KR20120046980A - 차량의 배터리 시스템 냉각 장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량에 탑재된 배터리가 차량의 실내온도나 에어컨 및 히터의 작동 등에 종속되지 않고, 항상 적절한 온도 범위 내에서 작동될 수 있도록 배터리와 PE장치를 가열 및 냉각시킬 수 있도록 하여, 배터리의 적절한 작동성능 및 그 내구성을 안정되게 확보하고, 차량의 냉시동 성능도 향상시킬 수 있도록 한 차량의 배터리 시스템 냉각 장치 및 제어방법을 제공한다.

Description

차량의 배터리 시스템 냉각 장치 및 제어방법{Cooling Apparatus for Battery System of Vehicle and Control Method thereof}

본 발명은 차량의 배터리 시스템 냉각 장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 차량이나, 플러그인 자동차 및 전기자동차 등에 탑재되는 배터리 시스템을 냉각시키는 장치의 구조 및 그 제어 방법에 관한 기술이다.

최근 차량에는 차량의 구동력 중 적어도 일부분을 제공할 수 있도록 하는 전기모터 및 이를 구동하기 위한 배터리가 탑재되는 추세이다.

상기한 바와 같은 배터리는 전기를 충전 및 방전하는 동안 열을 발생시키고, 상기 배터리에 연결되어 배터리를 출입하는 전기를 조작하는 인버터와 컨버터 등을 포함하여 이루어진 PE(Power Electronic)장치도 그 작동에 따른 열이 발생되며, 이들에서 발생되는 열은 적절한 수단에 의해 냉각되어야 한다.

또한, 상기 배터리는 적절한 작동 온도 범위가 있어서, 지나치게 낮은 온도에서는 적절한 성능을 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 배터리의 내구성도 저하되므로, 적절한 가열 조치가 필요하다.

종래에는 주로 차량 실내의 공기를 이용해서 배터리와 PE장치를 냉각시키는 단순한 구성을 가지고 있어서, 배터리와 PE장치의 작동 성능이 차량 실내온도에 크게 영향을 받으며, 그에 따라 에어컨과 히터의 작동 및 그 온도 조절 기능에 크게 좌우되는 경향이 있고, 추운 겨울에는 냉시동 성능이 적절히 확보되기 어려운 실정이다.

본 발명은 차량에 탑재된 배터리가 차량의 실내온도나 에어컨 및 히터의 작동 등에 종속되지 않고, 항상 적절한 온도 범위 내에서 작동될 수 있도록 배터리와 PE장치를 가열 및 냉각시킬 수 있도록 하여, 배터리의 적절한 작동성능 및 그 내구성을 안정되게 확보하고, 차량의 냉시동 성능도 향상시킬 수 있도록 한 차량의 배터리 시스템 냉각 장치 및 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 배터리 시스템 냉각 장치는

배터리 및 PE장치로 온도조절유체를 공급하도록 구비된 흡입덕트와;

흡열부와 발열부를 구비하고 전기를 공급받아 상기 흡열부에서 열을 흡수하고 상기 발열부에서 발열하는 열전소자와;

상기 흡입덕트의 온도조절유체가 상기 열전소자의 흡열부에 접촉하면서 유동하는 상태와 발열부에 접촉하면서 유동하는 상태를 조절할 수 있도록 구비된 유동조절수단과;

상기 열전소자와 유동조절수단을 제어하는 컨트롤러;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 차량의 배터리 시스템 냉각 장치 제어방법은

운전자의 차량 접근을 판단하는 단계와;

운전자의 차량 접근시 배터리의 온도를 측정하는 단계와;

상기 배터리의 온도가 한계온도 이하인지의 여부를 판단하는 단계와;

상기 배터리의 온도가 한계온도 이하인 경우, 상기 청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항의 열전소자를 구동하고, 상기 흡입덕트로 공급되는 모든 온도조절유체가 상기 열전소자의 흡열부에 접촉하면서 유동하도록 상기 유동조절수단을 제어하는 단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 차량의 배터리 시스템 냉각 장치 제어방법은

차량의 시동이 이루어진 상태에서, 배터리의 온도를 측정하는 단계와;

