KR102669594B1 - 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법 및 전기 이륜차의 냉각시스템 - Google Patents
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Abstract
별도의 하드웨어적인 추가 구성 없이 전기 이륜차에 이미 적용되어 있는 센서들을 활용하여 소프트웨어적인 개선만으로 전기 이륜차에 대한 효율적인 냉각을 구현할 수 있는 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법 및 전기 이륜차의 냉각시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법은, 시동 키 또는 시동 스위치가 온(Key On 또는 Start Switch On) 되면, 모터 및 모터 제어기의 온도를 정해진 설정 주기로 센싱하는 단계와, 센싱된 모터와 모터 제어기에 대한 현재 온도 정보와 이전에 획득된 모터와 모터 제어기에 대한 이전 온도 정보를 이용하여 전동식 워터펌프(Electric Water Pump)를 가동시킬지 여부를 결정함에 있어 활용되는 제1 온도와 제2 온도를 산출하는 단계와, 제1 온도가 설정된 제1 과열판정온도 이상이거나 제2 온도가 제2 과열판정온도 이상이면, 상기 전동식 워터펌프를 가동(전동식 워터펌프 On)시켜 냉각 대상부를 냉각하는 단계 및 전동식 워터펌프 가동에 따른 냉각수 순환으로 모터의 온도 및 모터 제어기의 온도가 각각에 대응하여 설정된 제1 정상판정온도 및 제2 정상판정온도 아래로 떨어지면 상기 전동식 워터펌프를 정지(전동식 워터펌프 Off)시키는 단계를 포함하는 것을 요지로 한다.
Description
본 발명은 전기에너지를 동력원으로 하는 전기 이륜차의 과열 방지를 위한 냉각시스템의 동작 제어 방법에 관한 것으로, 특히 별도의 하드웨어적인 추가 구성 없이 전기 이륜차에 이미 적용되어 있는 센서들을 활용하여 소프트웨어적인 개선만으로 효율적인 냉각을 구현하는 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법 및 전기 이륜차의 냉각시스템에 관한 것이다.
배기가스 규제 강화 등을 포함하는 친환경 정책에 따라 최근 전기 이륜차의 보급이 빠르게 늘고 있는 추세이다. 그런데 전기 이륜차의 경우 과잉 출력에 따른 모터의 발열과, 운전자의 가속의지를 토크에 반영하기 위한 복잡한 연산 과정에서 생기는 MCU(모터 제어기)의 온도 상승이 문제가 된다. 모터나 MCU의 과열은 이륜차의 수명 단축 및 전체적인 성능에도 큰 영향을 미치기 때문이다.
특히 모터(주행을 위한 구동모터)의 온도보다 MCU 또는 배터리의 온도가 한계 온도에 먼저 도달하게 되면, 주행 중 급작스러운 전동기기의 제어불능 상태가 일어나 큰 사고로 이어질 수 있다. 때문에 일반 차량과 마찬가지로 전기 이륜차에도 부품(모터, MCU, 배터리 등) 과열에 따른 손상이나 성능 저하 및 오작동으로 인한 안전사고 등을 방지하기 위한 냉각시스템이 적용된다.
전기 이륜차에 적용되는 냉각시스템은 전기 이륜차의 특성이나 제작비를 감안하여, 구성은 최소화하면서도 일정 수준의 냉각 성능을 발휘할 수 있도록 하는 것에 중점을 두고 있다. 일반적으로는, 온도 센서, 냉각수를 저장하는 리저버, 냉각수를 순환시키는 전동식 워터펌프, 열을 흡수한 냉각수의 온도를 낮추는 라디에이터 및 전동식 워터펌프의 동작을 제어하는 제어기 등으로 구성된다.
여기서, 전기 이륜차의 냉각시스템에 적용되는 온도 센서로는, 모터의 온도 변화를 감지하여 상응하는 전기신호를 출력하는 모터코일온도센서와, 상기 MCU의 온도 변화를 감지하여 상응하는 전기신호를 출력하는 MCU 온도센서가 있으며, 모터코일온도센서와 MCU 온도센서의 센싱 정보를 바탕으로 한 상기 MCU의 통제로 전동식 워터펌프가 동작을 하게 된다.
한편, 전기 이륜차는 외부에 주정차하는 경우가 많다. 때문에 내부적인 요인에 의한 발열뿐만 아니라, 외기온의 영향을 크게 받는다. 특히 계절적으로 여름철과 같이 무더운 환경에 노출된 경우에는 모터나 MCU 동작에 따른 발열이 외부의 고온 환경에 의해 가속화 될 수 밖에 없는데, 부품 과열의 주된 원인이 외부적인 요인이면 그에 맞춰 냉각시스템을 운용하는 것이 필요하다.
