KR102532331B1 - 배터리 온도 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

전기 에너지를 저장하는 배터리; 상기 배터리에 저장된 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 상기 배터리의 온도를 상승시키는 승온히터; 상기 배터리에서 상기 승온히터로 제공되는 전기 에너지 경로를 연결/차단하는 승온히터 릴레이; 사전 설정된 기준 온도 이상이 되는 경우 상기 전기 에너지 경로를 단선시키는 써멀 퓨즈; 및 상기 승온히터 릴레이가 융착된 경우, 상기 승온히터에 의해 변환된 열에너지를 이용하여 상기 기준 온도 이상의 온도 상승이 이루어지게 함으로써 상기 써멀 퓨즈의 단선을 유도하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 온도 관리 시스템이 개시된다.

Description

배터리 온도 관리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MANAGING BATTERY TEMPERATURE}
본 발명은 배터리 온도 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 승온을 위해 사용되는 승온히터에 전력을 공급하는 릴레이의 융착 시 배터리의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하고 차량의 셧다운 없이 정상적 운전을 가능하게 하는 배터리 온도 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 친환경자동차는 배터리에 저장된 전기 에너지로 모터를 구동하여 동력을 생산하는 자동차로서, 에너지를 저장하는 배터리의 관리가 친환경 자동차의 성능과 수명 보장을 위해 매우 중요한 이슈가 되고 있다.
일반적으로, 배터리는 저온 영역에서 내부 저항이 증가하여 충방전 효율이 떨어진다. 또한, 배터리는 충방전을 통한 발열로 인해 과열될 수 있으며 배터리의 과열은 배터리의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 배터리의 수명을 단축시키는 원인이 된다. 따라서, 배터리는 적절하게 그 온도가 관리되어야 한다.
통상의 배터리 온도 관리 기법으로 공랭식 또는 수랭식 기법이 알려져 있다. 이중 수랭식 기법은 냉각수를 이용하여 배터리 온도를 관리 하는 기법으로, 배터리 온도가 기설정된 온도보다 낮을 경우 냉각수 경로 상에 배치된 승온히터로 냉각수를 가열하여 순환시키고, 배터리 온도가 기설정된 기준 온도 보다 높을 경우 냉각수를 라디에이터나 칠러를 이용하여 냉각시켜 순환시키는 방식이 적용되고 있다.
종래의 수랭식 배터리 온도 관리 기법에서는, 승온히터는 릴레이를 통해 전원전력을 제공받는다. 예를 들어, 배터리 온도를 관리하는 컨트롤러에서 실제 배터리 온도값을 기반으로 릴레이를 온/오프 시켜 승온히터의 턴온/턴오프를 제어한다.
이러한 종래의 수랭식 배터리 온도 관리 기법에서, 승온히터로 전력을 공급하는 릴레이의 융착이 발생하는 경우 컨트롤러는 배터리의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하기 위해 차량의 전체 전원을 셧다운 시킴으로써 승온히터의 작동을 중단시킨다. 따라서, 종래에는 승온히터 릴레이의 융착이 발생하면 차량 운행자체가 불가능하게 되는 문제가 발생하게 된다.
