KR20040017664A - 전기 차량의 냉각 팬 제어장치 및 방법 - Google Patents

전기 차량의 냉각 팬 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 차량의 배터리 충전시 냉각 팬 모터를 충전기의 온도에 따라 고속 또는 저속으로 제어하여 배터리 충전 효율을 향상시킬 수 있는 전기 차량의 냉각 팬 제어장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 전기 차량의 냉각 팬 제어장치에 있어서, 배터리 충전 모드 상태에서 검출되는 충전기 온도에 따라 제1 트랜지스터(Tr1)와 제2 트랜지스터(Tr2)의 턴 온/ 턴 오프(Turn ON/OFF) 동작상태를 단속하는 모터 제어기(MCU)와; 상기 모터 제어기(MCU)와 배터리 사이에서 각각의 제1, 제2 퓨즈(FUSE1, 2)를 통해 전기적인 회로를 연결하며, 상기 제1 트랜지스터(Tr1)의 턴 온/ 턴 오프 상태에 따라 온/오프(ON/OFF)로 동작하는 제1, 제2 팬 릴레이(FAN #1, #2 RELAY)와; 상기 모터 제어기(MCU)와 배터리 사이에서 제3 퓨즈(FUSE3)를 통해 전기적인 회로를 연결하며, 상기 제2 트랜지스터(Tr2)의 턴 온/턴 오프 상태에 따라 온/오프(ON/OFF)로 동작하는 제3 팬 릴레이와(FAN #3 RELAY); 상기 제1 퓨즈와 제3 퓨즈를 통하여 각각 12V 배터리 전원을 공급받아 회전하는 제1, 제2 냉각 팬 모터(FAN MOTOR #1, #2)를 포함하여 구성한다.

Description

전기 차량의 냉각 팬 제어장치 및 방법{COOLING FAN CONTROLLING DEVICE OF ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 전기 차량에 관한 것으로서, 특히 전기 차량의 냉각 팬 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 전기 차량의 배터리(160) 충전 및 냉각 팬 제어장치의 구성 및 동작을 설명한다.
먼저, 전기 차량의 충전은 도 1에 도시된 바와 같이 단상 교류 220V의 전원(100)을 충전기(110)의 충전 포트(Charge Port)에 공급하면 모터 제어기(120)(MCU ; Motor Control Unit)가 충전기(110)의 입력전원을 감지한다.
이때, 모터 제어기(120)(MCU)의 동작상태는 도 2의 (S210)에서와 같이 충전 모드(Charging Mode)로 기동(Wake Up)되고 배터리 제어기(130)(BMS ; Battery Management System), 냉각수 펌프(140) 및 냉각 팬 모터(150)를 온(ON)으로 동작시킨다.(S212)
도 3에 도시된 종래 기술의 냉각 팬 제어 회로도를 참조하면, 종래에는 모터 제어기(120)(MCU)가 충전 모드로 동작하여 배터리(160) 충전이 시작되면 모터 제어기(120)(MCU)의 트랜지스터(Tr1)는 충전기(110)의 온도에 상관없이 항상 턴 온(Turn On)되어 팬 릴레이(FAN #1, #2, #3 Relay)를 동시에 온(ON)으로 동작시킨다.
이러한 상태에서 냉각 팬 모터(150)(FAN MOTOR #1, #2)는 병렬 연결로 제1 퓨즈(FUSE1)와 제3 퓨즈(FUSE3)를 통하여 각각 12V 배터리(160) 전원을 공급받아 고속으로 회전하게 된다.
그리고, 배터리 제어기(130)(BMS)는 배터리(160)의 전압, 온도를 측정하여 데이터를 모터 제어기(120)(MCU)에 보낸다.
모터 제어기(120)(MCU)는 이 데이터를 수집, 분석하여 배터리(160) 충전 가능 여부를 판단한다.(S214)
여기서, 배터리(160) 충전 가능 여부는 충전기(110)의 온도가 설정온도(60℃) 미만인 경우에 해당된다.
즉, 모터 제어기(120)(MCU)는 충전기(110)의 온도가 설정온도 미만이면 충전장치에 이상이 없다고 판단하여 도 2의 (S216)으로 진행한다.
