KR102139485B1 - 전기 자동차의 고전압배터리 냉각시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외기온도 및 고부하로 인해 고전압배터리의 온도가 상승할 때 외기온도에 따라 배터리 냉각 모드를 선택적으로 제어하여 고전압배터리의 온도를 항상 일정온도로 관리할 수 있도록 한 전기 자동차의 고전압배터리 냉각장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 고전압배터리의 온도조건을 유지하기 위해 외기 온도 및 배터리 온도, 배터리 정보, 차량 상태 정보 및 공조 장치(HVAC)의 상태 정보를 제어정보로 획득하는 단계; 상기 획득한 제어정보를 기초로 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동 모드 또는 히팅 모드 중 어느 하나의 모드를 결정하는 단계; 및 상기 결정한 모드에 따라 고전압배터리 냉각 또는 히팅을 수행하여 고전압배터리의 온도를 일정 온도로 유지시키는 단계; 제어정보 획득수단 및 고전압배터리 온도 관리수단으로부터 제공되는 고전압배터리의 온도 조절 유지 관련 상태 정보인 배터리의 온도 정보, 배터리 온도 관리장치의 동작여부 정보, 배터리 온도 관리 제어시스템의 고장여부 정보 중 하나 또는 둘 이상의 정보를 운전자가 실시간 확인 가능하도록 디스플레이부에 표시하는 단계; 를 포함하여 전기 자동차의 고전압배터리 냉각방법을 구현한 것이다.

Description

전기 자동차의 고전압배터리 냉각시스템 및 그 방법{The method for high voltage battery cooling system of electric vehicle}
본 발명은 전기 자동차의 고전압배터리 냉각시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 외기온도 및 장시간 운행으로 인한 배터리의 열 발생 또는 급속 충전 시 고전류의 고부하로 인해 고전압배터리의 내부 온도가 급격하게 상승할 때 외기온도에 따라 배터리 냉각 모드를 선택적으로 제어하여 고전압배터리의 온도를 항상 일정온도로 관리할 수 있도록 한 전기 자동차의 고전압배터리 냉각시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기동력 자동차(이하, "전기차"라 약칭함)는 일반적인 내연기관 자동차와는 달리 전기 모터(구동모터)를 이용하여 차량을 구동하게 되며, 구동 전원을 공급하는 고전압배터리를 이용하며, 이러한 전기동력 자동차는 전기에너지의 사용 비중에 따라 순수 전기 자동차(BEV), 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)로 구별된다.
상기 고전압배터리는 대부분 리튬이온 2차 전지를 사용하고 있으며, 상기 리튬이온 2차 전지인 리듐이온 배터리는 화학 특성상 저온과 고온에서 성능 및 효율 저하의 특징을 보이므로, 적정한 온도 관리가 필요하며, 장시간 고속주행 또는 고부하 운행의 경우 배터리의 열이 발생하고, 특히 급속 충전 시 고전류로 인해 배터리 내부 온도가 급격히 상승하게 된다. 고온에서 성능 및 효율저하가 발생하므로, 배터리는 온도관리가 필수적이다.
전기차에 적용된 고전압 배터리의 온도를 관리하기 위해서 일반적으로 라디에이터를 이용하여 냉각수의 온도를 낮추고, 이를 배터리 팩에 주입하는 방법을 주로 이용한다.
이를 위해 냉각수를 흐르게 하기 위한 워터 펌프(Water Pump), 냉각수를 이동시키기 위한 호스(Hose) 및 유로의 방향을 조절하기 위한 밸브(valve) 그리고 냉각수의 수차 및 압력 조정을 위한 리저브 탱크(Reserve tank)로 냉각시스템이 구성된다.
그런데 이 경우 배터리가 요구하는 적정온도를 만족하기 위한 냉각 범위의 한계가 존재하게 된다. 예를 들어, 높은 온도의 외기온도에서 급속 충전을 한다는 가정을 했을 때, 배터리의 요구 온도보다 외기온도가 더 높을 때 라디에이터를 작동하더라도 배터리의 입력 냉각수 온도가 상대적으로 높아질 수 있는 단점이 있다.
반대로 겨울철 옥외 충전 시 배터리의 요구온도보다 낮은 냉각수가 입력된다면 오히려 배터리의 성능 및 효율의 역효과가 일어날 수 있다.
전기차에 적용된 고전압배터리의 온도를 관리하기 위한 종래의 선행기술이 하기의 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 6> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 선행기술은 콘덴서를 기존의 공랭식에서 냉각수와의 열교환을 통해 냉매를 냉각시키는 수냉식으로 변경하고, 대신 콘덴서에서 냉매와의 열교환 후 배출되는 냉각수를 전장 부품용 냉각수와 합류시켜 통합 라디에이터에서 냉각하는 방식이다.