상기의 배경기술로서 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 10-2015-0120532 A KR 10-2015-0059247 A
이에 본 발명은, 배터리 승온을 위해 사용되는 승온히터에 전력을 공급하는 릴레이의 융착 시 배터리의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하고 차량의 셧다운 없이 정상적 운전을 가능하게 하는 배터리 온도 관리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
전기 에너지를 저장하는 배터리;
상기 배터리에 저장된 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 상기 배터리의 온도를 상승시키는 승온히터;
상기 배터리에서 상기 승온히터로 제공되는 전기 에너지 경로를 연결/차단하는 승온히터 릴레이;
사전 설정된 기준 온도 이상이 되는 경우 상기 전기 에너지 경로를 단선시키는 써멀 퓨즈; 및
상기 승온히터 릴레이가 융착된 경우, 상기 승온히터에 의해 변환된 열에너지를 이용하여 상기 기준 온도 이상의 온도 상승이 이루어지게 함으로써 상기 써멀 퓨즈의 단선을 유도하는 컨트롤러;
를 포함하는 배터리 온도 관리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 배터리로 냉각수를 제공하는 워터 펌프를 더 포함하며, 상기 승온히터는 변환한 열에너지로 상기 냉각수를 가열함으로써 상기 배터리의 온도를 상승시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 승온히터 릴레이가 융착된 경우, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시킨 후에, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간당 온도 하강율을 초과하는 속도로 하강하면 상기 배터리의 냉각을 위해 상기 워터 펌프를 가동할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시킨 후에, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간이 경과하면 상기 배터리의 냉각을 위해 상기 워터 펌프를 가동할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
냉각수를 순환시키는 워터 펌프;
상기 냉각수의 순환 경로 상에 배치되어 상기 냉각수와 열교환이 이루어지며, 전기 에너지를 저장하는 배터리;
상기 배터리에 저장된 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 상기 냉각수를 가열함으로써 배터리의 온도를 상승시키는 승온히터;
상기 배터리에서 상기 승온히터로 제공되는 전기 에너지 경로를 연결/차단하는 승온히터 릴레이;
상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 기준 온도 이상이 되는 경우 상기 전기 에너지 경로를 단선시키는 써멀 퓨즈;
상기 냉각수의 순환 경로 상에 배치되어 상기 냉각수의 온도를 냉각시키는 라디에이터;
상기 냉각수의 순환 경로를 변경하도록 개방/차단되는 밸브; 및
상기 승온히터 릴레이가 융착된 경우 상기 밸브를 조정하여 함으로써 상기 냉각수의 순환 경로를 결정하고, 상기 워터 펌프의 작동을 중단 시키고 상기 승온히터에 의해 변환된 열에너지를 이용하여 상기 냉각수의 온도가 상기 기준 온도 이상으로 상승되게 함으로써 상기 써멀 퓨즈의 단선을 유도하는 컨트롤러;
를 포함하는 배터리 온도 관리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 밸브의 개방/차단에 의해, 상기 라디에이터와 상기 배터리 사이에 상기 냉각수의 흐름이 이루어는 제1 순환 경로와 상기 라디에이터와 상기 배터리 사이에 상기 냉각수의 흐름이 차단되는 제2 순환 경로가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 순환 경로는 상기 워터 펌프, 상기 배터리 및 상기 승온히터 사이에 냉각수의 흐름이 형성되는 순환 경로일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 승온히터 릴레이가 융착된 경우, 상기 밸브를 조정하여 상기 제2 순환 경로를 형성하고, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시킨 후에, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간당 온도 하강율을 초과하는 속도로 하강하면 상기 배터리의 냉각을 위해 상기 워터 펌프를 가동할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시킨 후에, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간이 경과하면 상기 배터리의 냉각을 위해 상기 워터 펌프를 가동할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서 본 발명은,
상기 배터리 온도 관리 시스템을 이용한 배터리 온도 관리 방법에 있어서,
상기 승온히터 릴레이의 융착 여부를 감시하는 단계;
상기 승온히터 릴레이가 융착된 것으로 판단된 경우 상기 워터 펌프의 작동을 중단시키는 단계;
상기 워터 펌프의 작동을 중단 시킨 이후 상기 냉각수의 온도를 감시하고, 상기 냉각수의 온도 또는 상기 냉각수의 온도 상승 속도 또는 온도 하강의 속도에 기반하여 상기 써멀퓨즈의 단선 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 배터리 온도 관리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결정하는 단계는, 상기 냉각수의 온도가 소정 온도 이상으로 상승한 경우 하강하면 상기 써멀퓨즈가 단선된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결정하는 단계는, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간당 온도 하강율을 초과하는 속도로 하강하면 상기 써멀퓨즈가 단선된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결정하는 단계는, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간이 경과하면 상기 써멀퓨즈가 단선된 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 결정하는 단계에서 상기 써멀퓨즈가 단선된 것으로 판단한 이후, 상기 워터 펌프를 다시 가동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 온도 관리 시스템 및 방법에 따르면, 승온히터 릴레이의 융착으로 인해 승온히터 릴레이의 제어를 통한 승온히터 작동 정지가 불가능한 상태에서, 신속한 온도 상승을 유도하여 승온히터의 전원 라인의 써멀퓨즈를 단선시킴으로써 승온히터의 작동을 정지시킬 수 있다. 따라서, 상기 배터리 온도 관리 시스템 및 방법에 따르면, 종래와 같이 승온히터 릴레이 융착 시 차량 자체를 셧다운하지 않고서도 배터리를 운용할 수 있으므로 정상적인 차량 주행이 가능하다.