이어서, 충전기(110)를 온(ON) 동작시켜 배터리(160) 충전을 시작하며 충전기(110)로부터 배터리(160) 충전 전류를 1A씩 점진적으로 증가시켜 13.5A로 배터리(160) 충전량이 100% 충전된 상태가 되도록 제어한다.(S218)
배터리(160) 충전 전류가 증가함에 따라 충전기(110)에서 점점 더 많은 열이 발생하게 되는데 이 열을 식히기 위해서 모터 제어기(120)(MCU)가 냉각수 펌프(140)와 냉각 팬 모터(150)를 구동하여 충전기(110)를 냉각시키며 배터리(160) 충전량이 100% 충전 완료되면 모터 제어기(120)(MCU)는 충전기(110), 배터리 제어기(130)(BMS), 냉각수 펌프(140) 및 냉각 팬 모터(150)의 작동을 중지시킨다.(S220)
배터리(160) 충전시 냉각 팬 모터(150)의 회전속도는 충전기(110)의 온도 정도에 따라 고온일 때는 고속 회전, 저온일 때는 저속 회전으로 적합하게 제어되어야 냉각 팬의 소음을 줄이고 충전효율이 좋아진다.
그런데, 종래에는 충전기(110)의 온도가 높고 낮음에 상관없이 항상 냉각 팬 모터(150)를 고속으로만 회전시킴으로써 저온시 냉각 팬의 고속 회전에 의한 불필요한 전력 낭비로 충전 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 냉각 팬 모터(150)의 고속 회전시 소음 크기가 90dB정도로 저속 회전시 53dB, 정지시 49dB에 비해 상당히 높아 차량의 실내에서 대화가 불가능할 정도의 소음 공해가 발생하였다.
그리고, 충전기(110) 온도가 60℃를 넘게 되면 모터 제어기(120)(MCU)가 충전기(110) 보호를 위하여 배터리(160) 충전을 중단시키는데 충전기(110) 온도가 60℃이하로 떨어지더라도 충전 포트를 리셋(Reset)하지 않으면 충전기(110)가 재동작되지 않으므로 충전이 되지 않는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 전기 차량의 배터리 충전시 냉각 팬 모터를 충전기의 온도에 따라 고속 또는 저속으로 제어하여 배터리 충전 효율을 향상시킬 수 있는 전기 차량의 냉각 팬 제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 전기 차량의 충전 및 냉각 팬 제어를 위한 블록 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 전기 차량의 충전 및 냉각 팬 제어 흐름도.
도 3은 종래 기술에 따른 전기 차량의 냉각 팬 제어 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량의 냉각 팬 제어 회로도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량의 충전 및 냉각 팬 제어 흐름도.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전기 차량의 냉각 팬 제어장치에 있어서, 배터리 충전 모드 상태에서 검출되는 충전기 온도에 따라 제1 트랜지스터(Tr1)와 제2 트랜지스터(Tr2)의 턴 온/ 턴 오프(Turn ON/OFF) 동작상태를 단속하는 모터 제어기(MCU)와; 상기 모터 제어기(MCU)와 배터리 사이에서 각각의 제1, 제2 퓨즈(FUSE1, 2)를 통해 전기적인 회로를 연결하며, 상기 제1 트랜지스터(Tr1)의 턴 온/ 턴 오프 상태에 따라 온/오프(ON/OFF)로 동작하는 제1, 제2 팬 릴레이(FAN #1, #2 RELAY)와; 상기 모터 제어기(MCU)와 배터리 사이에서 제3 퓨즈(FUSE3)를 통해 전기적인 회로를 연결하며, 상기 제2 트랜지스터(Tr2)의 턴 온/턴 오프 상태에 따라 온/오프(ON/OFF)로 동작하는 제3 팬 릴레이와(FAN #3 RELAY); 상기 제1 퓨즈와 제3 퓨즈를 통하여 각각 12V 배터리 전원을 공급받아 회전하는 제1, 제2 냉각 팬 모터(FAN MOTOR #1, #2)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전기 차량의 냉각 팬제어방법에 있어서, 배터리 충전 모드 상태에서 검출되는 충전기 온도와 제1 설정 온도를 비교하는 단계와; 상기 검출된 충전기 온도가 제1 설정온도 이상이면 냉각수 펌프와 냉각 팬 모터를 고속으로 구동하여 충전기를 냉각시키는 충전기 냉각 제어동작을 수행하는 단계와; 상기 검출된 충전기 온도가 제1 설정온도 이하이면 충전기를 통해 배터리 충전 동작을 수행하도록 배터리 충전 제어동작을 수행하는 단계와; 상기 검출된 충전기 온도가 제1 설정온도와 제2 설정온도 사이에 해당되면 냉각 팬 모터를 고속으로 회전하게 구동시키도록 냉각 팬 모터 고속 구동 제어동작을 수행하는 단계와; 상기 검출된 충전기 온도가 제2 설정온도 이하이면, 냉각 팬 모터를 저속으로 회전하게 구동시키도록 냉각 팬 모터 저속 구동 제어동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량의 냉각 팬 제어장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 전기 차량의 냉각 팬 제어장치에 있어서, 모터 제어기(MCU), 제1, 제2 팬 릴레이(FAN #1, #2 RELAY), 제3 팬 릴레이와(FAN #3RELAY), 제1, 제2 냉각 팬 모터(FAN MOTOR #1, #2)를 포함하여 구성한다.
