KR20140147171A - 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치 및 방법 - Google Patents

친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 쿨링 제어를 위한 쿨링용 모터제어기와 BMS의 제어 소자를 새롭게 배치 구성하여, 캔통신 이상시 쿨링팬 모터 작동을 위한 백업 제어가 가능하도록 한 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 쿨링팬 모터제어기와 BMS 간을 캔 통신으로 연결하여, BMS로부터 제어 조건만이 쿨링용 모터제어기로 전송되도록 하고, 쿨링팬 모터에 대한 속도제어부와 모터구동 제어부를 비롯하여 캔 통신 이상시 백업 전원을 공급받아 쿨링팬 모터제어기에 대한 제어 조건을 명령하는 백업 제어부를 쿨링팬 모터제어기내에 통합화시킴으로써, 배터리 냉각용 쿨링팬 모터에 대한 안정적인 제어가 이루어질 수 있도록 한 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치 및 방법{CONTROL DEVICE AND METHOD FOR COOLING BATTERY OF VEHICLE}
본 발명은 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 쿨링 제어를 위한 쿨링용 모터제어기와 배터리 관리시스템(BMS: Battery Management System)의 제어 소자를 새롭게 배치 구성하여, 캔통신 이상시 쿨링팬 모터 작동을 위한 백업 제어가 가능하도록 한 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차, 전기자동차, 연료전지 자동차 등과 같은 친환경 차량에는 주행 동력원으로 모터가 탑재되어 있고, 모터의 구동 전원으로서 고전압 배터리가 탑재되어 있다.
이러한 친환경 차량에는 배터리의 과열을 방지하기 위한 배터리 쿨링시스템과 모터의 과열을 방지하기 위하여 냉각수를 이용하는 모터 등을 냉각하는 모터 냉각시스템 등이 필수적으로 탑재된다.
상기 배터리 쿨링시스템은 친환경 차량에서 가장 기본적이고 중요한 부품 중의 하나인 배터리를 일정 온도로 냉각하여 최적의 성능으로 유지시킬 수 있도록 하는 점에서 매우 중요하다 하겠다.
여기서, 종래의 배터리 쿨링 제어 시스템에 대한 구성 및 동작을 첨부한 도 1 및 도 2를 참조로 살펴보면 다음과 같다.
종래의 배터리 쿨링 제어 시스템은 배터리 냉각용 쿨링팬 및 이 쿨링팬을 구동시키는 모터를 제어하기 위한 쿨링팬 모터제어기(20)와, 쿨링팬 모터제어기의 상위 제어기인 배터리 관리시스템(10, 이하 BMS로 칭함)을 포함한다.
상기 쿨링팬 모터제어기(20)에는 보조배터리 전원과 연결되는 냉각팬 릴레이(22)와, 쿨링팬 모터의 회전속도(RPM)을 감지하는 회전속도 감지센서(24)와, 쿨링팬 모터(25)를 구동시키는 모터구동 제어부(26) 등이 집적되어 있으며, 이때 회전속도 감지센서(24)는 별도의 PCB 타입 센서로 탑재되어 있다.
상기 BMS(10)에는 전원회로(11) 및 캔통신을 위한 캔통신부(12)를 비롯하여 냉각팬 제어부(14)가 집적되어 있다.
특히, 상기 BMS(10)의 냉각팬 제어부(14)에는 쿨링팬 모터제어기(20)의 릴레이(22)와 와이어(28, wire)로 연결되는 릴레이 제어부(16)와, 쿨링팬 모터제어기(20)의 모터구동 제어부(26) 및 회전속도 감지센서(24)와 와이어로 연결되어 모터 회전속도를 제어하는 속도제어부(18)가 포함되어 있다.
이때, 상기 냉각팬 제어부(14)의 릴레이 제어부(16)는 쿨링팬 모터제어기(20)의 릴레이(22)를 온/오프 제어하는 역할을 하고, 속도제어부(18)는 쿨링팬 모터제어기(20)의 회전속도 감지센서(24)의 신호를 수신하여 모터구동 제어부(26)에 모터속도 제어신호를 명령하는 역할을 한다.