또한, 상기 배터리 온도 관리 시스템 및 방법에 따르면, 승온히터 릴레이의 융착 시 냉각수 경로를 전력 부품 냉각을 위한 경로와 배터리 냉각을 위한 경로로 분리하여 배터리 냉각을 위한 경로에서만 신속한 온도 상승을 유도하여 써멀퓨즈를 단선시키게 되므로 전력 부품 냉각에 부정적인 영향이 미치는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 시스템의 블록 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 배터리 온도 관리 시스템이 적용된 수냉각 시스템의 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 시스템 및 방법에 의한 배터리 온도 변화를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 배터리 온도 관리 시스템 및 방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 시스템의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 시스템은, 전기 에너지를 저장하는 배터리(30)와, 배터리(10)에 저장된 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 배터리(30)의 온도를 상승시키는 승온히터(10)와, 배터리(30)에서 승온히터(10)로 제공되는 전기 에너지 경로를 연결/차단하는 승온히터 릴레이(20)와, 사전 설정된 기준 온도 이상이 되는 경우 승온히터(10)로 제공되는 전기 에너지 경로를 단선시키는 써멀 퓨즈(11) 및 승온히터 릴레이(20)가 융착된 경우, 승온히터(10)에 의해 변환된 열에너지를 이용하여 기준 온도 이상의 온도 상승이 이루어지게 함으로써 써멀 퓨즈(11)의 단선을 유도하는 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(30)는 친환경 차량을 구동하는 모터(미도시)로 공급되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치로서 친환경 차량에서는 통상 메인 배터리로 명명되기도 한다. 배터리(30)는 친환경 차량의 구동 모터에 에너지를 공급할 뿐만 아니라 배터리(30)의 전압에 해당하는 전원 전압을 사용하는 보기류의 전원을 공급하기도 한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 배터리(30)는 승온히터(10)의 전원을 제공할 수 있다.
배터리(30)의 단자에는 파워 릴레이 어셈블리(40)가 구비될 수 있다. 파워 릴레이 어셈블리(40)는 배터리(30)의 정(+) 단자와 부(-) 단자에 각각 연결되는 메인 릴레이(41, 43)와 메인 릴레이(41)의 양단에 저항(47)을 통해 병렬 관계로 연결되는 프리차지 릴레이(45)를 포함할 수 있다. 차량의 시동 시 과전류가 유입되는 것을 방지하기 위해 프리차지 릴레이(45)와 메인 릴레이(43)가 먼저 단락되어 프리자치 저항(47)을 통해 배터리(30)의 전류가 차량 시스템에 인가되게 하고, 일정 시간 경과 후(도시하지는 않았지만, 파워 릴레이 어셈블리(40) 후단에 연결된 커패시터가 충전되는 시간이 경과한 후) 프리차지 릴레이(45)를 개방하고 메인 릴레이(41)를 단락시킴으로써 차량 시동이 완료된다.
종래에는, 승온히터 릴레이(20)의 융착이 발생된 것으로 판단된 경우, 파워 릴레이 어셈블리(40)의 메인 릴레이(41, 43)를 강제로 개방함으로써 배터리(30)의 온도가 과도하게 상승되는 것을 방지하고자 하였으나, 이 경우 차량 시스템에 공급되는 전력이 모두 차단되어 차량 자체가 셧다운되어 차량 운행이 불가능하게 되는 문제가 발생하였다. 본 발명의 여러 실시형태는 파워 릴레이 어셈블리(40)의 메인 릴레이(41, 43)를 개방시키지 않으면서 승온히터 릴레이(20) 융착에도 불구하고 배터리(30)의 온도가 과도하게 상승되는 것을 방지함으로써 차량이 운행 가능하게 하고자 한 것이다.
승온히터(10)는 배터리(30)의 온도를 상승시킬 수 있는 열 에너지를 생성하는 요소로서, 배터리(30)로부터 전기 에너지를 제공받아 이를 열 에너지로 변환할 수 있다. 수냉각 시스템에서 승온히터(10)는 배터리(30)로 냉각수를 제공하기 위한 라인에 구비되어 변환된 열에너지로 냉각수의 온도를 상승시킴으로 배터리(30)의 온도를 상승시킬 수 있다.
승온히터 릴레이(20)는 배터리(30)에 저장된 전기 에너지가 승온히터(10)로 제공될 수 있도록 전기 에너지 공급 경로에 설치될 수 잇다. 승온히터 릴레이(20)는 컨트롤러(100)에 의해 개방/단락이 결정되도록 제어될 수 있다.
