KR101878061B1

KR101878061B1 - 차량의 냉각시스템 제어방법

Info

Publication number: KR101878061B1
Application number: KR1020160117442A
Authority: KR
Inventors: 권문순
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2018-07-16
Also published as: KR20180030306A

Abstract

본 발명은 컨트롤러가 차량의 외기온과 차속에 따라 기본제어출력을 산출하여 차량의 냉각시스템을 제어하면서, 소정의 기준시간 동안 상기 기본제어출력이 소정의 기준수준 이상 변화하는지를 모니터링하는 출력변화감시단계와; 상기 기준시간 내에 상기 기본제어출력이 상기 기준수준 이상 변화한 것이 감지되면, 상기 컨트롤러가 차량이 현재 위치한 지역이 온도에 따라 구분된 다수의 지역 중 어느 지역에 해당하는지 판단하는 지역판단단계와; 상기 컨트롤러가 상기 지역판단단계에서 판단된 해당지역에 따라 보정치를 산출하는 보정치산출단계와; 상기 컨트롤러가 산출된 보정치로 상기 기본제어출력을 보정하여 상기 냉각시스템을 제어하는 보정제어단계를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 냉각시스템 제어방법{CONTROL METHOD FOR COOLING SYSTEM OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 냉각시스템 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 구동력의 적어도 일부를 모터로 제공하도록 구성되어, 상기 모터를 구동하는 데에 사용되는 전력전자부품(PE: Power Electronics)과 배터리 및 상기 모터 등의 냉각이 요구되는 차량에서 이들 부품들을 냉각하는 기술에 관한 것이다.

전기차는 배터리 등과 같이 전기를 저장하였다가 모터에 공급하는 전력원을 탑재하고 있으며, 상기 배터리의 전력으로 차량을 구동하기 위한 전력전자부품(PE: Power Electronics)이 구비된다.

상기와 같은 배터리와 전력전자부품 및 모터는 작동에 따라 발열이 수반되므로, 그 냉각이 필수적이며, 특히 전기차에서는 이러한 배터리와 전력전자부품의 냉각이 얼마나 효율적으로 이루어지도록 할 수 있는가 하는 것이 차량의 성능에 매우 큰 영향을 주게 된다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

10-2015-0071751

A

본 발명은 차량의 배터리와 전력전자부품 및 모터 등을 냉각시키는 제어를 수행함에 있어서, 급격한 PWM제어신호의 변화로 인한 배터리 전력 소모 및 전력전자부품의 스트레스를 감소시킬 수 있도록 하여, 차량의 주행거리를 보다 길게 향상시킬 수 있고, 전력전자부품의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 차량의 냉각시스템 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 냉각시스템 제어방법은,

컨트롤러가 차량의 외기온과 차속에 따라 기본제어출력을 산출하여 차량의 냉각시스템을 제어하면서, 소정의 기준시간 동안 상기 기본제어출력이 소정의 기준수준 이상 변화하는지를 모니터링하는 출력변화감시단계와;

상기 기준시간 내에 상기 기본제어출력이 상기 기준수준 이상 변화한 것이 감지되면, 상기 컨트롤러가 차량이 현재 위치한 지역이 온도에 따라 구분된 다수의 지역 중 어느 지역에 해당하는지 판단하는 지역판단단계와;

상기 컨트롤러가 상기 지역판단단계에서 판단된 해당지역에 따라 보정치를 산출하는 보정치산출단계와;

상기 컨트롤러가 산출된 보정치로 상기 기본제어출력을 보정하여 상기 냉각시스템을 제어하는 보정제어단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 지역판단단계에서 온도에 따라 구분된 지역은 기준지역과, 상기 기준지역보다 추운 추운지역과, 상기 기준지역보다 더운 더운지역으로 구분되도록 할 수 있다.

상기 보정치산출단계에서는 보정치맵으로부터 보정치를 산출하며;

상기 보정치맵은 상기 기본제어출력의 소정의 기준범위 내에서, 상기 기본제어출력이 클수록, 차량이 현재 위치한 지역이 추운 지역일수록 보정치가 크게 설정되도록 할 수 있다.

상기 보정치맵은 상기 기준범위 내에서, 차량이 현재 위치한 지역이 추운 지역일수록 큰 기울기로 상기 기본제어출력이 증가함에 따라 보정치가 직선적으로 증가하도록 설정되도록 할 수 있다.

