(6)는 라디에이터(5)에서 나온 냉각수를 일시 저장하는 통상적인 타입이다.

상기 전동 워터펌프(7)는 전기신호를 제어되는 통상적인 전동식 타입이다.

상기 냉각수라인(8)은 라디에이터(5)를 기준으로 할 때, 상기 라디에이터(5)의 냉각수 배출구로 이어진 상기 리저버(6)와, 상기 리저버(6)로부터 냉각수를 펌핑하는 상기 전동 워터펌프(7)와, 상기 전동 워터펌프(7)에서 토출되는 냉각수를 공급받도록 이어진 상기 전기동력장치(1)와, 상기 전기동력장치(1)에서 토출되는 냉각수를 상기 라디에이터(5)의 냉각수 복귀유입구로 이어주는 레이아웃으로 이루어진다.

상기 냉각계 보호수단은 스스로 모니터링한 결과가 기 설정된 허용기준의 안전초과이면 전동 워터펌프(7)의 일시 구동정지를 반복하지만 기 설정된 허용기준의 불안전초과이면 구동을 정지시키는 자가진단로직을 갖춘 로직제어기(10)와, 로직제어기(10)의 통신을 위한 CAN통신라인을 구성하는 통신라인(20)과, 자가진단 결과가 기 설정된 허용기준의 불안전초과일 때 전동 워터펌프(7)의 정지 상태를 외부로 알려주는 경고수단(30)으로 구성된다.

본 실시예에서 상기 로직제어기(10)는 자가진단로직에서 요구하는 진단인자들을 그 대상으로부터 검출한 후 전동 워터펌프(7)를 거치도록 통신라인(20)이 구성되지만, 전동 워터펌프(7)를 거치지 않고 진단인자들을 검출하는 대상과 직접 통신라인(20)이 구성될 수 있다.

또한, 상기 로직제어기(10)는 전동 워터펌프(7)를 독립적으로 제어하는 별도의 컨트롤러를 이용할 수 있고, 또는 전동 워터펌프(7)를 제어하는 펌프 컨트롤러를 이용하거나 또는 전기자동차 제어를 수행하는 차량제어 컨트롤러를 이용할 수 있다.

본 실시예는 로직제어기(10)가 전동 워터펌프(7)와 일체로 구성됨이 바람직하다.

또한, 상기 로직제어기(10)에 구비된 자가진단로직은 진단인자(FF; Fail Factor)의 검출을 위한 검출로직과, 진단인자(FF)의 상태 결과에 따른 보호모드(PM; Protections Mode)실행으로 전동 워터펌프(7)를 보호하는 보호로직으로 구성된다.

본 실시예에서 상기 자가진단로직은 냉각계의 열관리제어로직에 따라 전동 워터펌프(7)가 제어되는 냉각계 제어로직과 함께 구성되며, 냉각계 제어로직은 통상적으로 냉각계에 적용되는 로직을 의미한다.

한편, 상기 통신라인(20)은 CAN통신이외에 동일한 목적을 달성하기 위한 다른 통신방식도 적용될 수 있다.

상기 경고수단(30)은 운전석을 이루는 클러스터부위로 설치되고, LED 같은 시각인식수단이나 또는 부저와 같은 청각인식수단이 적용된다.

도 2는 본 실시예에 따른 검출로직에서 수행하는 진단인자(FF)와 보호로직에서 수행하는 보호모드(PM)의 보호인자(PF; Protections Factor)의 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 진단인자(FF)는 게이트 드라이버 단선(a, Short Circuit Fault)과 게이트 드라이버 저전압(b, VREG전압) 및 모터 3상 단락(c, 3-Phase Wire Disconnection Fault)과 모터 스톨(d, Stalled Fault)을 적용한다.

여기서, 본 실시예에서 게이트 드라이버는 인버터나 LDC 또는 전동 워터펌프의 모터제어기일 수 있고, 모터는 바퀴를 구동하는 동력을 발생하는 모터이거나 또는 전동 워터펌프의 모터일 수 있다.