그런데 외부적인 요인에 의한 부품 과열인지를 판단하기 위해서는 기존에 장착된 센서(MCU 온도센서, 모터코일온도센서 등) 외에 외기온 센서와 같은 별도의 전용 센서가 더 추가되어야 하는데, 이 경우 센서 추가에 따른 비용 상승으로 인해 원가 절감을 도모하기 어렵게 되고, 따라서 경쟁사 제품과의 가격 경쟁력을 확보하기 어렵게 되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 외기온 센서와 같은 별도의 하드웨어적인 추가 구성 없이 전기 이륜차에 기 적용된 센서들을 활용하여 소프트웨어적인 개선만으로 전기 이륜차에 대한 효율적인 냉각을 구현할 수 있는 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법 및 전기 이륜차의 냉각시스템을 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법에 있어서,
(a) 시동 키 또는 시동 스위치가 온(Key On 또는 Start Switch On) 되면, 모터 및 모터 제어기의 온도를 정해진 설정 주기로 센싱하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계를 통해 센싱된 모터와 모터 제어기에 대한 현재 온도 정보와 이전에 획득된 모터와 모터 제어기에 대한 이전 온도 정보를 이용하여 전동식 워터펌프(Electric Water Pump)를 가동시킬지 여부를 결정함에 있어 활용되는 제1 온도와 제2 온도를 산출하는 단계;
(c) 상기 제1 온도가 설정된 제1 과열판정온도 이상이거나 제2 온도가 제2 과열판정온도 이상이면, 상기 전동식 워터펌프를 가동(전동식 워터펌프 On)시켜 냉각 대상부를 냉각하는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계에서 전동식 워터펌프 가동에 따른 냉각수 순환으로 모터의 온도 및 모터 제어기의 온도가 각각에 대응하여 설정된 제1 정상판정온도 및 제2 정상판정온도 아래로 떨어지면 상기 전동식 워터펌프를 정지(전동식 워터펌프 Off)시키는 단계;를 포함하는 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법에서, 상기 제1 온도는 상기 (a) 단계에서 센싱된 모터의 현재 온도에 모터의 온도 변화(ΔmT)를 더한 값(모터 현재 온도 + ΔmT)일 수 있으며, 상기 제2 온도는 상기 (a) 단계에서 센싱된 모터 제어기의 현재 온도에 모터 제어기의 온도 변화(ΔpT)를 더한 값(모터 제어기 현재 온도 + ΔpT)일 수 있다.
여기서, 상기 모터의 온도 변화(ΔmT)는 모터의 온도 변화율((모터의 현재 온도-모터의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 0에서 1 사이로 정의되는 쓰로틀 변위값을 곱한 값일 수 있으며, 상기 모터 제어기의 온도 변화(ΔpT)는 모터 제어기의 온도 변화율((모터 제어기의 현재 온도-모터 제어기의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 상기 쓰로틀 변위값을 곱한 값일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법 또한, (e) 특정 조건을 만족하면 정해진 설정 주기로 상기 전동식 워터펌프가 가동될 수 있도록 주기적 동작모드로 전환시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 특정 조건은 전동식 워터펌프가 3회 연속 온(On)/오프(Off)되는 조건일 수 있다.
이와는 달리, 상기 모터의 온도 변화(ΔmT)가 제1 임계값을 초과하거나 상기 모터 제어기의 온도 변화(ΔpT)가 제2 임계값을 초과하면, 상기 특정 조건을 만족하는 것으로 판단하여, 정해진 설정 주기로 상기 전동식 워터펌프가 가동될 수 있도록 주기적 동작모드로 전환시킬 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면, 모터 제어기와, 전기 이륜차의 모터의 내부 코일의 온도를 정해진 설정 주기로 센싱하는 모터코일온도센서과, 상기 모터의 출력을 제어하는 상기 모터 제어기의 온도를 정해진 설정 주기로 센싱하는 제어기온도센서와, 상기 모터코일온도센서와 제어기온도센서가 설정 주기로 센싱하는 모터 및 모터 제어기의 온도에 따라 상기 모터 제어기에 의해 가동되는 전동식 워터펌프(Electric Water Pump) 및 상기 전동식 워터펌프의 가동에 따라 냉각 대상부를 이동하면서 온도가 상승된 냉각수의 온도를 낮추는 라디에이터를 포함하며, 상기 모터코일온도센서와 제어기온도센서가 센싱한 모터와 모터 제어기에 대한 현재 온도 정보가 상기 모터 제어기로 전달되고, 이때 모터 제어기는 전달받은 모터와 모터 제어기에 대한 현재 온도 정보와 이전에 획득된 모터와 모터 제어기에 대한 이전 온도 정보를 이용하여 상기 전동식 워터펌프(Electric Water Pump)의 가동 여부를 결정함에 있어 활용되는 제1 온도와 제2 온도를 미리 설정된 계산식을 이용하여 산출할 수 있으며, 산출된 상기 제1 온도가 제1 과열판정온도 이상이거나 제2 온도가 제2 과열판정온도 이상이면 상기 전동식 워터펌프를 가동(전동식 워터펌프 On)시키는 제어를 수행할 수 있다.