모터 제어기(MCU)는 배터리 충전 모드 상태에서 검출되는 충전기 온도에 따라 제1 트랜지스터(Tr1)와 제2 트랜지스터(Tr2)의 턴 온/ 턴 오프(Turn ON/OFF) 동작상태를 단속한다.
예를 들어, 모터 제어기(MCU)는 충전기의 온도를 측정하여 검출된 충전기 온도가 제1 설정온도(60℃) 이상이면 냉각수 펌프와 냉각 팬 모터를 고속으로 구동하여 충전기를 냉각시키도록 충전기 냉각 제어신호를 발생한다.
또한, 모터 제어기(MCU)는 충전기 온도가 제1 설정온도(60℃) 이하이면 충전기를 통해 배터리 충전 동작을 수행하도록 배터리 충전 제어신호를 발생한다.
또한, 모터 제어기(MCU)는 충전기 온도가 제1 설정온도(60℃)와 제2 설정온도(50℃) 사이에 해당되면 제1 트랜지스터(Tr1)와 제2 트랜지스터(Tr2)를 턴 온(Turn On)시켜 제1, 제2 냉각 팬 모터(FAN MOTOR #1, #2)를 고속으로 회전하게 구동시키도록 냉각 팬 모터 고속 구동 제어신호를 발생한다.
또한, 모터 제어기(MCU)는 충전기 온도가 제2 설정온도(50℃) 이하이면, 제1 트랜지스터(Tr1)를 턴 오프(Turn Off), 제2 트랜지스터(Tr2)를 턴 온(Turn On)시켜 제1, 제2 냉각 팬 모터(FAN MOTOR #1과 #2)를 저속으로 회전하게 구동시키도록 냉각 팬 모터 저속 구동 제어신호를 발생한다.
또한, 모터 제어기(MCU)는 배터리 충전량이 설정값(100%) 이상 충전된 상태가 될 때까지 냉각 팬 모터 저속 구동 제어신호를 발생한다.
제1, 제2 팬 릴레이(FAN #1, #2 RELAY)는 모터 제어기(MCU)와 배터리 사이에서 각각의 제1, 제2 퓨즈(FUSE1, 2)를 통해 전기적인 회로를 연결하며, 제1 트랜지스터(Tr1)의 턴 온/ 턴 오프 상태에 따라 온/오프(ON/OFF)로 동작한다.
제3 팬 릴레이와(FAN #3 RELAY)는 모터 제어기(MCU)와 배터리 사이에서 제3 퓨즈(FUSE3)를 통해 전기적인 회로를 연결하며, 제2 트랜지스터(Tr2)의 턴 온/턴 오프 상태에 따라 온/오프(ON/OFF)로 동작한다.
제1, 제2 냉각 팬 모터(FAN MOTOR #1, #2)는 제1 퓨즈와 제3 퓨즈를 통하여 각각 12V 배터리 전원을 공급받아 회전한다.
도 4와 도 5를 참조하여 전기 차량의 배터리 충전 및 냉각 팬 제어방법을 설명한다.
먼저, 전기 차량의 충전은 교류 220V의 전원을 충전기의 충전 포트(Charge Port)에 공급하면 모터 제어기(MCU)가 충전기의 입력전원을 감지하고, 모터 제어기(MCU)의 동작상태는 도 5의 (S510)에서와 같이 충전 모드(Charging Mode)로 기동(Wake Up)되고 배터리 제어기(BMS ; Battery Management System)를 온(ON)으로 동작시킴을 가정한다.