상기 게이트 드라이버의 단선(a)상태와 저전압(b)상태는 모두 FS(Flag State) = 0 또는 1으로 판단하고, 모터의 3상 단락(c)은 모터 회전수(RPM)> 1000RPM과 스톨(d)은 모터 회전수(RPM)> 1000RP 및 소모전류 >10A으로 판단한다.

또한, 보호인자(PF)는 저전류(A, Low Current)와 과전류(B, Over Current) 및 저전압(C, Low Voltage)와 고전압(B, High Voltage)을 적용한다.

상기 저전류(A)는 모터의 2900RPM에서 2A이하로 판단하고, 상기 과전류(B)는 14A이상으로 판단하며, 상기 저전압(C)은 9V이하로 판단하고, 상기 고전압(B)은 16V이상으로 판단한다.

여기서, 상기 저전압(C)과 상기 고전압(B)은 전동 워터펌프(7)로부터 검출할 수 있다.

그리고, 상기 진단인자(FF)는 그 결과를 외부에서 인식할 수 있는데, 이러한 외부 인식단계는 그 결과에 대해 진단결과(X, Diagnostic Readiness)에 따른 필터링(Y, Filtering)을 거친 후 실행(Z, Reaction)되고, 그 실행(Z)의 결과로서 출력(S, CAN Signal)되어 표시(O,CLU)되는 과정을 거치게 된다.

반면, 상기 보호인자(PF)는 진단인자(FF)의 외부 인식단계중 최종 단계인 표시(O,CLU)과정이 실행되지 않음으로써, 그 결과를 외부에서 인식할 수 없게 된다.

도 3은 본 실시예의 자가진단 제어로직을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 냉각계의 열관리제어는 자가진단로직을 실행하고, 자가진단로직의 판단결과에 따라 전동 워터펌프(7)의 일시 정지 및 구동을 제어하여 내구성 악화를 가져오는 구동지속시간을 보다 줄여줌으로써 워터펌프의 예기치 않은 고장(Fail 또는 Error)의 위험성으로부터 보다 안전할 수 있다.

단계S10은 정상작동상태인 전동 워터펌프(7)를 통해 냉각계의 열관리 제어가 실행됨을 나타내고, 단계S20은 이러한 상태에서 자가진단로직이 실행됨을 나타낸다.

단계S20에서 실행되는 자가진단로직은 진단항목을 체크하여 그 결과를 분석하는 검출로직이 먼저 수행된 후, 검출로직을 이용해 분석된 결과에 따라 보호모드(PM)로 진입할지 또는 전환모드로 진입할지 여부를 결정하는 보호로직이 수행된다.

여기서, 상기 진단항목은 도 2에 예시된 바와 같이 게이트 드라이버 단선(a)과 게이트 드라이버 저전압(b) 및 모터 3상 단락(c)과 모터 스톨(d)인 진단인자(FF)를 근거로 한다.

상기 검출로직은 단계S30내지 단계S60으로 구현되고, 상기 보호로직의 보호모드(PM)는 단계S70으로 구현되는 반면 전환모드는 단계S80로 각각 독립적인 방식으로 구현된다.

이로 인해, 상기 보호모드(PM)는 검출로직의 결과에 따라 전동 워터펌프(7)가 일시적으로 중지되더라도 그 상황을 외부에 알리지 않는 반면, 상기 전환모드는 검출로직의 결과에 따라 전동 워터펌프(7)가 중지되고 동시에 그 상황을 외부에 알려주는 차이가 있다.

이러한 차이는 보호모드(PM)는 전동 워터펌프(7)의 구동시간을 줄여 내구성이 강화되기 위한 보호이지만, 전환모드는 보다 심각한 문제로 인한 전동 워터펌프(7)의 중지와 이에 따른 냉각계 기능상실을 의미하기 때문이다.

단계S30내지 단계S60에 따라 검출로직이 실행되면, 단계S30과 같이 진단항목의 상태를 체크한 후, 설정된 조건에 만족되지 않으면 전동 워터펌프(7)의 구동상태 변화가 요구되지 않는 다고 판단해 단계S10으로 피드백하여 정상적인 냉각계 제어를 지속한다.