또한 상기 모터 제어기는, 상기 전동식 워터펌프 가동에 따른 냉각수 순환으로 상기 모터의 온도 및 모터 제어기의 온도가 각각에 대응하여 설정된 제1 정상판정온도 및 제2 정상판정온도 아래로 떨어지면 상기 전동식 워터펌프를 정지(전동식 워터펌프 Off)시킬 수 있다.
또한 상기 모터 제어기는, 냉각시스템의 동작 상태가 특정 조건을 만족하면, 주기적 동작모드로 전환하여 정해진 설정 주기로 상기 전동식 워터펌프가 가동되도록 제어할 수 있다.
이때, 상기 전동식 워터펌프가 3회 연속 온(On)/오프(Off) 되면, 상기 특정 조건을 만족하는 것으로 모터 제어기는 판단할 수 있다.
이와는 다르게, 상기 모터의 온도 변화(ΔmT)가 제1 임계값을 초과하거나 상기 모터 제어기의 온도 변화(ΔpT)가 제2 임계값을 초과하는 경우, 상기 특정 조건을 만족하는 것으로 모터 제어기는 판단할 수 있다.
그리고 상기 제1 온도는 모터코일온도센서에 의해 센싱된 모터의 현재 온도에 모터의 온도 변화(ΔmT)를 더한 값(모터 현재 온도 + ΔmT)으로서, 상기 모터의 온도 변화(ΔmT)는 모터의 온도 변화율((모터의 현재 온도-모터의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 0에서 1 사이로 정의되는 쓰로틀 변위값을 곱한 값일 수 있으며, 상기 제2 온도는 상기 제어기온도센서에 의해 센싱된 모터 제어기의 현재 온도에 모터 제어기의 온도 변화(ΔpT)를 더한 값(모터 제어기 현재 온도 + ΔpT)으로서, 상기 모터 제어기의 온도 변화(ΔpT)는 모터 제어기의 온도 변화율((모터 제어기의 현재 온도-모터 제어기의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 상기 쓰로틀 변위값을 곱한 값일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법 및 전기 이륜차의 냉각시스템에 의하면, 외기온 센서와 같은 별도의 하드웨어적인 추가 구성 없이 전기 이륜차에 기 적용된 센서들을 활용하여 소프트웨어적인 개선만으로 전기 이륜차에 대한 효율적인 냉각을 구현할 수 있다는 장점이 있으며, 하드웨어적인 추가 구성이 없는 만큼 비용 절약 측면에서도 이점이 있다.
또한, 냉각시스템 동작 상태가 미리 설정된 특정 조건을 만족하면, 냉각시스템의 동작 모드를 주기적 동작모드로 전환시키도록 구성됨으로써, 모터나 MCU의 온도가 시스템 과열판정온도에 도달할 때까지 기다리지 않고 특정 조건만 만족하면 정해진 설정 주기로 EWP가 가동되어 지속적인 발열로 인한 부품의 내구성 저하를 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템을 설명하기 위한 전기 이륜차의 시스템 개략도.
도 2는 전기 이륜차의 냉각시스템 동작에 관한 스테이트 머신을 나타내는 도면.
도 3은 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 과정을 순서대로 나타낸 흐름도.
도 2는 전기 이륜차의 냉각시스템 동작에 관한 스테이트 머신을 나타내는 도면.
도 3은 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 과정을 순서대로 나타낸 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템을 설명하기 위한 전기 이륜차의 시스템 개략도로서, 이를 참조하여 전기 이륜차에 적용되는 본 발명에 따른 냉각시스템의 구성부터 살펴보기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템(1)은 모터 제어기 (Motor Control Unit, 이하, 설명의 편의를 위해 'MCU(10)'라 한다), 모터코일온도센서(20), 제어기온도센서(30), 전동식 워터펌프(Electric Water Pump, 이하, 설명의 편의를 위해 'EWP(40)'라 한다), 리저버(50), 그리고 라디에이터(열교환기, 60)를 포함한다.
MCU(10)는 운전자의 가속의지를 쓰로틀(80, 또는 핸드 악셀)를 통해 입력 받아 연산하고 연산 결과를 바탕으로 모터의 출력을 통제함으로써 운전자의 가속의지가 주행 동력으로 반영되어 출력될 수 있도록 하며, 냉각시스템(1)의 동작을 제어(냉각시스템을 온(On)/오프(Off) 시키는 제어)하여 전기 이륜차 핵심 부품의 과열 및 그에 따른 부품 손상이나 오작동을 방지한다.
