KR102614167B1 - 차량용 배터리 냉각 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

배터리 냉각용 팬의 고 듀티 동작 구간을 감소시킴으로써 전장 부하량을 감소시키기 차량 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 배터리 냉각 시스템 및 그 제어 방법이 개시된다, 상기 차량용 배터리 냉각 시스템은, 배터리; 상기 배터리의 온도를 검출하는 온도 센서; 상기 배터리로 냉각 유체를 공급하기 위한 냉각 팬; 및 상기 온도 센서에서 검출된 상기 배터리의 온도를 기반으로 상기 배터리의 온도 상승 속도를 판단하고, 판단된 상기 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준보다 빠른 경우 상기 냉각 팬을 작동시키는 컨트롤러를 포함한다.

Description

차량용 배터리 냉각 시스템 및 그 제어 방법{SYSTEM OF COOLING BATTERY FOR VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 차량용 배터리 냉각 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 냉각용 팬의 고 듀티 동작 구간을 감소시킴으로써 전장 부하량을 감소시키기 차량 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 배터리 냉각 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
전기 에너지를 이용하여 전기 모터를 구동함으로써 휠에 회전력을 발생시키는 친환경 차량은 모터 구동을 위한 전기 에너지를 저장하는 배터리와 배터리의 온도를 냉각시키기 위한 냉각 팬을 구비한다. 냉각 팬 역시 별도의 전기 모터를 구비하여 전기 모터를 구동함으로써 냉각풍을 생성하게 된다. 또한, 냉각 팬의 구동을 위한 전기 에너지 역시 배터리에 저장된 전기 에너지를 사용하게 된다.
통상, 친환경 차량에서 냉각 팬의 구동은 배터리의 온도에 기반하여 그 회전 속도를 제어하는 방식으로 이루어지고 있다. 더욱 상세하게는, 배터리의 온도가 점차 상승하여 사전 설정된 특정 온도가 되면 냉각 팬의 구동을 개시하며, 온도가 상승할수록 냉각 팬의 회전 속도를 상승시키는 방식의 제어가 이루어지고 있다.
한편, 냉각 팬은 일정 주파수를 갖는 펄스폭 변조(PWM) 신호의 형태로 온/오프 제어하는 방식으로 구동되고 있으며, 온/오프의 비율에 대응되는 듀티를 조정함으로써 그 회전 속도가 제어된다. 듀티는 하나의 온/오프 주기에서 온 구간이 갖는 비율을 의미하는 것으로 이 듀티가 커질수록 냉각 팬의 회전 속도는 증가하게 되고 듀티가 감소할수록 회전 속도도 감소하게 된다.
일반적으로 냉각 팬의 듀티를 상승시키면 냉각 팬의 소모 전력이 급격하게 상승하게 된다. 즉, 냉각 팬의 듀티가 증가하면 냉각 팬의 소모 전력은 일정하게 상승하는 것이 아니라 듀티가 커질수록 소모 전력의 상승폭이 더 커지는 특징을 갖는다.