이는 에어컨용 콘덴서와 전장 부품용 라디에이터를 전후로 배치하여 구성되었던 종래에 비해 공랭식 냉각모듈의 크기를 컴팩트화할 수 있고, 라디에이터에서의 통기 저항 증가로 인한 전장 부품의 냉각성능 저하를 해소하도록 한 것이다.
<특허문헌 2> 에 개시된 선행기술은 장치들 간 배치를 개선함으로써 불필요한 냉각 동작을 최소화하여 냉각 시스템의 작동 효율을 극대화하고, 쿨링 모듈 패키지의 소형화 및 경량화를 달성하고자 한 전기 자동차용 냉각 시스템이다.
<특허문헌 3 > 에 개시된 선행기술은 연료전지와 열교환기를 경유하는 순환 유로, 응축기, 증발기를 포함하여 구성되는 자동차 냉방시스템의 메인 냉매 유로로부터 분기되고, 상기 열교환기를 경유하여 상기 메인 냉매 유로로 복귀하도록 구성된 서브 냉매 유로를 포함하여 자동차 냉방시스템으로서, 이는 냉방시스템에 사용되는 냉매의 유로를 조절하여 줌으로써 연료전지 자동차의 연료전지를 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있도록 한 것이다.
<특허문헌 4> 에 개시된 선행기술은 배터리 모듈이 정상적으로 작동할 수 있도록 배터리 모듈을 균일하게 냉각 또는 가열할 수 있는 배터리 온도 관리시스템이 며, 균일하게 냉각 또는 가열될 수 있고, 내부에서 온도가 일정하게 유지될 수 있는 배터리 모듈 또한 제공된다.
<특허문헌 5> 에 개시된 선행기술은 급속 충전 시에도 배터리의 온도를 상한 온도 이하로 제어 가능한 전지 자동차의 배터리 냉각 장치를 제공한다.
대한민국 공개특허 10-2012-0059730(2012.06.11. 공개)(전기자동차용 냉각시스템) 대한민국 공개특허 10-2012-0129076(2012.11.28. 공개)(전기 자동차용 냉각 시스템) 대한민국 등록특허 10-0899270(2009.05.26. 공고)(연료전지 자동차의 열관리시스템) 대한민국 등록특허 10-1596107(2016.02.19. 공고)(배터리 온도 관리 시스템 및 이를 포함하는 차량) 일본 공개특허 특개 2002-352866(2002.12.6. 공개)(전기 자동차의 배터리 냉각 장치)
상기와 같은 일반적인 전기차의 고전압 배터리 관리 시스템 및 종래기술들은 라디에이터를 이용한 배터리 냉각을 수행할 시 외기온도가 배터리 온도보다 낮을 때에 한해서만 냉각효과를 얻을 수 있다는 제약이 따른다.
아울러 상기와 같은 냉각효과를 도모하기 위해서, 라디에이터, 호스류, 삼방밸브, 워터 펌프 등의 구성이 반드시 필요하여, 냉각 시스템의 구성 비용이 상승하며, 이로 인해 차량 중량도 상승하는 단점을 유발한다.