부품 과열을 방지하기 위한 냉각수는 리저버(50)에 일정량 충진되어 있으며, MCU(10) 통제로 간헐적 또는 주기적으로 구동되는 상기 EWP(40)에 의해 리저버(50)에 충진된 냉각수가 순환형 이동경로를 따라 이동하면서 냉각 대상부(부호 생략)의 열을 흡수한다. 그리고 열을 흡수하면서 온도가 상승된 냉각수는 라디에이터(60)에서 외부 공기와의 열교환을 통해 적정 수준으로 낮춰진 후 리저버(50)로 복귀한다.
MCU(10)는 모터코일온도센서(20) 및 제어기온도센서(30)가 센싱한 정보를 이용하여 EWP(40)의 동작을 제어한다. 여기서 모터코일온도센서(20)는 모터의 내부 코일의 온도를 정해진 설정 주기로 센싱하여 상응하는 전기신호 형태로 MCU(10)에 제공하며, 제어기온도센서(30)는 MCU(10)의 온도를 정해진 설정 주기로 센싱하여 상응하는 전기신호 형태로 상기 MCU(10)에 제공한다.
MCU(10)는 쓰로틀(80, 또는 핸드 악셀)를 통해 입력되는 운전자의 가속의지가 모터(70)의 실질적인 출력에 반영되도록 연산하는 과정에서 열을 발생시키고, 모터는 운전자의 가속의지가 반영된 MCU(10)의 지령에 따라 구동되는 과정에서 열을 발생시킨다. 특히 쓰로틀(80)를 통해 입력되는 운전자의 가속의지가 클수록 MCU(10)의 연산량이 많아지고 빠른 모터(70)의 회전으로 많은 열이 발생한다.
더욱이 쓰로틀(80)를 통해 입력되는 운전자의 가속의지가 커서 MCU(10)의 연산량이 많고 빠른 모터(70)의 회전으로 많은 열이 발생하는 상태에서, 고온의 외부 환경의 영향까지 받으면 MCU(10) 및 모터(70)의 발열이 더욱 가속화 됨으로써, 부품 손상의 위험이 더욱 커지고, 내구성이 악화되며, 치명적인 오류로 인한 안전사고의 발생 위험이 크게 증가한다.
때문에 운전자의 가속의지가 커서 MCU(10)의 연산량이 많고 빠른 모터(70)의 회전으로 많은 열이 발생하는 상태에서, 고온의 외부 환경 영향으로 MCU(10) 및 모터의 발열이 가속화되는 경우를 반영하여 냉각시스템을 제어할 필요가 있다. 이에 본 발명은 운전자의 가속의지 및 외부 환경 변화를 제어에 반영하여 냉각이 보다 효율적으로 구현될 수 있도록 냉각시스템이 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
모터코일온도센서(20)와 제어기온도센서(30)가 센싱한 모터(70)와 MCU(10)에 대한 현재 온도 정보는 전기 신호 형태로 상기 MCU(10)로 입력되며, MCU(10)는 입력된 모터(70)와 MCU(10)에 대한 현재 온도 정보와 이전에 획득된 모터(70)와 MCU(10) 각각에 대한 이전 온도 정보를 이용하여 상기 EWP(40)의 가동 여부를 결정함에 있어 활용되는 제1 온도와 제2 온도를 미리 설정된 계산식을 이용하여 산출한다.
미리 설정된 계산식에 의해 상기 제1 온도와 제2 온도가 산출되면 MCU(10)는, 제1 온도와 제2 온도를 각각에 대응하여 설정된 과열판정 기준값과 비교하여 과열 여부를 판정하고, 과열로 판정되면 상기 EWP(40)를 가동시킨다. 구체적으로는, 제1 온도가 제1 과열판정온도 이상이거나 제2 온도가 제2 과열판정온도 이상이면, 상기 EWP(40)를 가동(EWP On)시킨다.
제1 온도와 제2 온도에는 상기 쓰로틀(80)을 통해 입력되는 운전자의 가속의지가 반영된다. 가속의지가 클수록, 다시 말해 쓰로틀(80) 변위가 클수록 MCU(10)의 연산량이 많아지고 모터가 빠른 속도로 회전하여 발열량이 급속히 증가하므로, 이 경우 보다 빠른 시점에 냉각시스템이 동작하도록, 상기 제1 온도와 제2 온도에 쓰로틀 변위값이 큰 수로 반영되도록 냉각시스템 제어로직이 구성된다.
제1 온도와 제2 온도는 구체적으로, 하기 [계산식 1]과 [계산식 1]에 의해 각각 산출되는 값일 수 있다.
[계산식 1]
제1 온도 = 모터 현재 온도 + Δ
m
T
[계산식 2]
제2 온도 = MCU 현재 온도 + Δ
p
T
여기서, 모터 현재 온도와 MCU 현재 온도는 모터코일온도센서(20)와 제어기온도센서(30)에 의해 센싱된 모터의 현재 온도와 MCU의 현재 온도며, ΔmT와 ΔpT는 모터(70)의 온도 변화와 MCU(10)의 온도 변화를 의미하는 것으로,
ΔmT는 모터(70)의 온도 변화율((모터의 현재 온도 - 모터의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 0에서 1 사이로 정의되는 쓰로틀 변위값을 곱한 값일 수 있다.