따라서, 배터리 냉각을 위해 냉각 팬을 운용할 때 냉각 팬이 고 듀티 영역에서 동작하는 구간이 증가할수록 배터리 소모량이 커지고 그에 따라 연비가 저하되는 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 10-2014-0082896 A KR 10-2012-0020504 A
이에 본 발명은, 펄스폭 변조 방식의 온/오프 제어를 통해 동작하는 차량용 배터리 냉각 팬이 고 듀티 영역에서 작동하는 구간을 감소시킴으로써 부하량을 감소시키고 그에 따라 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 배터리 냉각 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
배터리;
상기 배터리의 온도를 검출하는 온도 센서;
상기 배터리로 냉각 유체를 공급하기 위한 냉각 팬; 및
상기 온도 센서에서 검출된 상기 배터리의 온도를 기반으로 상기 배터리의 온도 상승 속도를 판단하고, 판단된 상기 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준보다 빠른 경우 상기 냉각 팬을 작동시키는 컨트롤러;
를 포함하는 차량용 배터리 냉각 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 판단된 상기 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준보다 빠른 경우, 상기 배터리 온도가 사전 설정된 상기 냉각 팬의 작동 시작 온도보다 낮은 경우에도 상기 냉각 팬을 작동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도에 대응되는 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 기록한 제1 냉각 제어맵을 저장하며, 상기 컨트롤러는, 상기 온도 센서에서 검출된 배터리 온도와 사전 설정된 상기 냉각 팬의 작동 시작 온도를 비교하고, 상기 배터리의 온도가 상기 작동 시작 온도보다 높은 경우, 상기 제1 냉각 제어맵을 참고하여 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어의 듀티를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 온도 센서에서 검출된 상기 배터리의 온도와 사전 설정된 상기 냉각 팬의 작동 시작 온도를 비교하고, 상기 배터리의 온도가 상기 작동 시작 온도 이하인 경우, 상기 배터리의 온도의 변화를 기반으로 상기 배터리의 온도 상승 속도를 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도와 상기 배터리의 온도 상승 정도와 상기 차량용 배터리 냉각 시스템을 갖는 차량의 차속에 대응되는 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 기록한 제2 냉각 제어맵을 저장하며, 상기 컨트롤러는, 상기 판단된 상기 배터리의 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준 보다 빠른 경우, 상기 제2 냉각 제어맵을 참고하여 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어의 듀티를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 사전 설정된 시간 간격으로 상기 온도 센서에서 검출된 상기 배터리의 온도를 복수회 저장하며, 저장된 상기 배터리의 온도 중 제1 온도와 그 직전에 저장된 제2 온도의 차가 제2 온도와 그 직전에 저장된 제3 온도의 차에 사전 설정된 상승속도 판단 기준값을 합산한 값 이상인 경우 상기 배터리의 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준 보다 빠른 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도와 상기 상승속도 판단 기준값과 상기 차량용 배터리 냉각 시스템을 갖는 차량의 차속에 대응되는 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 기록한 제2 냉각 제어맵을 저장하며, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 차가 상기 제2 온도와 상기 제3 온도의 차에 상기 상승속도 판단 기준값을 합산한 값 이상인 경우, 상기 제2 냉각 제어맵을 참고하여 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어의 듀티를 결정할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
상기 차량용 배터리 냉각 시스템의 제어 방법으로서,
상기 컨트롤러가, 상기 온도 센서에 의해 검출된 상기 배터리의 온도와 사전 설정된 상기 냉각 팬의 작동 시작 온도를 비교하는 단계;
상기 컨트롤러가, 상기 배터리의 온도가 상기 작동 시작 온도보다 작은 경우, 상기 배터리의 온도의 변화를 기반으로 상기 배터리의 온도 상승 속도를 판단하는 단계; 및
상기 컨트롤러가, 판단된 상기 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준보다 빠른 경우, 상기 냉각 팬을 작동시키는 단계;
를 포함하는 차량용 배터리 냉각 시스템의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 판단하는 단계는, 상기 컨트롤러가, 사전 설정된 시간 간격으로 상기 온도 센서에서 검출된 상기 배터리의 온도를 복수회 저장하는 단계; 및 상기 컨트롤러가, 저장된 상기 배터리의 온도 중 제1 온도와 그 직전에 저장된 제2 온도의 차가 제2 온도와 그 직전에 저장된 제3 온도의 차에 사전 설정된 상승속도 판단 기준값을 합산한 값 이상인 경우 상기 배터리의 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준 보다 빠른 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도와 상기 배터리의 온도 상승 정도와 상기 차량용 배터리 냉각 시스템을 갖는 차량의 차속에 대응되는 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 기록한 제2 냉각 제어맵을 저장하며, 상기 작동시키는 단계는, 상기 컨트롤러가, 상기 판단된 상기 배터리의 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준 보다 빠른 경우, 상기 제2 냉각 제어맵을 참고하여 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어의 듀티를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도에 대응되는 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 기록한 제1 냉각 제어맵을 저장하며, 상기 컨트롤러는, 상기 비교하는 단계에서 상기 배터리의 온도가 상기 작동 시작 온도보다 높은 것으로 판단된 경우, 상기 제1 냉각 제어맵을 참고하여 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어의 듀티를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 차량용 배터리 냉각 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 고전압 배터리가 저온 상태이더라도 일정 수준 이상의 온도 상승이 예상되는 경우 미리 고전압 배터리를 냉각하기 위한 냉각 팬을 작동 시킴으로써 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 듀티가 낮은 상태에서 미리 고전압 배터리의 온도 상승을 억제할 수 있다.