이에 본 발명은 상기와 같은 일반적인 전기차 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 외기온도와 고부하로 인해 고전압배터리의 온도가 상승할 때 외기온도에 따라 배터리 냉각 모드를 선택적으로 제어하여 고전압배터리의 온도를 항상 일정온도로 관리할 수 있도록 한 전기 자동차의 고전압배터리 냉각시스템 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 고전압배터리의 온도 냉각 관리 시 운전자가 배터리 온도, 배터리 온도 조절장치의 동작여부, 배터리 온도 관리 제어시스템의 고장여부와 관련된 이상 유무를 운전 중 또는 충전 중에 수시로 확인 가능토록 함으로서 이상 발생시 AS 등의 조치를 신속히 취할 수 있는 전기 자동차의 고전압배터리 냉각시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기 자동차의 고전압배터리 냉각장치는 고전압배터리의 온도조건을 유지하기 위해 외기 온도 및 배터리 온도, 배터리 정보, 차량 상태 정보 및 공조 장치(HVAC)의 상태 정보를 제어정보로 획득하는 제어정보 획득수단; 상기 제어정보 획득수단에서 획득한 제어정보 중 외기온도와 배터리 요구온도를 기초로 냉각 모드를 결정하고, 결정한 냉각 모드에 따라 라디에이터 또는 컴프레서를 이용하여 고전압배터리의 냉각을 제어하는 고전압배터리 온도 관리수단; 차량의 클러스터에 구비되며, 상기 제어정보 획득수단 및 고전압배터리 온도 관리수단으로부터 고전압배터리 온도 조절 관련 상태 정보를 받아 운전자가 확인 가능하도록 표시하는 디스플레이부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 고전압배터리 온도 관리수단은 제어정보 중 배터리의 온도가 기준 온도보다 높으면 배터리 온도와 기준 칠러 온도에 따라 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동 모드를 결정하고, 급속 냉각 모드일 경우 삼방 밸브의 제어를 통해 냉각수 유로를 선택하고, 콘덴서 팬(Condenser Fan) 및 컴프레서(Compressor), 칠러 및 워터 펌프(Water Pump)를 동작시켜 고전압배터리의 냉각을 수행하며, 상기 라디에이터 팬 구동 모드에서는 라디에이터 팬과 워터 펌프만을 구동하여 고전압배터리 냉각을 수행하고, 상기 제어정보 중 외기온도가 일정 온도 이하이면 라디에이터의 히팅 모드로 결정하고 삼방밸브 제어를 통해 냉각수 유로를 선택하고 PTC 히터와 워터 펌프만을 구동시켜 고전압배터리 히팅을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 디스플레이부에 표시되는 고전압배터리 온도 조절 관련 상태 정보는 배터리의 온도 정보, 배터리 온도 관리장치의 동작여부 정보, 배터리 온도 관리 제어시스템의 고장여부의 정보이다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기 자동차의 고전압배터리 냉각방법은 (a) 고전압배터리의 온도조건을 유지하기 위해 외기 온도 및 배터리 온도, 배터리 정보, 차량 상태 정보 및 공조 장치(HVAC)의 상태 정보를 제어정보로 획득하는 단계; (b) 상기 획득한 제어정보를 기초로 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동 모드 또는 히팅 모드 중 어느 하나의 모드를 결정하는 단계; (c) 상기 결정한 모드에 따라 고전압배터리 냉각 또는 히팅을 수행하여 고전압배터리의 온도를 일정 온도로 유지시키는 단계; 로 구성됨을 특징으로 한다.
또 (d) 제어정보 획득수단 및 고전압배터리 온도 관리수단으로부터 제공되는 고전압배터리의 온도 조절 유지 관련 상태 정보를 운전자가 실시간 확인 가능하도록 차량 클러스터의 디스플레이부에 표시하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (b)단계는 제어정보 중 배터리의 온도가 기준 온도보다 높을 경우 배터리 온도와 기준 칠러 온도를 비교하여 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동모드로 결정하고, 제어정보 중 외기온도가 일정 온도 이하이면 라디에이터의 히팅 모드로 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (b)단계는 급속 냉각 모드일 경우, 삼방 밸브 제어를 통해 냉각수 유로를 선택하고 콘덴서 팬 및 컴프레서, 칠러 및 워터 펌프를 동작시켜 고전압배터리의 냉각을 수행하며, 라디에이터 팬 구동모드일 경우 라디에이터 팬 구동과 워터 펌프만 구동시켜 고전압배터리를 냉각하며, 히팅 모드일 경우 PTC 히터와 워터 펌프만을 구동시켜 고전압배터리의 히팅을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (d)단계의 디스플레이부에 표시되는 고전압배터리 온도 조절 관련 상태 정보는 배터리의 온도 정보, 배터리 온도 관리장치의 동작여부 정보, 배터리 온도 관리 제어시스템의 고장여부와 관련된 정보이다.