그리고 ΔpT는 MCU(10)의 온도 변화율((MCU의 현재 온도- MCU의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 상기 쓰로틀 변위값을 곱한 값일 수 있다.
즉, ΔmT는 『ΔmT = (모터의 현재 온도-모터의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간)*설정주기*쓰로틀 변위값』과 같은 계산식에 의해 산출되는 값이며,
ΔpT는 『ΔpT = (MCU 현재 온도- MCU의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간)*설정주기*쓰로틀 변위값』과 같은 계산식에 의해 산출되는 값일 수 있다.
참고로, 0에서 1 사이로 정의되는 상기 쓰로틀 변위값은, 최고 출력을 위해 쓰로틀(80)을 풀(Full)로 조작(100% 조작)한 경우 1로 출력되며, 반대로 쓰로틀(80)을 전혀 조작하지 않은 경우 0으로 출력되도록 설정될 수 있다. 그리고 쓰로틀(80)을 반만 조작(50%만 조작)한 경우 0.5로 출력될 수 있다.
이에 따르면, 운전자의 가속의지가 클수록, 다시 말해 쓰로틀(80) 변위가 클수록 상기 ΔmT와 ΔpT 큰 값으로 출력되고 제1 온도와 제2 온도의 값이 커짐으로써 제1 과열판정온도와 제2 과열판정온도에 빠르게 이르게 된다.
즉 쓰로틀(80) 변위가 커져 MCU(10)의 연산량이 많아지고 모터가 빠른 속도로 회전할수록 제1 온도나 제2 온도가 각각에 대응하여 입력된 기준값인 제1 과열판정온도나 제2 과열판정온도에 빠르게 도달하므로, 냉각시스템이 보다 빠른 시점에 구동되어 과열에 신속히 대응을 할 수 있는 것이다.
이와는 다르게, 운전자의 가속의지 없는 상태, 예컨대 타력주행(Coasting Driving)이나 이륜차 주정차 상태에서는 ΔmT와 ΔmT가 0(Zero)이므로 제1 온도와 제2 온도는 순전히 모터의 현재 온도와 MCU의 현재 온도가 된다. 따라서 MCU(10)는 모터의 현재 온도와 MCU의 현재 온도만으로 과열 판정(모터 현재 온도-제1 과열판정온도 또는 MCU 현재 온도 - 제2 과열판정온도)을 하게 된다.
다시 말해, 운전자의 가속의지가 없는 상태(쓰로틀(80) 미조작 상태)에서는 ΔmT와 ΔmT가 0(Zero)이므로, 제1 온도나 제2 온도의 상승속도는 이륜차를 가속시키거나 정속 주행을 위해 쓰로틀(80)을 조작하는 경우에 비해 상대적으로 느리다. 따라서 불필요하게 냉각시스템이 동작하거나 냉각이 필요한 시점보다 이른 시점에 냉각시스템이 동작하는 비효율적인 문제가 개선될 수 있다.
더욱이, 가속의지가 없는 경우 모터에는 전류가 공급되지 않고 MCU(10)도 모터 출력 제어를 위한 연산을 수행하지 않는 상태이므로, 상기 모터 현재 온도나 MCU 현재 온도에 미치는 영향은 내부 발열보다는 외기온이 훨씬 크다. 따라서 위와 같은 [계산식 1]과 [계산식 2]를 제어에 적용하면, 외기온 센서 없이도 시스템의 온도상승의 원인이 시스템 내부 발열인지 외기온인지도 파악이 가능하다.
운전자 가속의지가 없는 상태에서 모터나 MCU(10)의 온도는 앞서 언급한 바와 같이 외기온의 영향을 크게 받기 때문에, 가속의지가 없는 상태에서 모터(70)나 MCU(10)의 온도가 상승한다는 것은 이륜차가 고온의 외부 환경에 지속해서 노출되어 있는 것으로 볼 수 있다. 따라서 이 경우에는 시각적 또는 청각적으로 운전자에게 경고하여 이륜차를 안전한 장소로 이동시키도록 할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템(1)에 적용되는 상기 MCU(10)는 또한, 상기 EWP(40) 가동에 따른 냉각수 순환으로 상기 모터(70)의 온도 및 MCU(10) 의 온도가 각각에 대응하여 미리 설정되어 있는 제1 정상판정온도 및 제2 정상판정온도 아래로 떨어지면 상기 EWP(40)를 정지(EWP Off)시킬 수 있다.