이에 따라, 상기 차량용 배터리 냉각 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 냉각 팬이 펄스폭 변조 제어 듀티가 높은 상태로 운용되는 시간을 감소시켜 냉각 팬의 고 듀티 작동에 따른 높은 전력 소모를 미리 차단할 수 있으며, 고전압 배터리를 사용하는 친환경 차량의 연비를 향상시키고 상품성을 향상시킬 수 있다.
더하여, 상기 차량용 배터리 냉각 시스템과 그 제어 방법에 따르면, 냉각 팬의 고 듀티 구간의 고속 동작 시간을 감소시킴에 따라 냉각 팬의 소음을 감소시켜 운전자 및 탑승자의 만족도를 향상시킬 수 있으며, 고전압 배터리의 고온 동작 시간을 감소시켜 고전압 배터리의 내구 수명을 증대 시킬 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 시 듀티 변화에 따른 냉각 팬의 소모 전력의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템 및 그 제어 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템은, 고전압 배터리(11)와, 온도 센서(13)와, 냉각 팬(15)과, 컨트롤러(100)를 포함하여 구성될 수 있다.
고전압 배터리(11)는 차량의 휠에 회전력을 제공하는 전기 모터(미도시)로 제공되는 전원 전력을 저장하기 위한 에너지 저장 장치이다. 고전압 배터리(11)는 차량의 전장 부하 등에 전력을 공급하기 위한 에너지 저장 장치인 보조 배터리(23)에 비해 상대적으로 높은 전압을 갖는 배터리이다. 고전압 배터리(11)는 각각 단위 전압을 출력하는 복수의 배터리 셀과 복수의 배터리 셀을 내부에 배치하는 케이스로 이루어지는 패키지의 형태로 구현될 수 있다.
온도 센서(13)는 고전압 배터리(11)의 온도를 검출하기 위한 센서로서 고전압 배터리(11)를 구현하는 패키지의 케이스 내부에 마련될 수 있다. 온도 센서(13)는 일정 시간 주기로 고전압 배터리(11)의 온도, 더욱 정확하게는 고전압 배터리(11)를 구현하는 패키지 내부의 배터리 셀 온도를 측정하여 출력할 수 있다.
냉각 팬(15)은 고전압 배터리(11)의 냉각을 위해 냉각 유체(예를 들어, 공기)를 고전압 배터리(11)로 공급하기 위한 냉각 장치로서, 통상 전기 에너지를 이용하여 구동되는 전기 모터와 전기 모터의 회전 축에 설치되어 유체 흐름을 발생시키는 팬을 포함할 수 있다.
냉각 팬(15)을 구동하기 위한 전기 에너지는 고전압 배터리(11)로부터 제공받을 수 있는데, 통상 고전압 배터리(11)의 고전압 전기 에너지를 저전압으로 변환하는 저전압 직류 컨버터(Low voltage DC-DC Converter: LDC)(21)를 통해 저전압으로 변환된 전기 에너지를 공급받을 수 있다.
또한, 냉각 팬(15)은 컨트롤러(100)에 의해 제공되는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 제어 신호에 의해 일정 주기로 온/오프 제어될 수 있다. 즉, 컨트롤러(100)는 다양한 차량 또는 배터리 시스템의 주변 정보를 기반으로 듀티가 결정된 펄스폭 변조 제어 신호를 냉각 팬(15)에 제공하며, 냉각 팬(15) 내에 마련되는 냉각 팬 구동 회로(미도시)는 저전압 컨버터(21)에서 제공되는 전력을 냉각 팬(15) 내부의 모터로 펄스폭 변조 제어 신호의 온/오프에 대응되게 공급함으로써 냉각 팬(15)의 동작이 이루어지게 할 수 있다.