이 경우 Et > Ts 로 판단되며, Et는 진단항목별 조건만족 시간이고, Ts는 진단항목별 조건만족시간 설정 값을 의미하며, 상기 Et와 Ts등이 진단인자(FF)와 보호인자(PF)에 대해 적용되는 예는 도 2에 예시된 바와 같다.

이때, Et > Ts 는 기 설정된 허용기준의 안전초과로 정의되고, 이는 전동 워터펌프(7)의 완전 정지를 요구하지 않는 상태를 의미한다.

반면, 단계S30의 체크 결과 Et > Ts를 만족할 경우 단계S40으로 넘어가 또 다른 설정조건이 만족되는지 여부를 다시 체크하여 준다.

이 경우, Ec = Ec + 1로 판단되며, Ec는 진단항목별 조건만족 회수이고, Ec + 1은 Ec에 대한 횟수 증가를 의미한다.

하지만, 단계S40에서 수행하는 Ec에 대한 반복횟수는 단계S50과 같이 Ec의 반복횟수에 대해 정해진 한계 횟수 까지 만 수행되고, 이 경우 Ec ≥ 10으로 판단되며, 10은 Ec(Ec = Ec + 1)체크 횟수를 나타낸다.

이는, 도 2에서 진단결과(X)와 필터링(Y)항목으로부터 알 수 있다.

단계S50의 체크결과 Ec ≥ 10을 충족하지 않으면, 전동 워터펌프(7)의 구동상태 변화가 요구되지 않다고 판단해 단계S10으로 피드백하여 정상적인 냉각계 제어를 지속한다.

반면, 단계S50의 체크결과 Ec ≥ 10을 충족하면, 단계S60으로 넘어가 또 다른 설정조건이 만족되는지 여부를 다시 체크하여 준다.

이 경우, 진단항목을 구성하는 진단인자(FF)를 개별적으로 각각 판단한 후 각각의 상태에 대한 결과로서 단계S70과 같이 보호모드를 수행할 것인지 또는 단계S80과 같이 전환모드를 수행할 것인지 여부를 판단하게 된다.

이를 위해, 단계S60에서 적용되는 조건은 진단항목 = 진단인자(FF)를 적용하고, 상기 진단인자(FF)는 전술된 바와 같이 게이트 드라이버 단선(a)과 게이트 드라이버 저전압(b) 및 모터 3상 단락(c)과 모터 스톨(d)이다.

본 실시예에서 진단항목 = 진단인자(FF)를 충족하는 조건은 단선(a)과 저전압(b), 모터 3상 단락(c) 및 모터 스톨(d)중 1가지만 만족되는 오어(Or)조건이 적용된다.

이어, 상기 단계S60의 수행 후 보호로직이 수행되고, 보호로직은 단계S70에 따른 보호모드(PM)와 단계S80에 따른 전환모드로 구별된다.

단계S70에 따른 보호모드(PM)는 단계S60의 체크결과 진단항목 = 진단인자(FF)를 충족할 경우 단계S70의 보호모드(PM)로 넘어가 전동 워터펌프(7)를 일시적으로 중지하지 만 그 상황을 외부에 알리지는 않는다.

이 경우, 진단항목 = 진단인자(FF)를 충족하는 조건은 단선(a)과 저전압(b), 모터 3상 단락(c) 및 모터 스톨(d)중 1가지만 만족되는 경우이다.

상기 보호모드(PM)에서는 도 2와 같이 저전류(A)와 과전류(B) 및 저전압(C)과 고전압(B)에 대한 각각의 안전값을 갖는 보호인자(PF)들을 고려하고, 그 실행방식 또한 실행(Z)과 출력(S) 및 표시(O)항목으로 예시되어 있다.

본 실시예는 전동 워터펌프(7)의 일시적인 중지시간을 약 1초로 설정함으로써, 보호모드(PM)에 진입된 전동 워터펌프(7)는 약 1초 마다 구동여부가 체크된다.