즉 MCU(10)는 전술한 동작 조건에 부합(제1 온도 - 제1 과열판정온도 OR 제2 온도 - 제2 과열판정온도)하여 EWP(40)가 구동되고, 이로 인해 모터(70)의 온도가 제1 정상판정온도 이하이면서 MCU(10)의 온도가 제2 정상판정온도 이하(모터 온도 - 제1 정상판정온도 이하 AND MCU(10) 온도 - 제2 정상판정온도)로 내려가면, EWP(40)를 정지(EWP Off)시키는 제어를 실행할 수 있다.
여기서, 제1 과열판정온도와 제2 과열판정온도는 각각 35도 30도 일 수 있으며, 제1 정상판정온도 및 제2 정상판정온도는 25도로 설정될 수 있다. 물론, 모터나 MCU(10), 배터리 사양에 따라 설계 과정에서 해당 온도는 달리 설정될 수 있는 것이므로, 과열판정온도와 정상판정온도가 위에서 언급한 수치로 한정되는 것은 아님을 밝혀 둔다.
한편, MCU(10)는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 상태가 미리 설정된 특정 조건을 만족하면, 냉각시스템의 동작 모드를 주기적 동작모드로 전환할 수도 있다. 이 경우 모터(70)나 MCU(10)의 온도가 상기 과열판정온도에 도달할 때까지 기다리지 않고 상기 특정 조건만 만족하면 정해진 설정 주기로 EWP(40)가 가동되므로, 지속적인 발열로 인한 부품의 내구성 저하를 미연에 방지할 수 있다.
냉각시스템의 동작 모드를 주기적 동작모드로 전환시키는 상기 특정 조건은, EWP(40)가 3회 연속 온(On)/오프(Off) 되거나, 전술한 모터(70)의 온도 변화(ΔmT)가 미리 설정된 제1 임계값을 초과하는 경우, 또는 상기 MCU(10)의 온도 변화(ΔpT)가 미리 설정된 제2 임계값을 초과하는 경우일 수 있다.
이하에서는 전술한 냉각시스템의 동작 제어 과정을 첨부 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 2는 전기 이륜차의 냉각시스템 동작에 관한 스테이트 머신을 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 과정을 순서대로 나타낸 흐름도이다. 설명의 편의를 위해 전술한 도 1에 도시된 구성에 대해서는 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전기 이륜차의 시동 키 또는 시동 스위치가 온(Key On 또는 Start Switch On) 되면, 모터온도센서(20)와 제어기온도센서(30) 각각에 의해 모터(70)와 MCU(10)의 온도를 정해진 설정 주기로 센싱을 하는 단계(S100)가 수행된다. 예를 들어, 설정 주기가 5초 이면, MCU(10)의 지령에 따라 모터코일센서와 제어기온도센서(30)는 5초 마다 한 번씩 모터와 MCU(10)에 대한 온도를 센싱할 수 있다.
S100 단계를 통해 센싱된 모터(70)와 MCU(10)에 대한 현재 온도 정보는 MCU(10)에 전달되고, MCU(10)가 이전(설정 주기가 5초인 경우 5초 전)에 획득된 모터와 MCU(10)에 대한 이전 온도 정보와 전달된 현재 온도 정보를 이용하여 EWP(40)를 가동시킬지 여부를 결정함에 있어 활용되는 제1 온도와 제2 온도를 기 입력된 계산식을 활용하여 산출하는 단계(S200)가 진행된다.
여기서, 상기 제1 온도는 상기 S100 단계에서 센싱된 모터(70)의 현재 온도에 모터의 온도 변화(ΔmT)를 더한 값, 즉 모터 현재 온도 + ΔmT와 같은 계산식에 산출되는 값일 수 있으며, 상기 제2 온도는 상기 S100 단계에서 센싱된 MCU(10)의 현재 온도에 MCU의 온도 변화(ΔpT)를 더한 값, 즉 MCU 현재 온도 + ΔpT와 같은 계산식에 의해 산출되는 값일 수 있다.
이때 모터의 온도 변화(ΔmT)는 모터의 온도 변화율((모터의 현재 온도 - 모터의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 0에서 1 사이로 정의되는 쓰로틀 변위값을 곱한 값일 수 있고, MCU의 온도 변화(ΔpT)는 MCU의 온도 변화율((MCU의 현재 온도 - MCU의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 상기 쓰로틀 변위값을 곱한 값일 수 있다.
S200 단계에서 제1 온도와 제2 온도가 산출되면, 이어서 그 산출된 수치, 즉 제1 온도와 제2 온도를 기준값과 비교하여 과열 여부를 판정하고, 그 판정 결과에 따라 EWP(40)를 가동시킬지 결정하는 단계(S300)가 수행된다. S300 단계에서는 구체적으로, 제1 온도가 설정된 제1 과열판정온도 이상이거나 제2 온도가 제2 과열판정온도 이상이면, MCU(10)가 내부 부품 상태를 과열로 판정하고 EWP(40)를 가동(EWP On)시켜 냉각 대상부를 냉각시키게 된다.