본 발명에 따르면 외기온도와 고부하로 인해 고전압배터리의 온도가 상승할 때 외기 온도에 따라 에어 컴프레서 및 냉각장치(Chiller) 및 워터 펌프를 효율적으로 구동시켜, 별도의 냉각 시스템을 구현하지 않고서도 고전압배터리의 온도를 최적으로 관리할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 외기온도가 배터리 요구 온도보다 낮을 경우, 히팅 모드를 이용한 히팅을 수행함으로써, 고전압 컴프레서의 사용을 줄일 수 있어, 고전압 소비를 줄일 수 있으며, 이로 인해 연비 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 배터리 온도 정보, 배터리 온도 관리장치 동작여부 정보, 배터리 온도 관리 제어시스템의 고장유무 정보가 디스플레이부에 표시되므로 운전자가 운행 중 또는 충전 중 고전압배터리 온도조절 관련 상태의 이상 유무를 수시로 확인 가능하며, 이상 발생시 AS 등의 조치를 신속히 취할 수 있으므로 고전압배터리의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 고전압배터리 냉각장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에서 냉각 모드에 따라 고전압배터리를 냉각하는 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차의 고전압배터리 온도 제어방법을 보인 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차의 고전압배터리 냉각장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 고전압배터리 냉각장치의 구성도이고, 도 2는 냉각 모드에 따라 고전압배터리의 온도를 관리하는 개념도로서, 고전압배터리(91)의 온도조건을 유지하기 위해 외기 온도 및 배터리 온도, 배터리 정보, 차량 상태 정보 및 공조 장치(HVAC)의 상태 정보를 제어정보로 획득하는 제어정보 획득수단(10), 상기 제어정보 획득수단(10)에서 획득한 제어정보를 기초로 급속 냉각 모드, 라디에이터 팬 구동 모드 또는 히팅 모드 중 어느 하나의 모드를 결정하고, 결정한 모드에 따라 컴프레서(40)를 간헐적으로 제어하면서 고전압배터리(91)의 냉각을 제어하는 고전압배터리 온도 관리수단(20)을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 전기 자동차의 고전압배터리 냉각장치는 고전압배터리(91)의 냉각을 위해, 냉각수 경로 제어를 위한 삼방 밸브(30), 워터 펌프(40), 컴프레서(50), 칠러(60), PTC히터(70), 팬(FAN)(80), 라디에이터(95), 콘덴서(94), 팽창 밸브(92), 냉각수 저장탱크(93), 차량의 클러스터에 구비되는 디스플레이부(도면에 미도시) 등을 포함할 수 있다.
여기서 삼방 밸브(30)는 칠러(60)나 라디에이터(95)에 선택적으로 냉각수를 보내기 위한 유로를 형성해주는 역할을 한다. 삼방 밸브(30)의 제어를 위해 별도의 밸브 제어장치가 구비된 것으로 가정한다.
또한, 워터 펌프(40)는 제1 및 제2 워터 펌프(41)(42)가 마련되어, 제1 워터 펌프(41)를 통해 냉각수 저장탱크(93)의 냉각수를 펌핑하고, 제2 워터 펌프(42)를 통해 라디에이터(95)에서 출수되는 냉각수를 펌핑하는 역할을 한다.
여기서 고전압배터리(81)의 냉각을 위한, 삼방 밸브(30), 워터 펌프(40), 컴프레서(50), 칠러(60), PTC히터(70), 팬(80), 라디에이터(95), 콘덴서(94), 팽창 밸브(92), 냉각수 저장탱크(93) 등은 전기 자동차에 필수적으로 구비되는 일반적인 냉각 및 히팅장치의 구성이다.
상기 고전압배터리 온도 관리수단(20)은 제어정보 중 배터리의 온도가 기준 온도보다 높으면 배터리 온도와 기준 칠러 온도에 따라 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동 모드를 결정하고, 급속 냉각 모드일 경우 삼방 밸브(30)의 제어를 통해 냉각수 유로를 선택하고, 콘덴서 팬(Condenser Fan)(80) 및 컴프레서(Compressor)(50), 칠러(60) 및 워터 펌프(Water Pump)(40)를 동작시켜 고전압배터리(91)의 냉각을 수행한다.
또한, 상기 라디에이터 팬 구동 모드에서는 라디에이터 팬(94)과 워터 펌프(40)만을 구동하여 고전압배터리(91)의 냉각을 수행하고, 상기 제어정보 중 외기온도가 일정 온도 이하이면 라디에이터 냉각 모드로 결정하고 삼방 밸브(30) 제어를 통해 냉각수 유로를 선택하고 PTC 히터(70)와 워터 펌프(40)만을 구동시켜 고전압배터리(91)의 냉각을 수행하도록 제어하여, 고전압배터리(91)의 온도를 최적으로 관리한다.
상기 클러스터에 구비되는 디스플레이부(도면에 미도시)는 제어정보 획득수단(10) 및 고전압배터리 온도 관리수단(20)으로부터 제공받는 고전압배터리 온도조절 관련 상태 정보인 배터리 온도, 배터리 온도 관리장치의 동작여부, 배터리 온도 관리 제어시스템의 고장 유무의 정보를 운전자가 확인 가능하도록 표시하여 준다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기 자동차의 고전압배터리 냉각장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량의 시동이 온(on) 되면, 고전압배터리 온도 관리수단(20)은 제어정보 획득수단(10)을 통해 고전압배터리(91)의 온도를 최적으로 관리하기 위한 다양한 환경정보 즉, 제어정보를 획득한다.