상기 배터리의 온도가 최적온도 범위 이내인지를 판단하는 단계와;

상기 배터리의 온도가 상기 최적온도 범위 이내가 아닌 경우, 상기 청구항 1 내지 4항의 열전소자를 구동하고, 상기 배터리의 온도가 상기 최적온도 범위 이내가 되도록 상기 유동조절수단을 제어하는 단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 차량에 탑재된 배터리가 차량의 실내온도나 에어컨 및 히터의 작동 등에 종속되지 않고, 항상 적절한 온도 범위 내에서 작동될 수 있도록 배터리와 PE장치를 가열 및 냉각시킬 수 있도록 하여, 배터리의 적절한 작동성능 및 그 내구성을 안정되게 확보하고, 차량의 냉시동 성능도 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 배터리 시스템 냉각 장치의 구성을 설명한 도면,
도 2와 도 3은 각각 본 발명에 따른 차량의 배터리 시스템 냉각 장치 제어방법을 설명한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 배터리 및 PE장치로 온도조절유체를 공급하도록 구비된 흡입덕트(1)와; 흡열부(3)와 발열부(5)를 구비하고 전기를 공급받아 상기 흡열부(3)에서 열을 흡수하고 상기 발열부(5)에서 발열하는 열전소자(7)와; 상기 흡입덕트(1)의 온도조절유체가 상기 열전소자(7)의 흡열부(3)에 접촉하면서 유동하는 상태와 발열부(5)에 접촉하면서 유동하는 상태를 조절할 수 있도록 구비된 유동조절수단(9)과; 상기 열전소자(7)와 유동조절수단(9)을 제어하는 컨트롤러(11)를 포함하여 구성된다.

즉, 배터리 및 PE장치로 공급되는 온도조절유체를 상기 열전소자(7)를 이용하여 적극적으로 가열하거나 냉각시킬 수 있도록 함으로써, 차량 실내온도나 에어컨 및 히터의 작동 여부에 대하여 독립적으로 배터리 및 PE장치의 온도를 조절할 수 있도록 한 것이다.

여기서, 상기 온도조절유체는 통상 종래와 같이 차량의 실내에서 흡입되는 공기가 될 수도 있고, 차량의 외부로부터 흡입되는 공기가 될 수도 있고, 별도로 순환할 수 있도록 된 냉각수와 같은 액체가 될 수도 있을 것이다.

본 실시예에서, 상기 열전소자(7)는 상기 흡열부(3)와 발열부(5)가 포개어진 단일 평판형태로 이루어지고, 상기 흡입덕트(1)를 유동하는 온도조절유체의 유동방향을 따라 긴 평면을 형성하면서, 상기 흡입덕트(1)의 일부 구간에 온도조절유체의 흐름을 2갈래로 나누는 격벽을 이루도록 설치된다.

따라서, 상기 열전소자(7)에 상기 컨트롤러(11)가 전기를 공급하면, 상기 열전소자(7)의 흡열부(3)에서는 접촉하면서 유동하는 온도조절유체로부터 열을 흡수하고, 상기 발열부(5)에서는 접촉하면서 유동하는 온도조절유체에 열을 공급하게 된다.

본 실시예에서, 상기 유동조절수단(9)은 회동되는 플랩으로 상기 온도조절유체를 상기 격벽으로 나뉘어진 흡입덕트(1)의 어느 일측 또는 양측으로 유동시키는 상태를 전환할 수 있도록 설치된 플랩밸브(13)로 구성된다. 물론, 이외에도 상기 열전소자(7)로 나뉘어진 흡입덕트(1)의 각각을 별도로 개폐하도록 별도로 구비된 밸브장치들로 상기 유동조절수단(9)을 구성할 수도 있을 것이다.

본 실시예에서 상기 흡입덕트(1)에는 상기 열전소자(7)의 하류에 상기 온도조절유체의 온도를 측정하기 위한 흡입온도센서(15)가 더 구비되고, 상기 컨트롤러(11)는 상기 흡입온도센서(15)로부터의 신호를 입력 받아, 상기 열전소자(7)를 제어하도록 형성된다.