컨트롤러(100)는 온도 센서(13)에서 제공되는 고전압 배터리(11)의 온도 검출값을 이용하여 고전압 배터리(11)의 온도 상승 속도를 판단하고 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준 보다 빠른 경우에 현재 고전압 배터리(11)의 온도가 사전 설정된 냉각 팬 작동 시작 온도보다 낮은 경우에도 냉각 팬(15)을 작동시킴으로써 고전압 배터리(11)의 온도가 사전 설정된 냉각 팬(15)의 작동 시작 온도가 되기 이전에 고전압 배터리(11)의 냉각을 사전에 실시할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 펄스폭 변조 제어, 즉 온/오프를 주기적으로 반복하도록 냉각 팬(15)의 동작을 제어하는 경우, 냉각 팬(15)이 온되는 구간이 증가함에 따라 전력 소모가 급격하게 증가함으로써 발생할 수 있는 문제들을 해결하기 위한 것이다.
실제 친환경 차량 시스템에서, 컨트롤러(100)는 차량의 배터리 시스템을 전반적으로 관리하는 배터리 관리 시스템(Batter Management System: BMS)의 형태로 구현될 수 있다.
도 2는 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 시 듀티 변화에 따른 냉각 팬의 소모 전력의 변화를 도시한 그래프이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 냉각 팬을 PWM 제어하는 경우 온 구간, 즉 듀티가 커질수록 소모 전력의 변화는 지수적으로 증가하게 된다. 다시 말하면, 듀티 증가와 소모 전력의 증가는 서로 선형적인 관계가 아니라 듀티가 커질수록 냉각 팬의 소모 전력 증가분은 점점 더 크게 나타나게 된다. 따라서, 냉각 팬을 펄스폭 제어하여 구동하는 경우 듀티가 높은 구간, 즉 고 듀티 구간에서 냉각 팬이 작동하는 시간을 감소시키는 것이 전력 소모를 줄일 수 있는 방안이 될 수 있다.
종래에는, 이와 같이 냉각 팬의 듀티에 따른 소모 전력은 고려하지 않고 단지 고전압 배터리(11)의 온도가 증가하여 사전 설정된 기준 온도가 되면 냉각 팬을 작동시키고, 고전압 배터리(11)의 온도가 증가할수록 단순히 냉각 팬의 듀티를 증가시켜 냉각 팬의 회전 속도를 상승시킴으로써 고전압 배터리(11)의 냉각을 도모하였다.
본 발명의 여러 실시형태는 고전압 배터리(11)의 온도가 사전 설정된 기준 온도까지 상승하지 않더라도 고전압 배터리(11)의 온도 상승 속도를 고려하여 사전에 미리 냉각 팬을 작동시켜 고전압 배터리(11)의 온도 상승을 미리 억제하여 냉각 팬이 고 듀티 구간에서 작동하는 시간을 감소시키고자 하는 것이다.
이러한 냉각 팬 제어를 위해 컨트롤러(100)는 종래와 같이 고전압 배터리(11)의 온도가 일정 기준값까지 상승하는 경우 냉각 팬의 듀티를 결정하는 하나의 냉각 제어맵과, 고전압 배터리(11)의 온도가 기준값까지 상승하지 않더라도 고전압 배터리(11)의 온도 변화를 기준으로 냉각 팬 작동 여부를 결정하고 제어하기 위한 다른 하나의 냉각 제어맵을 포함할 수 있다.
컨트롤러(100)에 의해 이루어지는 더욱 구체적인 냉각 팬 제어 기법은 후술하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템의 제어 방법에 대한 설명을 통해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1에서, 참조 부호 '21'은 고전압 배터리(11)의 고전압 전력을 그 보다 낮은 저전압 전력으로 변환하는 저전압 직류 컨버터이고, 참조 부호 '23'은 차량의 전장부하(25) 등에 전원 전력을 제공하기 위해 전기 에너지를 저장하는 보조 배터리이며, 참조 부호 '25'는 보조 배터리(23)의 전압에 대응되는 전원 전력으로 작동하는 차량의 전장부하이다.