반면, 단계S80에 따른 전환모드(PM)는 단계S60의 진단항목 = 진단인자(FF)를 충족하지 않을 경우 넘어가는데, 이러한 상태는 진단인자(FF)의 상태가 보호모드(PM)로 넘어가는 범위를 초과하거나 또는 그 이하가 됨으로써 전동 워터펌프(7)가 정지될 수밖에 없는 긴급 상황임을 의미한다.

진단인자(FF)는 도 2에 예시되어 있고, 이 경우 전환모드 상황에 처하는 진단인자(FF)는 기 설정된 허용기준의 안전초과를 벗어난 불안전초과 상태로 정의한다.

그러므로, 단계S80의 전환모드(PM)가 실행되면, 전동 워터펌프(7)는 중지되고 동시에 경고수단(30)도 함께 온 상태로 전환된다.

상기 경고수단(30)은 전술한 바와 같이 LED를 이용한 시각이나 버저를 이용한 청각으로 제공됨으로써 운전자는 냉각계의 기능 상실을 인식하고 그에 후속 조치를 취할 수 있게 된다.

이어, 전환모드(PM)로 진입된 후 단계S90에서 운전자조치나 여러 조치로 인해 전환모드(PM)의 진입 원인이 해소되는지 여부에 따라, 단계S10으로 피드백되거나 또는 그에 상응하는 대체가 이루어진다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 냉각계의 열관리제어시 전동 워터펌프(7)에 관련된 진단인자(FF)를 이용해 자가진단로직을 실행하고, 진단인자(FF)의 체크결과에 따라 전동 워터펌프(7)를 일시 정지함으로써 전동 워터펌프(7)의 내구성 악화를 가져오는 구동지속시간을 보다 줄일 수 있고, 이로 인한 전동 워터펌프(7)의 내구성강화로 예기치 않은 고장(Fail 또는 Error)을 미리 예방함으로써 냉각계의 신뢰성을 높여 전기자동차의 상품성도 크게 높일 수 있게 된다.

1 : 전기동력장치 2 : 모터
3. 충전기 4 : 전력제어기
5 : 라디에이터 6 : 리저버
7 : 전동 워터펌프 8 : 냉각수라인
10 : 로직제어기 20 : 통신라인
30 : 경고수단

Claims (16)

1. 고온냉각수를 열교환으로 냉각하는 라디에이터와;
   내부를 통과한 냉각수가 상기 라디에이터로 복귀되는 흐름경로로 이어진 냉 각대상과;
   상기 라디에이터에서 배출된 냉각수를 저장하는 리저버에서 펌핑한 냉각수를 상기 냉각대상으로 토출하며, 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정 인자들을 스스로 모니터링한 결과가 기 설정된 허용기준의 안전초과이면 일시 구동정지를 반복하지만 기 설정된 허용기준의 불안전초과이면 구동을 정지시키는 자가진단로직이 수행되는 전동 워터펌프와;
   상기 라디에이터를 기준으로 하여, 상기 라디에이터의 냉각수 배출구로 이어진 상기 리저버와, 상기 리저버로부터 냉각수를 펌핑하는 상기 전동 워터펌프와, 상기 전동식 워터펌프에서 토출되는 냉각수를 공급받도록 이어진 상기 냉각대상과, 상기 냉각대상에서 토출되는 냉각수를 상기 라디에이터의 냉각수 복귀유입구로 이어주는 레이아웃이 형성된 냉각수라인;
   을 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각대상은 전기동력장치이고, 상기 전기동력장치는 모터와 충전기 및 전력제어기를 포함하고, 상기 전력제어기는 인버터와 직류-교류변환기를 포함한 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 전력제어기에 상기 냉각수라인으로 들어온 냉각수는 상기 충전기를 지나 상기 모터를 거친 후 상기 냉각수라인으로 빠져나가는 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 전동 워터펌프는 정지 또는 구동을 제어하는 상기 자가진단로직이 수행되는 냉각계 보호수단과 연계되어 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 냉각계 보호수단은 상기 전동 워터펌프의 정지 및 구동 상태를 제어하도록 상기 자가진단로직을 수행하는 로직제어기와, 상기 로직제어기의 통신을 위한 CAN통신라인을 구성하는 통신라인과, 상기 자가진단로직 수행결과 상기 전동 워터펌프의 일시정지를 벗어나는 상기 전동 워터펌프의 정지 상태를 외부로 알려주는 경고수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계.
   