예컨대, 제어정보 획득수단(10)은 배터리 온도 획득부(11)를 통해 배터리 온도를 획득하여 상기 고전압배터리 온도 관리수단(20)에 전달하고, 배터리 충전량 정보 획득부(12)를 통해 배터리의 충전/방전 상태 정보를 획득하여 상기 고전압배터리 온도 관리수단(20)에 전달하며, 배터리 충전상태정보 획득부(13)를 통해 배터리 충전 상태정보(SoC)를 획득하여 상기 고전압배터리 온도 관리수단(20)에 전달하고, 외기 온도 획득부(14)를 통해 차량의 밖의 외기 온도를 획득하여 상기 고전압배터리 온도 관리수단(20)에 전달하며, 차량상태정보 획득부(15)를 통해 고전압배터리 온도 관리를 위한 다양한 차량상태 정보를 획득하여 상기 고전압배터리 온도 관리수단(20)에 전달하고, 공조기(HVAC) 정보 획득부(16)를 통해 공조기의 정보를 획득하여 상기 고전압배터리 온도 관리수단(20)에 전달한다.
상기 고전압배터리 온도 관리수단(20)은 상기 제어정보 획득수단(10)에서 획득한 각각의 제어정보를 기초로 급속 냉각 모드, 라디에이터 팬 구동모드 또는 라디에이터 냉각 모드 중 어느 하나의 냉각 모드를 결정한다.
예컨대, 상기 제어정보 중 배터리의 온도가 고전압배터리(91)의 냉각을 위해 미리 설정된 기준 온도보다 높을 경우, 배터리 온도와 기준 칠러 온도를 다시 비교하여 급속 충전에 의해 배터리 온도 상승이 높으면 칠러(Chiller) 모드를 이용한 급속 냉각 모드로 결정하고, 상기 배터리 온도 상승이 상기 기준 칠러 온도보다 낮으면 라디에이터 팬 구동모드로 결정한다.
상기 제어정보 중 외기온도가 고전압배터리의 냉각을 위해 미리 설정된 일정 온도 이하이면 히팅 모드로 결정한다. 여기서 기준온도나 일정온도, 기준 칠러 온도 등은 차량의 종류 등에 의해 가변적으로 설정할 수 있다.
이어, 상기 고전압배터리 온도 관리수단(20)은 제어정보 중 배터리의 온도가 상기 기준 온도보다 높을 경우, 다시 배터리 온도와 기준 칠러 온도를 다시 비교하여 급속 충전에 의해 배터리 온도 상승이 높으면 칠러(Chiller) 모드를 이용한 급속 냉각 모드로 결정한다.
급속 냉각 모드로 결정되면 도 2에 도시한 바와 같이, 삼방 밸브(30)를 제어하여 냉각수 유로를 칠러(60) 방향으로 형성하고, 콘덴서 팬(Condenser Fan)(80) 및 컴프레서(Compressor)(50), 칠러(60) 및 워터 펌프(Water Pump)(41)를 동작시켜 고전압배터리(91)의 급속 냉각을 수행한다.
다음으로, 상기 배터리 온도가 기준 온도보다 높은 상태에서, 배터리 온도 상승이 상기 기준 칠러 온도보다 낮으면 라디에이터 팬 구동모드로 결정한다. 상기 라디에이터 팬 구동 모드에서는 삼방 밸브(30)의 냉각수 유로 방향을 라디에이터(95) 방향으로 제어하고, 라디에이터 팬(80)과 워터 펌프(40)만을 구동하여, 라디에이터(95)에 의해 식혀진 냉각수로 고전압배터리(91)의 냉각을 수행한다.
또한, 상기 제어정보 중 외기온도가 일정 온도 이하이면 라디에이터 냉각 모드로 결정하고, 도 2에 도시한 바와 같이, 삼방 밸브(30)의 냉각수 유로 방향을 라디에이터(95) 방향으로 제어하고, 겨울철 배터리의 수명과 최적 성능을 위해 PTC 히터(70)와 워터 펌프(40)만을 구동시켜 고전압배터리(91)의 히팅을 수행한다. 이때 칠러(60)는 동작시키지 않으며 바이패스 상태가 된다.
여기서 라디에이터 팬 구동 모드 및 라디에이터 냉각 모드일 경우, 고전압 컴프레서(50)를 동작시키지 않으면서도 고전압배터리(91)의 온도를 최적으로 관리할 수 있으므로 고전압 소비를 줄일 수 있으며, 이로 인해 차량의 연비 향상을 도모할 수 있게 되는 것이다.