상기 기준범위는 상기 기본제어출력의 20% 내지 75%의 영역으로 설정되고;

상기 기본제어출력이 상기 기준범위 이외인 영역에서는 상기 기본제어출력에 따라 제어하되, 기본제어출력이 20% 미만으로 줄어드는 상황에서는 즉각적으로 보정치를 배제하고 기본제어출력으로 제어하고, 기본제어출력이 75%를 초과하여 증가하는 상황에서는 보정치를 시간의 변화에 따라 선형적으로 감소시켜서 기본제어출력에 이르도록 제어하도록 할 수 있다.

상기 지역판단단계에서는, 차량이 현재 위치한 지역의 차량 외기온이 상기 온도에 따라 구분된 지역들 중 어느 지역에 해당하는지를 판단하도록 할 수 있다.

상기 지역판단단계에서는, 차량이 현재 위치한 지역의 차량 외기온과 상기 냉각시스템의 냉각수 온도의 차이를 이용하여, 상기 온도에 따라 구분된 지역들 중 어느 지역에 해당하는지를 판단하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 차량의 냉각시스템 컨트롤러는,

외기온도감지수단과 차속감지수단으로부터 각각 신호를 제공받고, 냉각시스템을 구성하는 적어도 하나 이상의 냉각장치를 PWM제어신호를 인가하여 제어하는 컨트롤러로서,

차량의 외기온과 차속에 따라 상기 PWM제어신호인 기본제어출력을 산출하여 상기 냉각장치를 제어하면서, 소정의 기준시간 동안 상기 기본제어출력이 소정의 기준수준 이상 변화하는지를 모니터링하고;

상기 기준시간 내에 상기 기본제어출력이 상기 기준수준 이상 변화한 것이 감지되면, 차량이 현재 위치한 지역이 온도에 따라 구분된 다수의 지역 중 어느 지역에 해당하는지 판단하고;

상기 지역판단단계에서 판단된 해당지역에 따라 보정치를 산출하여, 산출된 보정치로 상기 기본제어출력을 보정하여 상기 냉각장치를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 컨트롤러는 보정치맵으로부터 상기 보정치를 산출하도록 구성되며, 상기 보정치맵은 상기 기본제어출력의 소정의 기준범위 내에서, 상기 기본제어출력이 클수록, 차량이 현재 위치한 지역이 추운 지역일수록 보정치가 크게 설정되도록 할 수 있다.

상기 보정치맵은 상기 기준범위 내에서, 차량이 현재 위치한 지역이 추운 지역일수록 큰 기울기로 상기 기본제어출력이 증가함에 따라 보정치가 직선적으로 증가하도록 설정될 수 있다.

상기 냉각시스템을 구성하는 냉각장치들은 냉각수를 펌핑하는 전동식워터펌프와, 냉각팬과, 배터리냉각팬을 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 전동식워터펌프의 모터와 상기 냉각팬의 모터 및 상기 배터리냉각팬의 모터를 제어할 PWM제어신호를 각각 제공하도록 구성될 수 있다.

본 발명은 차량의 배터리와 전력전자부품 및 모터 등을 냉각시키는 제어를 수행함에 있어서, 급격한 PWM제어신호의 변화로 인한 배터리 전력 소모 및 전력전자부품의 스트레스를 감소시킬 수 있도록 하여, 차량의 주행거리를 보다 길게 향상시킬 수 있고, 전력전자부품의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한다.

또한, 급격한 PWM제어신호의 변화에 따른 냉각장치로부터의 소음 및 진동을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 차량의 냉각시스템을 예시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 냉각시스템 제어방법의 실시예를 도시한 순서도,
도 3은 차량의 운행시간에 다른 PWM제어신호의 변화를 예시한 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 보정치맵을 예시한 그래프이다.

도 1을 참조하면, 차량의 냉각시스템을 구성하는 냉각장치들은 냉각수를 펌핑하는 전동식워터펌프와, 냉각팬과, 배터리냉각팬을 포함하여 이루어진다.

상기 전동식워터펌프에 의해 펌핑되는 냉각수는 모터와 전력전자부품 등을 수냉식으로 냉각시킬 수 있도록 순환되도록 구성되며, 상기 냉각팬은 상기 모터와 전력전자부품 등과 같이 냉각을 요하는 장치들에 냉각풍을 제공하여 공냉식으로 냉각을 도모하도록 구성되며, 상기 배터리냉각팬은 차량에 탑재된 배터리를 냉각시키기 위해 상기 냉각팬과는 별도로 구비되어 공냉식으로 상기 배터리를 냉각시킬 수 있도록 구성된다.

물론, 하이브리드 차량의 경우에는 상기 냉각팬으로 엔진룸 내의 엔진도 냉각시킬 수 있도록 구성될 수 있을 것이다.