물론, 상기 배터리에는 배터리의 온도를 측정하는 별도의 온도센서가 구비되는 경우가 많은 바, 상기 흡입덕트(1)의 온도센서는 상기 열전소자(7)와 유동조절수단(9)에 의해 온도조절이 이루어진 온도조절유체의 온도를 측정하여 상기 열전소자(7)와 유동조절수단(9)을 즉각적으로 피이드백 제어할 수 있도록 함으로써, 더욱 신속하고 정확한 배터리의 온도 조절이 가능하도록 하기 위한 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명 실시예의 작동은 하기의 두 가지 제어방법에 따라 구현될 수 있는바, 차량의 시동전에 제어하는 방법와, 차량의 시동이 이루어진 후에 제어하는 방법이 있다.

먼저 차량의 시동 전에 제어가 이루어지는 것을 도 2를 참조하여 살펴보면, 운전자의 차량 접근을 판단하는 단계(S10)와; 운전자의 차량 접근시 배터리의 온도를 측정하는 단계(S20)와; 상기 배터리의 온도가 한계온도 이하인지의 여부를 판단하는 단계(S30)와; 상기 배터리의 온도가 한계온도 이하인 경우, 상기 청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항의 열전소자(7)를 구동하고, 상기 흡입덕트(1)로 공급되는 모든 온도조절유체가 상기 열전소자(7)의 흡열부(3)에 접촉하면서 유동하도록 상기 유동조절수단(9)을 제어하는 단계(S40)를 포함하여 구성된다.

즉, 스마트키나 스마트폰 등의 스마트장치를 소지한 운전자가 차량에 접근하는지의 여부를 감시하고 있다가, 운전자의 접근이 감지되면, 그 때 차량에 탑재되어 있는 배터리의 온도가 한계온도 이하인지를 판단하여, 상기 열전소자(7)와 유동조절수단(9)을 그에 맞게 제어함으로써, 냉시동 상황시 신속하게 배터리의 온도를 상승시켜서 원활한 차량의 시동성을 확보할 수 있도록 하는 것이다.

여기서, 상기 한계온도란, 예컨대 한대지역에서 오랜 시간 동안 차량이 방치된 경우에 배터리의 온도가 영하 30℃ 등과 같이 될 수 있는데, 이러한 온도에서는 배터리의 작동 성능이 좋지 않아서 차량의 시동이 어려운 상황이 발생할 수 있는 바, 차량의 시동이 곤란할 정도로 배터리의 성능이 저하되는 온도를 말한다.

따라서, 상기 컨트롤러(11)가 상기 배터리의 온도가 상기 한계온도 이하인 경우에는 상기 열전소자(7)에 전기를 공급하고, 상기 유동조절수단(9)인 플랩밸브(13)를 구동하여 상기 흡입덕트(1)를 통과하는 온도조절유체가 모두 상기 흡열부(3)가 위치한 통로로만 통과하면서 가열되도록 하여, 배터리 및 PE장치를 가열함으로써, 배터리의 온도가 정상적인 출력을 발생시킬 수 있는 수준으로 신속히 상승되도록 하며, 이로 인해 차량의 냉시동성이 크게 개선되게 된다.