보조 배터리(23)의 충전 상태나 전장부하(25)에서 요구되는 부하 전력 등의 크기에 따라 저전압 직류 컨버터(21)의 출력으로 보조 배터리(23)가 충전되거나 저전압 직류 컨버터(21)의 출력으로 전장부하(25)의 전원 전력이 모두 공급되거나 저전압 직류 컨버터(21)의 출력과 보조 배터리(23)에서 방전되는 전력이 전장부항(25)에 제공되는 등 다양한 전력의 흐름이 발생하는 제어가 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템의 제어 방법은, 컨트롤러(100)가 상위 제어기(예를 들어, 하이브리드 차량인 경우 하이브리드 제어 유닛)로부터 차량의 시동 여부에 대한 정보를 입력 받아 차량의 시동이 이루어졌는지 판단하는 단계(S11)로부터 시작될 수 있다.
차량의 시동이 이루어진 것으로 판단된 경우(S11), 컨트롤러(100)는 고전압 배터리(11)에 설치된 온도 센서(13)가 검출한 고전압 배터리(11)의 온도 정보를 제공받아 사전 설정된 기준값(a)와 비교할 수 있다(S12).
여기서, 기준값(a)는 냉각 팬(15)의 작동을 시작할 것인지의 여부를 판단하기 위해 사전 설정된 값으로, 고전압 배터리(11) 자체가 갖는 물리적 특성, 고전압 배터리(11)가 설치된 차량 레이아웃 구조 등을 고려하여 실험적인 방식에 의해 사전에 결정될 수 있다.
차량 시동에 의해 고전압 배터리(11)의 온도를 관리하기 위한 시스템이 기동되었을 때 이미 고전압 배터리(11)의 온도가 냉각 팬(15)을 가동하기 위한 기준값(a) 보다 크다면, 종래와 같이 단순히 고전압 배터리(11)의 온도를 기준으로 냉각 팬(15)의 펄스폭 변조 제어 듀티를 결정하여 냉각 팬(15)의 회전 속도를 제어할 수 밖에 없다. 이를 위해, 컨트롤러(100)는 고전압 배터리(11)의 온도에 대응되는 냉각 팬(15)의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 사전에 기록한 제1 냉각 제어맵을 포함할 수 있다.
이 제1 냉각 제어맵은 단순히 고전압 배터리(11)의 온도를 기반으로 특정 온도에 대응되는 냉각 팬(15)의 펄스폭 변조 제어 듀티의 값을 사전에 매칭시켜 저장해둔 데이터 맵일 수 있다.
컨트롤러(100)는 차량 시동에 의해 고전압 배터리(11)의 온도를 관리하기 위한 시스템이 기동되었을 때 이미 고전압 배터리(11)의 온도가 냉각 팬(15)을 가동하기 위한 기준값(a) 보다 크다면, 이 제1 냉각 제어맵을 참조하여 입력 받은 고전압 배터리(11)의 온도에 대응되는 펄스폭 변조 제어 듀티를 제1 냉각 제어맵에서 찾고 찾아낸 듀티로 냉각 팬(15)를 펄스폭 변조 제어하여 냉각 팬(15)을 작동시킬 수 있다(S17).
한편, 단계(S12)에서, 고전압 배터리(11)의 온도가 냉각 팬(15)을 가동하기 위한 기준값(a) 이하인 경우, 컨트롤러(100)는 고전압 배터리(11)의 온도 상승 속도를 판단하고 그에 따른 냉각 팬 가동 여부를 결정하기 위한 제어를 수행할 수 있다(S14, S15).
예를 들어, 컨트롤러(100)는 고전압 배터리(11)의 온도 상승 속도를 판단하기 위해, 일정 시간 간격마다 온도 센서(13)에서 검출된 고전압 배터리(11)의 온도를 복수회 저장할 수 있다(S14). 설명의 편의 상 가장 최근에 저장한 고전압 배터리(11)의 온도를 제1 온도(T1)라하고 제1 온도(T1) 저장 직전에 저장한 온도를 제2 온도(T2)라 하며 제2 온도(T2) 저장 직전에 저장한 온도를 제3 온도(T3)라 하기로 한다.