이러한 상태에서 배터리 제어기(BMS)는 배터리(Battery)의 전압, 온도를 측정하여 데이터를 모터 제어기(MCU)에 보낸다.
모터 제어기(MCU)는 이 데이터를 수집, 분석하여 배터리 충전 가능 여부를 판단한다.
여기서, 배터리 충전 가능 여부는 충전기의 온도가 제1 설정온도(60℃) 미만인 경우에 해당된다.
즉, 모터 제어기(MCU)는 (S512)에서 충전기의 온도가 제1 설정온도(60℃) 미만이면 (S514)으로 진행하여 배터리 충전동작을 수행한다.
이와는 반대로, 모터 제어기(MCU)는 (S512)에서 충전기의 온도가 제1 설정온도(60℃)를 초과하면 (S516)으로 진행하여 냉각수 펌프와 냉각 팬 모터를 고속으로 구동하여 충전기를 냉각시키는 동작을 수행한다.
즉, 본 발명의 실시예는 배터리 충전이 시작되기 전에 모터 제어기(MCU)가 충전기의 온도를 측정하여 제1 설정온도(60℃) 이상일 때는 곧바로 배터리 충전을 시작하지 않고 냉각수 펌프와 냉각 팬 모터를 고속으로 구동하여 충전기를 냉각시킨다.
상기한 바와 같이 충전기 온도가 제1 설정온도(60℃) 이하일 때에 배터리 충전을 시작한 상태에서, 모터 제어기(MCU)는 충전기 온도가 제2 설정온도(50℃) 이하로 내려가면 냉각 팬 모터를 저속으로 작동하게 한다.(S518~S520)
즉, 충전기 온도가 제2 설정온도(50℃) 이하일 때는 모터 제어기(MCU)의 제1 트랜지스터(Tr1)는 턴 오프(Turn Off), 제2 트랜지스터(Tr2)는 턴 온(Turn On)된다.
이때, 제1, 제2 팬 릴레이(FAN #1, #2 RELAY)는 오프(OFF)되고, 제3 팬 릴레이(FAN #3 RELAY)만 온(ON) 된다.
그리고, 제1, 제2 냉각 팬 모터(FAN MOTOR #1과 #2)는 직렬 연결로 제3 퓨즈(FUSE3)를 통하여 12V 배터리 전원을 공급받아 저속으로 회전하게 된다.
이어서, 충전기로부터 배터리 충전 전류를 점진적으로 증가시켜 배터리 충전량이 100% 충전된 상태가 되도록 제어한다.(S524)
배터리 충전 전류가 증가함에 따라 충전기에서 점점 더 많은 열이 발생하게 되는데 이 열을 식히기 위해서 모터 제어기(MCU)가 냉각수 펌프와 냉각 팬 모터를 구동하여 충전기를 냉각시키며 배터리 충전량이 100% 충전 완료되면 모터 제어기(MCU)는 (S526)으로 진행하여 충전기, 배터리 제어기(BMS), 냉각수 펌프 및 냉각 팬 모터의 작동을 중지시킨다.
한편, 모터 제어기(MCU)가 충전 모드로 동작하여 충전기 온도가 제1 설정온도와 제2 설정온도 사이(50~60℃)에 있을 때는 제1 트랜지스터(Tr1)와 제2 트랜지스터(Tr2)를 동시에 턴 온(Turn On)시킨다.
이때, 제1 내지 제3 팬 릴레이(FAN #1, #2, #3 RELAY)는 온(ON)으로 동작한다.