그리고, 클러스터의 디스플레이부에는 상기 고전압배터리 온도 조절과 관련된 배터리의 온도 정보, 배터리 온도 조절을 위한 여러 장치의 동작여부 정보, 배터리온도조절 시스템의 고장여부 정보 중 하나 또는 둘 이상의 정보가 포함되어 표시된다.
그러므로 운전자는 운행 중 또는 충전 중에 수시로 디스플레이부에 표시되는 정보를 실시간 확인하여 고전압배터리의 온도 관리 제어시스템의 동작 이상 유무를 수시로 확인할 수 있으며, 이상 발생시 AS 등의 조치를 신속히 취할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차의 고전압배터리 냉각방법을 보인 흐름도로서, (a) 고전압배터리(91)의 온도조건을 유지하기 위해 외기 온도 및 배터리 온도, 배터리 정보, 차량 상태 정보 및 공조 장치(HVAC)의 상태 정보를 제어정보로 획득하는 단계(S101), (b) 상기 획득한 제어정보를 기초로 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동 모드 또는 히팅 모드 중 어느 하나의 모드를 결정하는 단계(S102, S103, S104, S111), (c) 상기 결정한 모드에 따라 고전압배터리의 냉각 또는 히팅을 수행하여 고전압배터리의 온도를 일정 온도로 유지시키는 단계(S105 ~ S110, S112 ~ S116)를 포함한다.
그리고 (d) 제어정보 획득수단(10) 및 고전압배터리 온도 관리수단(20)으로부터 제공되는 고전압배터리(91)의 온도조절 유지 관련 상태 정보를 운전자가 확인 가능하도록 차량 클러스터의 디스플레이부에 표시하는 단계(S117); 를 포함한다.
상기 (b)단계는 제어정보 중 배터리의 온도가 기준 온도보다 높을 경우 배터리 온도와 기준 칠러 온도를 비교하여 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동모드로 결정하고, 제어정보 중 외기온도가 일정 온도 이하이면 히팅 모드로 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b)단계는 급속 냉각 모드일 경우, 삼방 밸브(30) 제어를 통해 냉각수 유로를 선택하고 콘덴서 팬(94) 및 컴프레서(50), 칠러(60) 및 워터 펌프(41)를 동작시켜 고전압배터리(91)의 냉각을 수행하며, 라디에이터 팬 구동모드일 경우 콘덴서 팬(94) 구동과 워터 펌프(41)만 구동시켜 고전압배터리(91)를 냉각하며, 히팅 모드일 경우 PTC 히터(70)와 워터 펌프(42)만을 구동시켜 고전압배터리(91)의 히팅을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 (d)단계의 디스플레이부에 표시되는 고전압배터리(91)의 온도 조절 관련 상태 정보는 배터리의 온도 정보, 배터리 온도 관리장치의 동작여부 정보, 배터리 온도 관리 제어시스템의 고장여부 정보 중 하나 또는 둘 이상의 정보이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기 자동차의 고전압배터리 냉각방법의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량의 시동이 온(on) 되면, 단계 S101에서 고전압배터리 온도 관리수단(20)은 도 1과 같은 제어정보 획득수단(10)을 통해 고전압배터리(81)의 온도를 최적으로 관리하기 위한 다양한 환경정보 즉, 제어정보(배터리 온도, 배터리 충전상태정보, 외기 온도 정보, 차량 상태정보, 공조기 정보)를 획득한다.
다음으로, 단계 S102, S103 및 S107에서 상기 고전압배터리 온도 관리수단(20)은 상기 제어정보 획득수단(10)에서 획득한 각각의 제어정보를 기초로 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동모드 또는 히팅 모드 중 어느 하나의 모드를 결정한다.
예컨대, 단계 S102에서 상기 제어정보 중 배터리의 온도가 고전압배터리(81)의 냉각을 위해 미리 설정된 기준 온도보다 높을 경우 단계 S103으로 이동하여 배터리 온도와 기준 칠러 온도를 다시 비교한다. 즉, 급속 충전에 의해 배터리 온도상승이 높은지를 확인한다. 이 비교 결과 배터리 온도가 기준 칠러 온도보다 높으면 칠러(Chiller) 모드를 이용한 급속 냉각 모드로 결정하고, 배터리 온도가 기준 칠러 온도보다 낮으면 라디에이터 팬 구동 모드로 결정한다. 아울러 상기 제어정보 중 외기온도가 고전압배터리(91)의 냉각을 위해 미리 설정된 일정 온도 이하이면 히팅 모드로 결정한다. 여기서 기준온도나 일정온도는 가변적으로 설정할 수 있다.