상기 컨트롤러는 외기온도감지수단과 차속감지수단으로부터 각각 신호를 제공받고, 상기 전동식워터펌프의 모터와 상기 냉각팬의 모터 및 상기 배터리냉각팬의 모터를 제어할 PWM제어신호를 각각 제공하도록 구성된다.

상기한 바와 같이 차량의 냉각시스템을 구성하는 다수의 냉각장치들을 상기와 같이 컨트롤러가 PWM제어에 의해 제어하도록 구성하면, 상기 냉각장치들을 제어하기 위해 각각 별도의 컨트롤러를 구비하고 이들 각 컨트롤러들을 CAN통신으로 연결하여 제어하는 경우 등에 비하여, CAN통신으로 연결되는 컨트롤러의 개수를 줄여서 CAN통신의 지연 및 장애 발생 가능성을 낮출 수 있는 장점이 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 차량의 냉각시스템 제어방법의 실시예는, 컨트롤러가 차량의 외기온과 차속에 따라 기본제어출력을 산출하여 차량의 냉각시스템을 제어하면서, 소정의 기준시간 동안 상기 기본제어출력이 소정의 기준수준 이상 변화하는지를 모니터링하는 출력변화감시단계(S10)와; 상기 기준시간 내에 상기 기본제어출력이 상기 기준수준 이상 변화한 것이 감지되면, 상기 컨트롤러가 차량이 현재 위치한 지역이 온도에 따라 구분된 다수의 지역 중 어느 지역에 해당하는지 판단하는 지역판단단계(S20)와; 상기 컨트롤러가 상기 지역판단단계(S20)에서 판단된 해당지역에 따라 보정치를 산출하는 보정치산출단계(S30)와; 상기 컨트롤러가 산출된 보정치로 상기 기본제어출력을 보정하여 상기 냉각시스템을 제어하는 보정제어단계(S40)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 기본제어출력은 외기온과 차속의 변화에 따라 냉각시스템에 요구되는 적절한 수준의 냉각이 이루어질 수 있도록 하는 PWM제어출력이다.

즉, 본 발명은 일반적인 상황에서는 상기 기본제어출력에 따라 냉각시스템을 제어하되, 기준시간 동안 기준수준 이상으로 기본제어출력이 변화하여, 급격한 PWM제어출력의 변화가 발생하는 상황이라고 판단되면, 차량이 위치한 지역에 따라 보정치를 산출하여 상기 기본제어출력을 보정함으로써, PWM제어출력의 변화를 적절히 제한하도록 하여, 급격한 PWM제어출력의 변화에 따른 배터리 전력 소모 및 전력전자부품의 스트레스를 감소시킬 수 있도록 하여, 차량의 주행거리를 보다 길게 향상시키고, 전력전자부품의 내구성을 향상시킬 수 있도록 하며, 나아가, 냉각시스템에 의한 소음 및 진동을 저감할 수 있도록 한 것이다.

여기서, 상기 기준시간과 기준수준은 본 발명의 취지에 따라, 급격한 PWM제어출력의 변화를 그대로 추종하지 않아도 냉각시스템의 냉각성능 확보에 문제가 없는 범위 내에서, 상기한 바와 같이 배터리 전력 소모, 전력전자부품의 스트레스, 소음 및 진동 등을 저감시키는 효과를 얻을 수 있는 정도를 고려하여 설정될 수 있을 것이며, 상기 기준시간은 예컨대 10분 등과 같이 수분 내지 수십분의 범위에서 정해질 수 있고, 상기 기준수준은 PWM제어출력이 40% 변화하는 수준 등과 같이 수십 %의 범위 내에서 정해질 수 있을 것이다.

본 실시예에서, 상기 지역판단단계(S20)에서 온도에 따라 구분된 지역은 기준지역과, 상기 기준지역보다 추운 추운지역과, 상기 기준지역보다 더운 더운지역으로 구분되는데, 물론 이 보다 더 세분화하여 지역을 구분하도록 할 수도 있을 것이다.

상기 지역판단단계(S20)에서는 차량이 현재 위치한 지역의 차량 외기온이 상기 온도에 따라 구분된 지역들 중 어느 지역에 해당하는지를 판단할 수 있다.