컨트롤러(100)는 배터리(30)의 온도가 사전 설정된 기준 온도보다 낮은 경우 승온히터 릴레이(20)를 단락시키고, 배터리(30)의 온도가 사전 설정된 다른 기준 온도 이상이 된 경우 승온히터 릴레이(20)를 개방시킬 수 있다. 여기서 배터리(30)의 온도는 배터리 자체에 설치된 온도 센서에 의해 검출된 값을 이용할 수도 있고, 배터리(30)로 제공되는 냉각수가 흐르는 냉각수 라인 상에서 냉각수의 온도를 검출하기 위한 센서에 의해 간접적으로 판단될 수도 있다.
또한, 컨트롤러(100)는 승온히터 릴레이(20)가 융착된 것으로 판단한 경우, 배터리(30)를 냉각하기 위한 냉각수의 온도를 급격하게 승온시키기 위해 냉각 라인 상에 구비되는 워터펌프와 냉각수 경로를 결정하기 위한 밸브 등을 제어할 수 있다. 승온히터 릴레이(20)의 융착 여부의 판단은 당 기술분야의 통상적인 기술 수준에 기반한 다양한 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(100)가 승온히터 릴레이(20)를 개방하기 위한 제어 신호를 승온히터 릴레이(20)로 전송한 이후에 여전히 승온히터 릴레이(20)의 양단 전압차가 발생하지 않음을 검출하거나, 승온히터 릴레이(20)가 연결된 전기 라인에 여전히 전류가 흐르고 있음을 검출하는 방식이 적용될 수 있을 것이다. 다른 예로, 컨트롤러(100)가 승온히터 릴레이(20)를 개방하기 위한 제어 신호를 승온히터 릴레이(20)로 전송한 이후 소정 시간이 경과함에도 불구하고 냉각수의 온도가 일정 비율 이상 상승한 경우에 승온히터 릴레이(20)가 융착된 것으로 판단할 수도 있다.
컨트롤러(100)의 더욱 상세한 동작은 후술하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 방법에 대한 설명을 통해 더욱 명확하게 이해될 수 있다.
써멀 퓨즈(11)는 배터리(30)에서 승온히터(10)로 전기 에너지가 제공되는 경로에 배치되는 것으로, 설정된 크기 이상의 전류가 흐를 때 단선되는 통상적인 퓨즈와는 달리 주변 온도가 사전 설정된 값 이상으로 상승할 때 단선되는 특징을 갖는 퓨즈이다. 본 발명의 일 실시형태는, 승온히터 릴레이(20)가 융착된 것으로 판단한 경우 이 써멀 퓨즈(11)의 단선이 발생하도록 유도함으로써 승온히터(10)의 작동을 중단시키고자 한 것이다.
도 1에서 써멀 퓨즈(11)는 승온히터(10)의 내부에 배치되는 것으로 도시되고 있으나, 써멀 퓨즈(11)를 자체적으로 구비한 승온히터(10)가 아닌 경우에는 승온히터(10) 외부의 전기 에너지가 제공되는 경로 상에 써멀 퓨즈(11)가 배치될 수도 있다. 다만, 써멀 퓨즈(11)가 냉각수의 온도 변화에 따라 작동할 수 있는 위치에 배치되어야 할 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 배터리 온도 관리 시스템이 적용된 수냉각 시스템의 예를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3에 도시한 것과 같이, 친환경 차량의 수냉각 시스템의 일례는, 냉각수가 흐르는 경로 상에 배터리(30)와 승온히터(10) 뿐만 아니라, 워터펌프(P1, P2), 칠러(110), 전력 부품(Power Element: PE)(120), 라디에이터(130), 리저버 탱크(140) 등이 구비될 수 있다.
이러한 수냉각 시스템에서 메인 배터리(30)와 전력 부품(120)은 냉각의 대상이 되는 요소이고, 워터펌프(P1, P2)는 냉각수를 경로 상에 순환시키기 위한 요소이며, 승온히터(10), 칠러(110), 라디에이터(130)는 냉각수의 온도를 조정하기 위한 요소이며, 밸브(V1, V2)는 냉각수의 경로를 조정하기 위한 요소이고, 리저버 탱크(140)는 냉각수를 저장하기 위한 요소이다.