이어, 컨트롤러(100)는 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)의 차와 제2 온도(T2)와 제3 온도(T3)의 차에 사전 설정된 상승속도 판단 기준값(α)의 합을 비교할 수 있다(S15). 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)의 차가 그 이전에 저장된 온도의 차이인 제2 온도(T2)와 제3 온도(T3)의 차이 보다 특정 기준값(α) 이상 더 크다면 온도 상승 속도가 크게 증가한 것으로 판단할 수 있을 것이다. 컨트롤러(100)는 이와 같은 방식으로 고전압 배터리(11)의 온도 상승 속도가 일정 기준 이상으로 빠른지 판단할 수 있으며, 고전압 배터리(11)의 온도 상승 속도가 일정 기준 이상으로 빠른 것으로 판단되면 제1 냉각 제어맵과는 별도 사전 결정된 제2 냉각 제어맵을 이용하여 냉각 팬(15)의 펄스폭 변조 제어 듀티를 결정할 수 있다(S17).
컨트롤러(100)가 사전에 저장하는 제2 냉각 제어맵은, 고전압 배터리(10)의 현재 온도와 고전압 배터리(10)의 온도 상승 정도를 판단할 수 있는 상승속도 판단 기준값(α)과 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템을 구비하는 차량의 차속에 대응되는 냉각 팬(15)의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 사전에 기록한 데이터 맵일 수 있다. 여기서, 상승속도 판단 기준값(α)과 차속은 추후의 고전압 배터리(11)의 온도 상승을 예측할 수 있는 데이터로서 그 값이 상대적으로 클수록 추후 고전압 배터리(11)의 온도 상승이 더 클 것이라고 예측할 수 있다.
제1 냉각 제어맵과 제2 냉각 제어맵은 실제 차량이 운행되는 환경과 실질적으로 동일한 환경을 마련한 후 적절한 냉각 팬(15)의 회전 속도 및 그에 해당하는 펄스폭 변조 제어의 듀티를 구하는 실험적인 방식으로 사전에 작성되어 컨트롤러(100) 내에 저장될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템과 그 제어 방법은, 고전압 배터리(11)가 저온 상태이더라도 일정 수준 이상의 온도 상승이 예상되는 경우 미리 고전압 배터리(11)를 냉각하기 위한 냉각 팬(15)을 작동 시킴으로써 냉각 팬(15)의 펄스폭 변조 제어 듀티가 낮은 상태에서 미리 고전압 배터리(11)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이를 통해, 냉각 팬(15)이 펄스폭 변조 제어 듀티가 높은 상태로 운용되는 시간을 감소시켜 냉각 팬(15)의 고 듀티 작동에 따른 높은 전력 소모를 미리 차단할 수 있다. 그에 따라, 고전압 배터리(11)를 사용하는 친환경 차량의 연비를 향상시키고 상품성을 향상시킬 수 있게 된다.
더하여, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템과 그 제어 방법은, 냉각 팬(15)의 고 듀티 구간의 고속 동작 시간을 감소시킴에 따라 냉각 팬(15)의 소음을 감소시켜 운전자 및 탑승자의 만족도를 향상시킬 수 있으며, 고전압 배터리(11)의 고온 동작 시간을 감소시켜 고전압 배터리(11)의 내구 수명을 증대시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
11: 고전압 배터리 13: 온도 센서
15: 냉각 팬 21: 저전압 직류 컨버터
23: 보조 배터리 25: 전장부하
100: 컨트롤러

Claims (11)

  1. 배터리;
    상기 배터리의 온도를 검출하는 온도 센서;
    상기 배터리로 냉각 유체를 공급하기 위한 냉각 팬; 및
    상기 온도 센서에서 검출된 상기 배터리의 온도와 사전 설정된 상기 냉각 팬의 작동 시작 온도를 비교한 결과를 바탕으로, 상기 냉각 팬을 작동시키거나, 또는 상기 배터리의 온도의 변화를 기반으로 상기 배터리의 온도 상승 속도를 판단하고, 상기 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준보다 빠르면 상기 냉각 팬을 작동시키는 컨트롤러;
    를 포함하는 차량용 배터리 냉각 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 판단된 상기 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준보다 빠른 경우, 상기 배터리의 온도가 사전 설정된 상기 냉각 팬의 작동 시작 온도 이하인 경우에도 상기 냉각 팬을 작동시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도에 대응되는 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 기록한 제1 냉각 제어맵을 저장하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도가 상기 작동 시작 온도보다 높은 경우, 상기 제1 냉각 제어맵을 참고하여 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어의 듀티를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도가 상기 작동 시작 온도 이하인 경우, 상기 배터리의 온도의 변화를 기반으로 상기 배터리의 온도 상승 속도를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 시스템.