한편, 도 3은 차량의 시동이 이루어진 상태에서, 배터리 및 PE장치의 온도를 적절한 수준으로 유지하여, 배터리의 원활한 작동성능을 확보함과 아울러 그 내구성을 충분히 확보할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 배터리의 온도를 측정하는 단계(S100)와; 상기 배터리의 온도가 최적온도 범위 이내인지를 판단하는 단계(S110)와; 상기 배터리의 온도가 상기 최적온도 범위 이내가 아닌 경우, 상기 청구항 1 내지 4항의 열전소자(7)를 구동하고, 상기 배터리의 온도가 상기 최적온도 범위 이내가 되도록 상기 유동조절수단(9)을 제어하는 단계(S120)를 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 컨트롤러(11)가 배터리의 온도에 대한 정보를 입력 받아서, 그 온도가 최적온도, 즉 배터리의 작동이 가장 원활한, 예컨대 30 ~ 35℃ 정도의 온도가 되는지를 판단하여, 배터리의 온도가 상기 최적온도보다 낮은 경우에는, 상기 열전소자(7)를 구동하면서, 상기 플랩밸브(13)로 온도조절유체를 상기 발열부(5) 쪽으로만 흐르게 하여 상기 배터리의 온도를 상승시키고, 상기 배터리의 온도가 상기 최적온도 이상으로 높아지게 되면, 싱기 플랩밸브(13)로 온도조절유체를 상기 흡열부(3) 쪽으로만 흐르게 하여 배터리의 온도를 낮출 수 있도록 하며, 배터리의 온도가 상기 최적온도의 범위 내에 있는 경우에는 상기 열전소자(7)의 구동을 멈추고, 상기 플랩밸브(13)로 상기 온도조절유체를 흡열부(3)나 발열부(5) 어느 일측 또는 양쪽으로 모두 흐르게 하여, 배터리의 온도를 상기 최적온도의 범위 내로 피이드백 제어하도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 제어에 의해, 배터리 및 PE장치는 항상 안정되고 원활한 작동성능을 제공하게 되고, 그로 인하여 배터리의 내구수명이 충분히 확보될 수 있게 된다.

1; 흡입덕트
3; 흡열부
5; 발열부
7; 열전소자
9; 유동조절수단
11; 컨트롤러
13; 플랩밸브
15; 흡입온도센서

Claims (6)

1. 배터리 및 PE장치로 온도조절유체를 공급하도록 구비된 흡입덕트와;
   흡열부와 발열부를 구비하고 전기를 공급받아 상기 흡열부에서 열을 흡수하고 상기 발열부에서 발열하는 열전소자와;
   상기 흡입덕트의 온도조절유체가 상기 열전소자의 흡열부에 접촉하면서 유동하는 상태와 발열부에 접촉하면서 유동하는 상태를 조절할 수 있도록 구비된 유동조절수단과;
   상기 열전소자와 유동조절수단을 제어하는 컨트롤러;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템 냉각 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 열전소자는
   상기 흡열부와 발열부가 포개어진 단일 평판형태로 이루어지고,
   상기 흡입덕트를 유동하는 온도조절유체의 유동방향을 따라 긴 평면을 형성하면서, 상기 흡입덕트의 일부 구간에 온도조절유체의 흐름을 2갈래로 나누는 격벽을 이루도록 설치된 것
   을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템 냉각 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 유동조절수단은
   회동되는 플랩으로 상기 온도조절유체를 상기 격벽으로 나뉘어진 흡입덕트의 어느 일측 또는 양측으로 유동시키는 상태를 전환할 수 있도록 설치된 플랩밸브로 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템 냉각 장치.
4. 청구항 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡입덕트에는 상기 열전소자의 하류에 상기 온도조절유체의 온도를 측정하기 위한 흡입온도센서가 더 구비되고;
   상기 컨트롤러는 상기 흡입온도센서로부터의 신호를 입력 받아, 상기 열전소자를 제어하도록 형성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템 냉각 장치.
5. 운전자의 차량 접근을 판단하는 단계와;
   운전자의 차량 접근시 배터리의 온도를 측정하는 단계와;
   상기 배터리의 온도가 한계온도 이하인지의 여부를 판단하는 단계와;
   상기 배터리의 온도가 한계온도 이하인 경우, 상기 청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항의 열전소자를 구동하고, 상기 흡입덕트로 공급되는 모든 온도조절유체가 상기 열전소자의 흡열부에 접촉하면서 유동하도록 상기 유동조절수단을 제어하는 단계;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템 냉각 장치 제어방법.
6. 차량의 시동이 이루어진 상태에서, 배터리의 온도를 측정하는 단계와;
   상기 배터리의 온도가 최적온도 범위 이내인지를 판단하는 단계와;
   상기 배터리의 온도가 상기 최적온도 범위 이내가 아닌 경우, 상기 청구항 1 내지 4항의 열전소자를 구동하고, 상기 배터리의 온도가 상기 최적온도 범위 이내가 되도록 상기 유동조절수단을 제어하는 단계;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 시스템 냉각 장치 제어방법.

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