이어, 상기 고전압배터리 온도 관리수단(20)은 제어정보 중 배터리의 온도가 상기 기준 온도보다 높고, 배터리 온도가 기준 칠러 온도보다 높으면, 단계 S104로 이동하여 칠러(Chiller) 모드를 이용한 급속 냉각 모드로 결정한다. 상기 급속 냉각 모드에서는 삼방 밸브(30)를 제어하여 냉각수 유로 방향을 칠러(60) 방향으로 선택하고, 단계 S105 내지 S108과 같이 콘덴서 펜(Condenser Fan)(80), 컴프레서(Compressor)(50), 칠러(60) 및 워터 펌프(Water Pump)(41)를 동작시켜, 고전압배터리(81)의 냉각을 수행한다.
다음으로, 상기 배터리의 온도가 상기 기준 칠러 온도보다 낮으면 라디에이터 팬 구동 모드로 결정한다. 상기 라디에이터 팬 구동 모드에서는 삼방 밸브(30)의 냉각수 유로 방향을 라디에이터(95) 방향으로 제어하고, 라디에이터 팬(80)과 워터 펌프(40)만을 구동하여, 라디에이터(95)에 의해 식혀진 냉각수로 고전압배터리(91)의 냉각을 수행한다.
한편, 상기 배터리 온도가 상기 기준 온도보다 낮으면, 단계 S111로 이동하여 상기 제어정보 중 외기온도가 일정 온도 이하인지를 확인하여, 상기 외기 온도가 상기 일정 온도 이하이면 단계 S112로 이동하여 히팅 모드로 결정한다. 히팅 모드로 결정되면 단계 S113에서 도 2에 도시한 바와 같이, 삼방 밸브(30)의 냉각수 유로 방향을 라디에이터(95) 방향으로 제어하고, 단계 S114 및 S115에서 겨울철 배터리의 수명과 최적 성능을 위해 PTC 히터(70)와 워터 펌프(42)만을 구동시켜 고전압배터리(91)의 히팅을 수행한다. 이때 칠러(60)는 동작시키지 않으며 바이패스 상태가 된다.
여기서 라디에이터 팬 구동 모드 및 히팅 모드일 경우, 고전압 컴프레서(50)를 동작시키지 않으면서도 고전압배터리(91)의 온도를 최적으로 관리할 수 있으므로 고전압 소비를 줄일 수 있으며, 이로 인해 차량의 연비 향상을 도모할 수 있게 되는 것이다.
상기와 같은 동작을 수행하는 도중에 지속적으로 단계 S116과 같이, 배터리온도가 기준온도 이하가 되는지, 외기 온도가 일정온도 이상이 되는지를 확인하여 상기 조건을 만족하면, 고전압배터리의 냉각 모드를 종료하고, 상기 조건을 만족하지 않으면 해당 조건에 따라 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동모드 또는 히팅 모드를 결정하고, 그에 대응하는 전술한 바와 같은 냉각 또는 히팅 동작을 수행하게 되는 것이다.
그리고 상기와 같이 고전압배터리(91)가 최적의 성능 및 효율을 발휘할 수 있도록 일정 온도로 관리 제어되면서 차량이 운행될 때 단계 S117과 같이 본 발명은 배터리 온도 정보, 배터리 온도 관리장치 동작여부 정보, 배터리 온도 관리 제어시스템의 고장유무 정보가 디스플레이부에 표시된다.
따라서 운전자는 차량 운행 중 또는 충전 중에 고전압배터리의 온도조절 관련 상태와 관련된 정보인 배터리 온도에 이상이 있거나 배터리 온도 관리장치가 동작되지 않을 경우 및 배터리 온도 관리 제어시스템이 고장났을 경우의 이상 유무를 수시로 실시간 확인 가능하며, 이상 발생시 AS 등의 조치를 신속히 취할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
본 발명은 전기 자동차에서 배터리 온도나 외기 온도에 따라 3가지 모드 중 어느 하나의 모드로 고전압배터리의 온도를 일정온도로 관리하는 기술에 적용된다.