예컨대, 상기 온도에 따라 구분된 지역들을, 10℃~30℃범위는 기준지역, 10℃미만은 추운지역, 30℃초과는 더운지역으로 구분할 수 있고, 상기 출력변화감시단계(S10)에서 기본제어출력이 10분 내에 40%이상 변화한 것으로 판단되어, 상기 컨트롤러가 확인한 외기온이 20℃이면, 차량이 현재 위치한 지역이 기준지역인 것으로 판단하고, 외기온이 -10℃이면, 차량이 현재 위치한 지역이 추운지역인 것으로 판단하며, 외기온이 40℃이면, 차량이 현재 위치한 지역이 더운지역인 것으로 판단하도록 할 수 있을 것이다.

또한, 상기 지역판단단계(S20)에서는 차량이 현재 위치한 지역의 차량 외기온과 상기 냉각시스템의 냉각수 온도의 차이를 이용하여, 상기 온도에 따라 구분된 지역들 중 어느 지역에 해당하는지를 판단하도록 할 수도 있을 것이다.

상기 보정치산출단계(S30)에서는 보정치맵으로부터 보정치를 산출하며, 상기 보정치맵은 상기 기본제어출력의 소정의 기준범위 내에서, 상기 기본제어출력이 클수록, 차량이 현재 위치한 지역이 추운 지역일수록 보정치가 크게 설정된다.

예컨대, 도 4에 예시된 바와 같이, 상기 보정치맵은 상기 기준범위 내에서, 차량이 현재 위치한 지역이 추운 지역일수록 큰 기울기로 상기 기본제어출력이 증가함에 따라 보정치가 직선적으로 증가하도록 설정된다.

보정치맵이 상기와 같이 설정됨으로써, 차량이 상대적으로 추운지역에 진입한 경우 기본제어출력보다 상대적으로 많이 저감된 PWM출력으로 냉각시스템을 제어하게 되고, 상대적으로 더운지역에 진입한 경우에는 기본제어출력보다 상대적으로 적게 저감된 PWM출력으로 냉각시스템을 제어하게 되어, 더운지역에서는 상대적으로 냉각시스템의 냉각성능 저하가 가급적 최소화되도록 하고, 추운지역에서는 자연적인 냉각효과를 기대할 수 있으므로, 상대적으로 냉각성능의 저하가 커지더라도 PWM출력의 변화를 최소화하여, 배터리 전력 소모 및 전력전자부품의 스트레스 감소를 도모하도록 하는 것이다.

예컨대, 도 4를 참조하면, 상기 지역판단단계(S20)에서 추운지역으로 판단된 상황에서, 기본제어출력이 60%로 계산된 경우에는 상기 보정치는 14%가 되고, 기준지역으로 판단된 상황에서 기본제어출력이 60%로 계산된 경우에는 상기 보정치는 대략 11%가 되는 것이다.

물론, 상기 보정제어단계(S40)에서는 상기 보정치가 14%가 되면, 실제 냉각시스템을 제어하도록 출력하는 PWM제어신호는 60-14=46%가 되는 것이며, 상기 보정치가 11%가 되는 상황에서는 PWM제어신호가 60-11=49%가 되는 것이다.

본 실시예에서, 상기 기준범위는 상기 기본제어출력의 20% 내지 75%의 영역으로 설정되고, 상기 기본제어출력이 상기 기준범위 이외인 영역에서는 상기 기본제어출력에 따라 제어하되, 기본제어출력이 20% 미만으로 줄어드는 상황에서는 즉각적으로 보정치를 배제하고 기본제어출력으로 제어하고, 기본제어출력이 75%를 초과하여 증가하는 상황에서는 보정치를 시간의 변화에 따라 선형적으로 감소시켜서 기본제어출력에 이르도록 제어하도록 구성된다.

이는, 상기 기본제어출력이 20%인 상황에서는 상기 보정치가 상대적으로 매우 작기 때문에 바로 보정치를 배제하고 기본제어출력에 따라 제어하도록 전환하여도 큰 변화가 초래되지 않기 때문이며, 기본제어출력이 75%인 경우에는 상기 보정치가 상대적으로 매우 크기 때문에, 보정치를 서서히 줄여서 충격적인 PWM제어신호의 변화를 방지하도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S10; 출력변화감시단계
S20; 지역판단단계
S30; 보정치산출단계
S40; 보정제어단계