그리고, 제1, 제2 냉각 팬 모터(FAN MOTOR #1, #2)는 제1 퓨즈(FUSE1)와 제3 퓨즈(FUSE3)를 통하여 각각 12V 배터리 전원을 공급받아 고속으로 회전한다.(S522)
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 차량의 냉각 팬 제어장치 및 방법은 배터리 충전시 냉각 팬 모터를 항상 고속회전으로 작동시켰던 것을 냉각 팬 제어 회로 및 충전기의 온도에 따라 고속 또는 저속으로 적절히 제어하게 변경함으로써 냉각 팬의 소음을 줄이고, 불필요한 전력 낭비 방지로 충전 효율을 높이며, 충전기 과열로 인한 충전 중단 현상을 방지하고 배터리를 안전하게 100% 충전할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 전기 차량의 냉각 팬 제어장치에 있어서,
    배터리 충전 모드 상태에서 검출되는 충전기 온도에 따라 제1 트랜지스터 (Tr1)와 제2 트랜지스터(Tr2)의 턴 온/ 턴 오프(Turn ON/OFF) 동작상태를 단속하는 모터 제어기(MCU)와;
    상기 모터 제어기(MCU)와 배터리 사이에서 각각의 제1, 제2 퓨즈(FUSE1, 2)를 통해 전기적인 회로를 연결하며, 상기 제1 트랜지스터(Tr1)의 턴 온/ 턴 오프 상태에 따라 온/오프(ON/OFF)로 동작하는 제1, 제2 팬 릴레이(FAN #1, #2 RELAY)와;
    상기 모터 제어기(MCU)와 배터리 사이에서 제3 퓨즈(FUSE3)를 통해 전기적인 회로를 연결하며, 상기 제2 트랜지스터(Tr2)의 턴 온/턴 오프 상태에 따라 온/오프(ON/OFF)로 동작하는 제3 팬 릴레이와(FAN #3 RELAY);
    상기 제1 퓨즈와 제3 퓨즈를 통하여 각각 12V 배터리 전원을 공급받아 회전하는 제1, 제2 냉각 팬 모터(FAN MOTOR #1, #2)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 냉각 팬 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터 제어기(MCU)는 충전기의 온도를 측정하여 검출된 충전기 온도가 제1 설정온도 이상이면 냉각수 펌프와 냉각 팬 모터를 고속으로 구동하여 충전기를 냉각시키도록 충전기 냉각 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 냉각 팬 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모터 제어기(MCU)는 충전기 온도가 제1 설정온도 이하이면 충전기를 통해 배터리 충전 동작을 수행하도록 배터리 충전 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 냉각 팬 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모터 제어기(MCU)는 충전기 온도가 제1 설정온도와 제2 설정온도 사이에 해당되면 상기 제1 트랜지스터(Tr1)와 제2 트랜지스터(Tr2)를 턴 온(Turn On)시켜 제1, 제2 냉각 팬 모터(FAN MOTOR #1, #2)를 고속으로 회전하게 구동시키도록 냉각 팬 모터 고속 구동 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 냉각 팬 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 모터 제어기(MCU)는 충전기 온도가 제2 설정온도 이하이면, 상기 제1 트랜지스터(Tr1)를 턴 오프(Turn Off), 제2 트랜지스터(Tr2)를 턴 온(Turn On)시켜 제1, 제2 냉각 팬 모터(FAN MOTOR #1과 #2)를 저속으로 회전하게 구동시키도록 냉각 팬 모터 저속 구동 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 냉각 팬 제어장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 모터 제어기(MCU)는 배터리 충전량이 설정값 이상 충전된 상태가 될 때까지 냉각 팬 모터 저속 구동 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 냉각 팬 제어장치.
  7. 전기 차량의 냉각 팬 제어방법에 있어서,
    배터리 충전 모드 상태에서 검출되는 충전기 온도와 제1 설정 온도를 비교하는 단계와;
    상기 검출된 충전기 온도가 제1 설정온도 이상이면 냉각수 펌프와 냉각 팬 모터를 고속으로 구동하여 충전기를 냉각시키는 충전기 냉각 제어동작을 수행하는 단계와;
    상기 검출된 충전기 온도가 제1 설정온도 이하이면 충전기를 통해 배터리 충전 동작을 수행하도록 배터리 충전 제어동작을 수행하는 단계와;
    상기 검출된 충전기 온도가 제1 설정온도와 제2 설정온도 사이에 해당되면 냉각 팬 모터를 고속으로 회전하게 구동시키도록 냉각 팬 모터 고속 구동 제어동작을 수행하는 단계와;
    상기 검출된 충전기 온도가 제2 설정온도 이하이면, 냉각 팬 모터를 저속으로 회전하게 구동시키도록 냉각 팬 모터 저속 구동 제어동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 냉각 팬 제어방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 냉각 팬 모터 저속 구동 제어동작을 수행하는 단계는 배터리 충전량이 설정값 이상 충전된 상태가 될 때까지 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 차량의 냉각 팬 제어장치.
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