도 2와 도 3은 수냉각 시스템에서 결정될 수 있는 냉각수 경로를 도시한 것이다. 도 2는 밸브(V1, V2)를 제어하여 하나의 냉각수 경로 상에 전체 요소들이 배치되어 메인 배터리(30)와 전력부품(120)을 동일한 냉각수 흐름으로 냉각하는 예로써 통상 분리냉각 모드라 칭하는 경로를 도시한 것이다. 또한, 도 3은 밸브(V1, V2)를 제어하여 배터리(30), 승온히터(10) 칠러(110) 및 워터펌프(P1)을 순환하는 하나의 경로와, 전력부품(120), 라디에이터(130) 및 워터펌프(P2)를 순환하는 다른 하나의 별도의 경로를 통해 냉각하는 통합냉각 모드로 통칭되는 예를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 승온히터 릴레이(20) 융착 시 컨트롤러(100)가 도 3과 같이 경로를 결정하고 승온히터(10)에 의해 냉각수가 급격하게 온도 상승되게 함으로써 써멀 퓨즈(11)의 단선을 유도하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 방법을 도시한 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 시스템 및 방법에 의한 배터리 온도 변화를 도시한 그래프이다. 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 방법은 전술한 배터리 온도 관리 시스템에 의해 구현될 수 있는 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 방법은, 차량의 시동이 이루어지고 배터리(30) 승온을 위한 승온히터의 동작이 개시된 이후 컨트롤러(100)가 승온히터 릴레이(20)의 융착 여부를 감시하는 단계(S11)로부터 시작될 수 있다.
컨트롤러(100)가 승온히터 릴레이(20)의 융착이 발생하지 않은 것으로 판단한 경우에는 통상의 냉각 제어를 통해 배터리 온도 관리를 수행할 수 있다(S17).
컨트롤러(100)가 승온히터 릴레이(20)의 융착이 발생한 것으로 판단한 경우 냉각 경로 상의 냉각수 온도를 신속하게 상승시켜 써멀 퓨즈(11)의 단선을 유도할 수 있게 한다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 배터리(30)로 제공되는 냉각수의 온도의 신속한 상승을 위해서, 수냉각 경로가 어떤 상태인지 판단하고(S12), 분리 냉각 모드에 해당하는 냉각수 경로로 설정되게 한 후(S13), 냉각수를 순환하기 위한 워터펌프(P1)의 작동을 중단시킬 수 있다.
즉, 컨트롤러(100)는 승온히터 릴레이(20)의 융착이 발생한 것으로 판단하면, 현재 냉각 모드가 흐르는 경로가 전체 냉각 대상을 하나의 경로(도 2에 도시된 경로)로 냉각하는 통합 냉각 모드인지 배터리(30)와 전력부품(120)을 각각 분리된 개별 냉각수 경로(도 3에 도시된 경로)로 냉각하는 분리냉각 모드인지 판단하고(S12), 통합냉각 모드 인 경우에는 밸브(V1, V2)를 제어하여 분리냉각 모드로 전환하게 한다. 이어, 컨트롤러(100)는 워터펌프(P1)의 구동을 중단하여 승온히터(10)와 배터리(30)가 연결된 냉각수 경로의 냉각수 순환을 중지시킴으로써 냉각수의 신속한 온도 상승을 유도할 수 있다.
도 5에 나타난 바와 같이, 컨트롤러(100)가 워터펌프 전원전압을 차단하게 되면, 냉각수 온도는 급격하게 상승하게 된다. 나아가 냉각수 온도가 일정 레벨까지 상승한 후 냉각수 온도의 하강이 발생한다. 이는 워터펌프(P1)의 작동이 중단되면 냉각수 순환이 이루어지지 않는 상태에서 승온히터 릴레이(20)의 융착으로 승온히터(10)가 계속 열에너지를 생성하게 되므로 급격한 온도 상승이 이루어지게 되는 것이며, 써멀퓨즈(11)가 단선되는 온도까지 냉각수 온도가 상승하면 승온히터(10)에 공급되는 전기 에너지가 차단됨으로써 승온히터(10)가 동작을 중단하게 되므로 냉각수 온도가 하강하게 되는 것이다.
이러한 냉각수 온도 변화의 추이를 고려하여, 컨트롤러(100)는 워터펌프(P1)의 작동을 중단한 이후 냉각수 온도 변화에 따라 써멀퓨즈(11)의 단선 여부를 확인하고 후속의 배터리 냉각 제어를 수행할 수 있다.