Claims

컨트롤러가 차량의 외기온과 차속에 따라 기본제어출력을 산출하여 차량의 냉각시스템을 제어하면서, 소정의 기준시간 동안 상기 기본제어출력이 소정의 기준수준 이상 변화하는지를 모니터링하는 출력변화감시단계와;
상기 기준시간 내에 상기 기본제어출력이 상기 기준수준 이상 변화한 것이 감지되면, 상기 컨트롤러가 차량이 현재 위치한 지역이 온도에 따라 구분된 다수의 지역 중 어느 지역에 해당하는지 판단하는 지역판단단계와;
상기 컨트롤러가 상기 지역판단단계에서 판단된 해당지역에 따라 보정치를 산출하는 보정치산출단계와;
상기 컨트롤러가 산출된 보정치로 상기 기본제어출력을 보정하여 상기 냉각시스템을 제어하는 보정제어단계;를 포함하여 구성되고,
상기 보정치산출단계에서는 보정치맵으로부터 보정치를 산출하며;
상기 보정치맵은 상기 기본제어출력의 소정의 기준범위 내에서, 상기 기본제어출력이 클수록, 차량이 현재 위치한 지역이 추운 지역일수록 보정치가 크게 설정되며;
상기 보정치맵은 상기 기준범위 내에서, 차량이 현재 위치한 지역이 추운 지역일수록 큰 기울기로 상기 기본제어출력이 증가함에 따라 보정치가 직선적으로 증가하도록 설정된 것
을 특징으로 하는 차량의 냉각시스템 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 지역판단단계에서 온도에 따라 구분된 지역은 기준지역과, 상기 기준지역보다 추운 추운지역과, 상기 기준지역보다 더운 더운지역으로 구분되는 것
을 특징으로 하는 차량의 냉각시스템 제어방법.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 기준범위는 상기 기본제어출력의 20% 내지 75%의 영역으로 설정되고;
상기 기본제어출력이 상기 기준범위 이외인 영역에서는 상기 기본제어출력에 따라 제어하되, 기본제어출력이 20% 미만으로 줄어드는 상황에서는 즉각적으로 보정치를 배제하고 기본제어출력으로 제어하고, 기본제어출력이 75%를 초과하여 증가하는 상황에서는 보정치를 시간의 변화에 따라 선형적으로 감소시켜서 기본제어출력에 이르도록 제어하도록 하는 것
을 특징으로 하는 차량의 냉각시스템 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 지역판단단계에서는
차량이 현재 위치한 지역의 차량 외기온이 상기 온도에 따라 구분된 지역들 중 어느 지역에 해당하는지를 판단하는 것
을 특징으로 하는 차량의 냉각시스템 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 지역판단단계에서는
차량이 현재 위치한 지역의 차량 외기온과 상기 냉각시스템의 냉각수 온도의 차이를 이용하여, 상기 온도에 따라 구분된 지역들 중 어느 지역에 해당하는지를 판단하는 것
을 특징으로 하는 차량의 냉각시스템 제어방법.
외기온도감지수단과 차속감지수단으로부터 각각 신호를 제공받고, 냉각시스템을 구성하는 적어도 하나 이상의 냉각장치를 PWM제어신호를 인가하여 제어하는 컨트롤러로서,
차량의 외기온과 차속에 따라 상기 PWM제어신호인 기본제어출력을 산출하여 상기 냉각장치를 제어하면서, 소정의 기준시간 동안 상기 기본제어출력이 소정의 기준수준 이상 변화하는지를 모니터링하고;
상기 기준시간 내에 상기 기본제어출력이 상기 기준수준 이상 변화한 것이 감지되면, 차량이 현재 위치한 지역이 온도에 따라 구분된 다수의 지역 중 어느 지역에 해당하는지 판단하고;
차량이 현재 위치한 것으로 판단된 해당지역에 따라 보정치를 산출하여, 산출된 보정치로 상기 기본제어출력을 보정하여 상기 냉각장치를 제어하도록 구성되며;
상기 컨트롤러는 보정치맵으로부터 상기 보정치를 산출하도록 구성되며, 상기 보정치맵은 상기 기본제어출력의 소정의 기준범위 내에서, 상기 기본제어출력이 클수록, 차량이 현재 위치한 지역이 추운 지역일수록 보정치가 크게 설정되고,
상기 보정치맵은 상기 기준범위 내에서, 차량이 현재 위치한 지역이 추운 지역일수록 큰 기울기로 상기 기본제어출력이 증가함에 따라 보정치가 직선적으로 증가하도록 설정된 것
을 특징으로 하는 차량의 냉각시스템 컨트롤러.
삭제
삭제
청구항 8에 있어서,
상기 냉각시스템을 구성하는 냉각장치들은 냉각수를 펌핑하는 전동식워터펌프와, 냉각팬과, 배터리냉각팬을 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 전동식워터펌프의 모터와 상기 냉각팬의 모터 및 상기 배터리냉각팬의 모터를 제어할 PWM제어신호를 각각 제공하도록 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 냉각시스템 컨트롤러.