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 자가진단로직은 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 진단인자를 지속적으로 모니터링한 후, 기 설정된 허용기준에 대한 안전초과와 불안전초과 여부로 상기 전동 워터펌프의 제어여부를 판단하는 검출로직과;
   상기 진단인자의 안전초과 상태에서 상기 전동 워터펌프를 반복적으로 일시 정지하는 보호모드로 제어하거나, 상기 진단인자의 불안전초과 상태에서 상기 전동 워터펌프를 정지하는 전환모드로 구분되어진 보호로직; 으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 검출로직의 진단인자는 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 드라이버의 단선과 전압변화 및 모터 단락과 회전수변화이며,
   상기 보호모드는 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 전류와 전압변화인 보호인자를 근거로 외부 알림 없이 상기 전동 워터펌프의 일시적인 정지가 반복되고,
   상기 전환모드는 상기 전동 워터펌프의 정지상태가 외부에 알려지는 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계.
   
8. 청구항 5에 있어서, 상기 경고수단은 운전석을 이루는 클러스터부위로 설치되어진 시각인식수단이나 청각인식수단인 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계.
   
9. 냉각계의 열관리제어로직에 따라 전동 워터펌프가 제어되는 펌프정상제어단계;
   냉각계의 열관리제어로직에 따라 전동 워터펌프가 제어될 때, 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 진단인자를 지속적으로 모니터링한 후, 기 설정된 허용기준에 대한 안전초과와 불안전초과 여부로 상기 전동 워터펌프의 제어여부를 판단하는 펌프보호조건단계;
   상기 진단인자의 안전초과 상태이면, 상기 전동 워터펌프를 반복적으로 일시 정지하는 펌프보호제어단계;
   상기 진단인자의 불안전초과 상태이면, 상기 전동 워터펌프를 정지하는 펌프정지제어단계;
   를 포함해 수행되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계 운영방법.
   
10. 청구항 9에 있어서, 상기 펌프보호조건단계는 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 드라이버의 단선과 전압변화 및 모터 단락과 회전수변화인 진단인자를 진단항목으로 정의 하고, 상기 진단항목별 조건만족 시간Et > 상기 진단항목별 조건만족시간 설정 값Ts를 판단한 다음, Et > Ts 충족시 상기 진단항목별 조건만족 회수Ec를 체크하며, Ec = Ec + 1 충족시 상기 진단항목 = 진단인자(FF)를 판단한 후, 상기 진단항목 = 진단인자(FF)를 충족하면 상기 펌프보호제어단계를 수행하는 반면 충족하지 않으면 상기 펌프정지제어단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계 운영방법.
    
11. 청구항 10에 있어서, 상기 Et > Ts 충족조건은 진단인자들을 오어(Or)조건으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계 운영방법.
    
12. 청구항 10에 있어서, 상기 Ec = Ec + 1 의 충족조건은 Ec ≥ 10인 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계 운영방법.
    
13. 청구항 10에 있어서, 상기 Et > Ts 가 충족되지 않거나 상기 Ec ≥ 10가 충족되지 않으면, 냉각계의 열관리제어로직에 따라 전동 워터펌프가 제어되는 펌프정상제어단계로 피드백하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계 운영방법.
    
14. 청구항 9에 있어서, 상기 펌프보호제어단계에서는 상기 전동 워터펌프의 반복적이고 일시적인 정지가 상기 전동 워터펌프의 기능 및 성능에 영향을 끼치는 특정한 전류와 전압변화에 근거하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계 운영방법.
    
15. 청구항 14에 있어서, 상기 전동 워터펌프의 반복적이고 일시적인 정지는 1초 간격인 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계 운영방법.
    
16. 청구항 9에 있어서, 상기 펌프정지제어단계에서는 상기 전동 워터펌프의 정지상태가 시각이나 청각으로 인식되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉각계 운영방법.
    

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