기본적으로, 컨트롤러(100)는 워터펌프(P1)의 작동을 중단한 이후(S14) 냉각수 온도가 써멀 퓨즈(11)의 단선 온도 이상 냉각수 온도가 상승한 경우 써멀 퓨즈(11)의 단선이 이루어진 것으로 판단하고 중단하였던 워터펌프(P1)를 재가동하여 냉각수에 의한 배터리(30)의 냉각이 이루어지게 할 수 있다. 써멀 퓨즈(11)의 단선 온도는 써멀 퓨즈(11) 제조 시 결정되는 써멀 퓨즈(11)의 사양으로 결정될 수 있다.
더욱 상세하게, 컨트롤러(100)는 워터 펌프(P1)의 작동을 중단한 이후(S14) 냉각수 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승률(A)을 초과하는 속도로 상승하였는지 판단할 수 있다(S15). 냉각수 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승률(A) 이하의 속도로 상승하였거나 상승하지 않은 경우에는, 냉각수 순환이 중단되었음에도 온도가 크게 상승하지 않는 것으로 승온히터(10)의 작동이 중단된 것으로 의심할 수 있으므로 승온히터 릴레이(20)의 융착 여부를 다시 판단(S11)하게 하는 것이 바람직하다.
냉각수 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승률(A)을 초과하는 속도로 상승한 경우에, 소정 시간 경과 후 냉각수 온도가 하강하기 시작하면 컨트롤러(100)는 냉각수 온도가 사전 설정된 시간당 온도 하강률(B)을 초과하는 속도로 하강하였는지 판단한다(S16).
냉각수 온도가 사전 설정된 시간당 온도 하강률(B)을 초과하는 속도로 하강한 경우, 컨트롤러(100)는 써멀퓨즈(11)의 단선이 이루어져 승온히터(10)의 작동이 중단된 것으로 판단하고 워터펌프(P1)를 재가동하여 냉각수에 의한 배터리(30)의 냉각이 이루어지게 할 수 있다.
한편, 냉각수 온도가 사전 설정된 시간당 온도 하강률(B) 미만의 속도로 하강하거나 하강하지 않는 경우에, 컨트롤러(100)는 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승률(A)을 초과하는 속도로 상승한 이후 사전 설정된 시간이 경과하면 다른 요인에 의해 온도 하강이 이루어지지 않는 것으로 써멀퓨즈는 이미 단선된 것으로 판단하고 워터펌프(P1)를 재가동하여 냉각수에 의한 배터리(30)의 냉각이 이루어지게 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 시스템 및 방법은, 승온히터 릴레이의 융착으로 인해 승온히터 릴레이의 제어를 통한 승온히터 작동 정지가 불가능한 상태에서, 신속한 온도 상승을 유도하여 승온히터의 전원 라인의 써멀퓨즈를 단선시킴으로써 승온히터의 작동을 정지시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 시스템 및 방법은, 종래와 같이 승온히터 릴레이 융착 시 차량 자체를 셧다운하지 않고서도 배터리를 운용할 수 있으므로 정상적인 차량 주행이 가능하다.
특히, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 온도 관리 시스템 및 방법은, 승온히터 릴레이의 융착 시 냉각수 경로를 전력 부품 냉각을 위한 경로와 배터리 냉각을 위한 경로로 분리하여 배터리 냉각을 위한 경로에서만 신속한 온도 상승을 유도하여 써멀퓨즈를 단선시키게 되므로 전력 부품 냉각에 부정적인 영향이 미치는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 승온히터 11: 써멀퓨즈
20: 승온히터 릴레이 30: 배터리
40: 파워 릴레이 어셈블리(PRA) 41, 43: 메인 릴레이
45: 프리차지 릴레이 47: 프리차지 저항
100: 컨트롤러

Claims (16)

  1. 전기 에너지를 저장하는 배터리;
    상기 배터리에 저장된 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 상기 배터리의 온도를 상승시키는 승온히터;
    상기 배터리에서 상기 승온히터로 제공되는 전기 에너지 경로를 연결/차단하는 승온히터 릴레이;
    사전 설정된 기준 온도 이상이 되는 경우 상기 전기 에너지 경로를 단선시키는 써멀 퓨즈; 및
    상기 승온히터 릴레이가 융착된 경우, 상기 승온히터에 의해 변환된 열에너지를 이용하여 상기 기준 온도 이상의 온도 상승이 이루어지게 함으로써 상기 써멀 퓨즈의 단선을 유도하는 컨트롤러;
    를 포함하는 배터리 온도 관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리로 냉각수를 제공하는 워터 펌프를 더 포함하며, 상기 승온히터는 변환한 열에너지로 상기 냉각수를 가열함으로써 상기 배터리의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 승온히터 릴레이가 융착된 경우, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시킨 후에, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간당 온도 하강율을 초과하는 속도로 하강하면 상기 배터리의 냉각을 위해 상기 워터 펌프를 가동하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시킨 후에, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간이 경과하면 상기 배터리의 냉각을 위해 상기 워터 펌프를 가동하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 시스템.