EWP(40) 가동에 따라 냉각수가 순환되면 모터(70) 및 MCU(10)의 온도가 떨어지게 되고, 이때 EWP(40) 가동에 따른 냉각수 순환에 따라 모터(70)의 온도 및 MCU(10)의 온도가 각각에 대응하여 설정된 제1 정상판정온도 및 제2 정상판정온도 아래로 떨어지면, MCU(10)에 의해 가동 중에 있던 상기 EWP(40)를 정지(EWP Off)시키는 단계(S400)가 수행된다.
한편, MCU(10)는 EWP(40)가 정지(EWP Off)되면 그 시점에 EWP(40) 동작 횟수와 관련한 카운트를 하나씩 증가시키고, 3회 연속으로 카운트가 증가하면, 다시 말해 EWP(40)가 3회 연속 온(On)/오프(Off)되면, 정해진 설정 주기로 EWP(40)가 가동될 수 있도록 주기적 동작모드로 전환하여 모터나 MCU(10)의 온도가 과열판정온도에 도달할 때까지 기다리지 않고 EWP(40)가 정해진 주기로 가동되도록 제어(S500)할 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 S500 단계에서는 모터의 온도 변화(ΔmT)가 제1 임계값을 초과하거나 상기 MCU(10)의 온도 변화(ΔpT)가 제2 임계값을 초과하는 경우에도, 정해진 설정 주기로 EWP(40)가 가동될 수 있도록 주기적 동작모드로 전환하여 모터나 MCU(10)의 온도가 과열판정온도에 도달할 때까지 기다리지 않고 EWP(40)가 설정 시간 동안 정해진 주기로 가동되도록 제어할 수도 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따르면, 외기온 센서와 같은 별도의 하드웨어적인 추가 구성 없이 전기 이륜차에 기 적용된 센서들을 활용하여 소프트웨어적인 개선만으로 전기 이륜차에 대한 효율적인 냉각을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 냉각시스템 동작 상태가 미리 설정된 특정 조건을 만족하면, 냉각시스템의 동작 모드를 주기적 동작모드로 전환시키도록 구성됨으로써, 모터나 MCU의 온도가 시스템 과열판정온도에 도달할 때까지 기다리지 않고 특정 조건만 만족하면 정해진 설정 주기로 EWP가 가동되어 지속적인 발열로 인한 부품의 내구성 저하를 미연에 방지할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 전기 이륜차 냉각시스템
10 : 모터 제어기(MCU)
20 : 모터코일온도센서
30 : 제어기온도센서
40 : 전동식 워터펌프(EWP)
50 : 리저버
60 : 라디에이터
70 : 모터
80 : 쓰로틀
10 : 모터 제어기(MCU)
20 : 모터코일온도센서
30 : 제어기온도센서
40 : 전동식 워터펌프(EWP)
50 : 리저버
60 : 라디에이터
70 : 모터
80 : 쓰로틀
Claims (12)
- 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법에 있어서,
(a) 시동 키 또는 시동 스위치가 온(Key On 또는 Start Switch On) 되면, 모터 및 모터 제어기의 온도를 정해진 설정 주기로 센싱하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계를 통해 센싱된 모터와 모터 제어기에 대한 현재 온도 정보와 이전에 획득된 모터와 모터 제어기에 대한 이전 온도 정보를 이용하여 전동식 워터펌프(Electric Water Pump)를 가동시킬지 여부를 결정함에 있어 활용되는 제1 온도와 제2 온도를 산출하는 단계;
(c) 상기 제1 온도가 설정된 제1 과열판정온도 이상이거나 제2 온도가 제2 과열판정온도 이상이면, 상기 전동식 워터펌프를 가동(전동식 워터펌프 On)시켜 냉각 대상부를 냉각하는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계에서 전동식 워터펌프 가동에 따른 냉각수 순환으로 모터의 온도 및 모터 제어기의 온도가 각각에 대응하여 설정된 제1 정상판정온도 및 제2 정상판정온도 아래로 떨어지면 상기 전동식 워터펌프를 정지(전동식 워터펌프 Off)시키는 단계;를 포함하는 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 온도는 상기 (a) 단계에서 센싱된 모터의 현재 온도에 모터의 온도 변화(ΔmT)를 더한 값(모터 현재 온도 + ΔmT)이고,
상기 제2 온도는 상기 (a) 단계에서 센싱된 모터 제어기의 현재 온도에 모터 제어기의 온도 변화(ΔpT)를 더한 값(모터 제어기 현재 온도 + ΔpT)인 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 모터의 온도 변화(ΔmT)는 모터의 온도 변화율((모터의 현재 온도-모터의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 0에서 1 사이로 정의되는 쓰로틀 변위값을 곱한 값이며,
상기 모터 제어기의 온도 변화(ΔpT)는 모터 제어기의 온도 변화율((모터 제어기의 현재 온도-모터 제어기의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 상기 쓰로틀 변위값을 곱한 값인 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법.