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도와 상기 배터리의 온도 상승 정도와 상기 차량용 배터리 냉각 시스템을 갖는 차량의 차속에 대응되는 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 기록한 제2 냉각 제어맵을 저장하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 판단된 상기 배터리의 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준 보다 빠른 경우, 상기 제2 냉각 제어맵을 참고하여 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어의 듀티를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 시스템.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 사전 설정된 시간 간격으로 상기 온도 센서에서 검출된 상기 배터리의 온도를 복수회 저장하며, 저장된 상기 배터리의 온도 중 제1 온도와 그 직전에 저장된 제2 온도의 차가 제2 온도와 그 직전에 저장된 제3 온도의 차에 사전 설정된 상승속도 판단 기준값을 합산한 값 이상인 경우 상기 배터리의 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준 보다 빠른 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도와 상기 상승속도 판단 기준값과 상기 차량용 배터리 냉각 시스템을 갖는 차량의 차속에 대응되는 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 기록한 제2 냉각 제어맵을 저장하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 차가 상기 제2 온도와 상기 제3 온도의 차에 상기 상승속도 판단 기준값을 합산한 값 이상인 경우, 상기 제2 냉각 제어맵을 참고하여 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어의 듀티를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 시스템.
  8. 청구항 1의 차량용 배터리 냉각 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 컨트롤러가, 상기 온도 센서에 의해 검출된 상기 배터리의 온도와 사전 설정된 상기 냉각 팬의 작동 시작 온도를 비교하는 단계;
    상기 컨트롤러가, 상기 배터리의 온도와 상기 작동 시작 온도를 비교한 결과에 따라, 상기 냉각 팬을 작동시키거나, 상기 배터리의 온도의 변화를 기반으로 상기 배터리의 온도 상승 속도를 판단하는 단계; 및
    상기 컨트롤러가, 판단된 상기 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준보다 빠른 경우, 상기 냉각 팬을 작동시키는 단계;
    를 포함하는 차량용 배터리 냉각 시스템의 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 판단하는 단계는,
    상기 컨트롤러가, 사전 설정된 시간 간격으로 상기 온도 센서에서 검출된 상기 배터리의 온도를 복수회 저장하는 단계; 및
    상기 컨트롤러가, 저장된 상기 배터리의 온도 중 제1 온도와 그 직전에 저장된 제2 온도의 차가 제2 온도와 그 직전에 저장된 제3 온도의 차에 사전 설정된 상승속도 판단 기준값을 합산한 값 이상인 경우 상기 배터리의 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준 보다 빠른 것으로 판단하는 단계를 포함하는 차량용 배터리 냉각 시스템의 제어 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도와 상기 배터리의 온도 상승 정도와 상기 차량용 배터리 냉각 시스템을 갖는 차량의 차속에 대응되는 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 기록한 제2 냉각 제어맵을 저장하며,
    상기 작동시키는 단계는, 상기 컨트롤러가, 상기 판단된 상기 배터리의 온도 상승 속도가 사전 설정된 기준 보다 빠른 경우, 상기 제2 냉각 제어맵을 참고하여 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어의 듀티를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 시스템의 제어 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 온도에 대응되는 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어 듀티에 대한 정보를 기록한 제1 냉각 제어맵을 저장하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 비교하는 단계에서 상기 배터리의 온도가 상기 작동 시작 온도보다 높은 것으로 판단된 경우, 상기 제1 냉각 제어맵을 참고하여 상기 냉각 팬의 펄스폭 변조 제어의 듀티를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 시스템의 제어 방법.
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