  6. 냉각수를 순환시키는 워터 펌프;
    상기 냉각수의 순환 경로 상에 배치되어 상기 냉각수와 열교환이 이루어지며, 전기 에너지를 저장하는 배터리;
    상기 배터리에 저장된 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 상기 냉각수를 가열함으로써 배터리의 온도를 상승시키는 승온히터;
    상기 배터리에서 상기 승온히터로 제공되는 전기 에너지 경로를 연결/차단하는 승온히터 릴레이;
    상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 기준 온도 이상이 되는 경우 상기 전기 에너지 경로를 단선시키는 써멀 퓨즈;
    상기 냉각수의 순환 경로 상에 배치되어 상기 냉각수의 온도를 냉각시키는 라디에이터;
    상기 냉각수의 순환 경로를 변경하도록 개방/차단되는 밸브; 및
    상기 승온히터 릴레이가 융착된 경우 상기 밸브를 조정하여 함으로써 상기 냉각수의 순환 경로를 결정하고, 상기 워터 펌프의 작동을 중단 시키고 상기 승온히터에 의해 변환된 열에너지를 이용하여 상기 냉각수의 온도가 상기 기준 온도 이상으로 상승되게 함으로써 상기 써멀 퓨즈의 단선을 유도하는 컨트롤러;
    를 포함하는 배터리 온도 관리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 밸브의 개방/차단에 의해, 상기 라디에이터와 상기 배터리 사이에 상기 냉각수의 흐름이 이루어는 제1 순환 경로와 상기 라디에이터와 상기 배터리 사이에 상기 냉각수의 흐름이 차단되는 제2 순환 경로가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 순환 경로는 상기 워터 펌프, 상기 배터리 및 상기 승온히터 사이에 냉각수의 흐름이 형성되는 순환 경로인 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 시스템.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 승온히터 릴레이가 융착된 경우, 상기 밸브를 조정하여 상기 제2 순환 경로를 형성하고, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시킨 후에, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간당 온도 하강율을 초과하는 속도로 하강하면 상기 배터리의 냉각을 위해 상기 워터 펌프를 가동하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 워터 펌프의 작동을 정지시킨 후에, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간이 경과하면 상기 배터리의 냉각을 위해 상기 워터 펌프를 가동하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 시스템.
  12. 청구항 1의 배터리 온도 관리 시스템을 이용한 배터리 온도 관리 방법에 있어서,
    상기 승온히터 릴레이의 융착 여부를 감시하는 단계;
    상기 승온히터 릴레이가 융착된 것으로 판단된 경우 상기 배터리로 냉각수를 제공하는 워터 펌프의 작동을 중단시키는 단계;
    상기 워터 펌프의 작동을 중단 시킨 이후 상기 냉각수의 온도를 감시하고, 상기 냉각수의 온도 또는 상기 냉각수의 온도 상승 속도 또는 온도 하강의 속도에 기반하여 상기 써멀퓨즈의 단선 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 배터리 온도 관리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 결정하는 단계는, 상기 냉각수의 온도가 소정 온도 이상으로 상승한 이후 하강하면 상기 써멀퓨즈가 단선된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 결정하는 단계는, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간당 온도 하강율을 초과하는 속도로 하강하면 상기 써멀퓨즈가 단선된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 결정하는 단계는, 상기 냉각수의 온도가 사전 설정된 시간당 온도 상승율을 초과하는 속도로 상승한 이후, 사전 설정된 시간이 경과하면 상기 써멀퓨즈가 단선된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 결정하는 단계에서 상기 써멀퓨즈가 단선된 것으로 판단한 이후, 상기 워터 펌프를 다시 가동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 온도 관리 방법.
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