- 제 2 항에 있어서,
(e) 특정 조건을 만족하면 정해진 설정 주기로 상기 전동식 워터펌프가 가동될 수 있도록 주기적 동작모드로 전환시키는 단계;를 더 포함하는 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 전동식 워터펌프가 3회 연속 온(On)/오프(Off) 되면, 상기 특정 조건을 만족하는 것으로 판단하는 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 모터의 온도 변화(ΔmT)가 제1 임계값을 초과하거나 상기 모터 제어기의 온도 변화(ΔpT)가 제2 임계값을 초과하면, 상기 특정 조건을 만족하는 것으로 판단하는 전기 이륜차의 냉각시스템 동작 제어 방법.
- 모터 제어기;
전기 이륜차의 모터의 내부 코일의 온도를 정해진 설정 주기로 센싱하는 모터코일온도센서;
상기 모터의 출력을 제어하는 상기 모터 제어기의 온도를 정해진 설정 주기로 센싱하는 제어기온도센서;
상기 모터코일온도센서와 제어기온도센서가 설정 주기로 센싱하는 모터 및 모터 제어기의 온도에 따라 상기 모터 제어기에 의해 가동되는 전동식 워터펌프(Electric Water Pump); 및
상기 전동식 워터펌프의 가동에 따라 냉각 대상부를 이동하면서 온도가 상승된 냉각수의 온도를 낮추는 라디에이터;를 포함하며,
상기 모터코일온도센서와 제어기온도센서가 센싱한 모터와 모터 제어기에 대한 현재 온도 정보가 상기 모터 제어기로 전달되고,
상기 모터 제어기는 전달받은 모터와 모터 제어기에 대한 현재 온도 정보와 이전에 획득된 모터와 모터 제어기에 대한 이전 온도 정보를 이용하여 상기 전동식 워터펌프(40)(Electric Water Pump)의 가동 여부를 결정함에 있어 활용되는 제1 온도와 제2 온도를 미리 설정된 계산식을 이용하여 산출하며,
산출된 상기 제1 온도가 제1 과열판정온도 이상이거나 제2 온도가 제2 과열판정온도 이상이면 상기 전동식 워터펌프를 가동(전동식 워터펌프 On)시키는 전기 이륜차의 냉각시스템.
- 제 7 항에 있어서,
상기 모터 제어기는,
상기 전동식 워터펌프 가동에 따른 냉각수 순환으로 상기 모터의 온도 및 모터 제어기의 온도가 각각에 대응하여 설정된 제1 정상판정온도 및 제2 정상판정온도 아래로 떨어지면 상기 전동식 워터펌프를 정지(전동식 워터펌프 Off)시키는 전기 이륜차의 냉각시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 모터 제어기는,
냉각시스템의 동작 상태가 특정 조건을 만족하면, 주기적 동작모드로 전환하여 정해진 설정 주기로 상기 전동식 워터펌프가 가동되도록 하는 전기 이륜차의 냉각시스템.
- 제 9 항에 있어서,
상기 전동식 워터펌프가 3회 연속 온(On)/오프(Off) 되면, 상기 특정 조건을 만족하는 것으로 모터 제어기가 판단하는 전기 이륜차의 냉각시스템.
- 제 9 항에 있어서,
상기 모터의 온도 변화(ΔmT)가 제1 임계값을 초과하거나 상기 모터 제어기(10)의 온도 변화(ΔpT)가 제2 임계값을 초과하면, 상기 특정 조건을 만족하는 것으로 모터 제어기가 판단하는 전기 이륜차의 냉각시스템.
- 제 7 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 제1 온도는 모터코일온도센서에 의해 센싱된 모터의 현재 온도에 모터의 온도 변화(ΔmT)를 더한 값(모터 현재 온도 + ΔmT)으로서, 상기 모터의 온도 변화(ΔmT)는 모터의 온도 변화율((모터의 현재 온도-모터의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 0에서 1 사이로 정의되는 쓰로틀 변위값을 곱한 값이며,
상기 제2 온도는 상기 제어기온도센서에 의해 센싱된 모터 제어기의 현재 온도에 모터 제어기의 온도 변화(ΔpT)를 더한 값(모터 제어기 현재 온도 + ΔpT)으로서, 상기 모터 제어기의 온도 변화(ΔpT)는 모터 제어기의 온도 변화율((모터 제어기의 현재 온도-모터 제어기의 이전 온도)/(현재 시간 - 이전 시간))에 상기 설정 주기와 상기 쓰로틀 변위값을 곱한 값인 전기 이륜차의 냉각시스템.
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| KR101945744B1 (ko) | 2012-11-23 | 2019-02-11 | 현대모비스 주식회사 | 인휠 모터의 냉각 방법 및 그 장치 |
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| KR101945744B1 (ko) | 2012-11-23 | 2019-02-11 | 현대모비스 주식회사 | 인휠 모터의 냉각 방법 및 그 장치 |
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