10: 제어정보 획득수단 20: 고전압배터리 온도 관리수단
30: 삼방 밸브 40: 워터 펌프
50: 컴프레서 60: 칠러
70: PTC 히터 80: 팬(FAN)
91: 고전압배터리 92: 팽창 밸브
93: 냉각수 저장탱크 94: 팬
95: 라디에이터

Claims (9)

  1. 전기 자동차에서 고전압배터리의 온도를 일정온도로 냉각하기 위한 시스템으로서,
    고전압배터리의 온도조건을 유지하기 위해 외기 온도 및 배터리 온도, 배터리 정보, 차량 상태 정보 및 공조 장치(HVAC)의 상태 정보를 제어정보로 획득하는 제어정보 획득수단; 및
    상기 제어정보 획득수단에서 획득한 제어정보 중 외기온도와 배터리 요구온도를 기초로 냉각 모드를 결정하고, 결정한 냉각 모드에 따라 라디에이터 또는 컴프레서를 이용하여 고전압배터리의 냉각을 제어하는 고전압배터리 온도 관리수단;을 포함하며,
    상기 고전압배터리 온도 관리수단은
    제어정보 중 배터리의 온도가 기준 온도보다 높으면 배터리 온도와 기준 칠러 온도에 따라 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동 모드를 결정하고, 급속 냉각 모드일 경우 삼방 밸브의 제어를 통해 냉각수 유로를 선택하고, 콘덴서 팬(Condenser Fan) 및 컴프레서(Compressor), 칠러 및 워터 펌프(Water Pump)를 동작시켜 고전압배터리의 냉각을 수행하며,
    상기 라디에이터 팬 구동 모드에서는 라디에이터 팬과 워터 펌프만을 구동하여 고전압배터리의 냉각을 수행하고, 상기 제어정보 중 외기온도가 일정 온도 이하이면 히팅 모드로 결정하고 삼방 밸브 제어를 통해 냉각수 유로를 선택하고 PTC 히터와 워터 펌프만을 구동시켜 고전압배터리의 히팅을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 고전압배터리 냉각시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에서,
    제어정보 획득수단 및 고전압배터리 온도 관리수단으로부터 고전압배터리 온도 조절관련 상태 정보를 받아 운전자가 확인 가능하도록 표시하는 디스플레이부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 고전압배터리 냉각시스템.
  4. 청구항 3에서,
    디스플레이부에 표시되는 고전압배터리 온도 조절 관련 상태 정보는
    배터리의 온도 정보, 배터리 온도 관리장치의 동작여부 정보, 배터리 온도 관리 제어시스템의 고장여부 정보 중 하나 또는 둘 이상의 정보가 포함되어 표시되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 고전압배터리 냉각시스템.
  5. 전기 자동차에서 고전압배터리의 온도를 일정온도로 관리하기 위한 방법으로서,
    (a) 고전압배터리의 온도조건을 유지하기 위해 외기 온도 및 배터리 온도, 배터리 정보, 차량 상태 정보 및 공조 장치(HVAC)의 상태 정보를 제어정보로 획득하는 단계;
    (b) 상기 획득한 제어정보를 기초로 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동 모드 또는 히팅 모드 중 어느 하나의 모드를 결정하는 단계; 및
    (c) 상기 결정한 냉각 모드에 따라 고전압배터리 냉각 또는 히팅을 수행하여 고전압배터리의 온도를 일정 온도로 조절 유지하는 단계;가 포함되며,
    상기 (b)단계는
    급속 냉각 모드일 경우, 삼방 밸브 제어를 통해 냉각수 유로를 선택하고 콘덴서 팬 및 컴프레서, 칠러 및 워터 펌프를 동작시켜 고전압배터리의 냉각을 수행하며, 라디에이터 팬 구동모드일 경우 라디에이터 팬 구동과 워터 펌프만 구동시켜 고전압배터리를 냉각하며, 히팅 모드일 경우 PTC 히터와 워터 펌프만을 구동시켜 고전압배터리의 히팅을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 고전압배터리 냉각방법.
  6. 청구항 5에서,
    (d) 고전압배터리의 온도 조절 유지 관련 상태 정보를 운전자가 실시간 확인 가능하도록 디스플레이부에 표시하는 단계;
    가 포함됨을 특징으로 하는 전기 자동차의 고전압배터리 냉각방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에서,
    상기 (b)단계는
    제어정보 중 배터리의 온도가 기준 온도보다 높을 경우 배터리 온도와 기준 칠러 온도를 비교하여 급속 냉각 모드 또는 라디에이터 팬 구동모드로 결정하고, 제어정보 중 외기온도가 일정 온도 이하이면 히팅 모드로 결정하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 고전압배터리 냉각방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 6에서,
    상기 (d)단계의 디스플레이부에 표시되는 고전압배터리 온도 조절 관련 상태 정보는
    제어정보 획득수단 및 고전압배터리 온도 관리수단으로부터 제공되는 배터리의 온도 정보, 배터리 온도 관리장치의 동작여부 정보, 배터리 온도 관리 제어시스템의 고장여부 정보 중 하나 또는 둘 이상의 정보임을 특징으로 하는 전기 자동차의 고전압배터리 냉각방법.
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