그러나, 종래의 배터리 쿨링 제어 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.
도 2에서 보듯이, 쿨링팬 모터제어기(20)의 릴레이(22)와 BMS(10)의 릴레이 제어부(16) 간을 연결하고 있는 와이어와, 쿨링팬 모터제어기(20)의 모터구동 제어부(26)와 BMS(10)의 속도제어부(18) 간을 연결하고 있는 와이어 등이 단선되는 경우, 릴레이(22)에 대한 온/오프 제어가 불가능하고, 속도제어부(18)로부터 모터구동 제어부(26)로의 속도 제어 신호(PWM 신호) 전송이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
이렇게 릴레이 온/오프 제어 및 모터 속도 제어가 이루어지지 않음에 따라, 쿨링팬 모터의 구동 불가 및 그에 따른 배터리 과열 현상이 발생될 우려가 있다.
또한, 정상적인 상태에서 쿨링팬 모터제어기의 릴레이가 온/오프될 때 노이즈가 발생되는 단점이 있다.
또한, 모터속도를 감지하기 위한 고가의 PCB 타입 회전속도 감지센서를 쿨링팬 모터제어기내에 별도로 장착함에 따라, 제조원가 상승의 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 쿨링팬 모터제어기와 BMS 간을 캔 통신으로 연결하여, BMS로부터 제어 조건만이 쿨링용 모터제어기로 전송되도록 하고, 쿨링팬 모터에 대한 속도제어부와 모터구동 제어부를 비롯하여 캔 통신 이상시 백업 전원을 공급받아 쿨링팬 모터제어기에 대한 제어 조건을 명령하는 백업 제어부를 쿨링팬 모터제어기내에 통합화시킴으로써, 배터리 냉각용 쿨링팬 모터에 대한 안정적인 제어가 이루어질 수 있도록 한 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 쿨링팬 모터제어기에 쿨링팬 모터 제어 조건을 캔통신 라인을 통하여 전송하는 BMS와; 상기 BMS로부터의 쿨링팬 모터 제어 조건을 송수신하면서 쿨링팬 모터의 속도 및 구동을 제어하는 쿨링팬 모터제어기; 로 구성하되, 상기 쿨링팬 모터제어기는 BMS로부터의 쿨링팬 모터 제어 조건을 송수신하는 캔통신부와, 쿨링팬 모터 제어 조건에 따라 쿨링팬 모터의 회전속도를 제어하는 속도 제어부와, 속도제어부의 속도신호에 맞게 쿨링팬 모터를 구동시키는 모터구동 제어부와, 상기 캔통신 라인의 이상시 백업 전원을 공급받아 속도제어부 및 모터구동 제어부를 백업신호로 임시 제어하는 백업 제어부가 함께 집적된 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 백업 제어부의 백업신호 출력을 위한 백업 전원은 이그니션 1(IG1)으로 채택된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 쿨링팬 모터제어기에는 캔통신라인을 매개로 쿨링팬 모터의 이상이 발생됨을 경보하는 경보수단이 연결된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: BMS에서 쿨링팬 모터 제어 조건을 캔통신을 통하여 쿨링팬 모터제어기에 전송하는 단계와; 쿨링팬 모터 제어 조건에 따라 쿨링팬 모터제어기의 속도 제어부에서 쿨링팬 모터의 회전속도를 제어하는 단계와; 쿨링팬 모터 제어 조건에 맞게 쿨링팬 모터제어기의 모터구동 제어부에서 쿨링팬 모터를 구동시키는 단계와; 상기 캔통신 라인의 이상시 백업 제어부의 백업신호로서 쿨링팬 모터 제어 조건이 속도제어부 및 모터구동 제어부에 전송되어, 쿨링팬 모터에 대한 속도제어부 및 모터구동 제어부의 임시 제어가 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 캔통신 라인의 이상시 백업 제어부는 백업 전원으로 이그니션 1(IG1)을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 백업 제어부의 백업신호에 의하여 속도제어부 및 모터구동 제어부의 임시 제어가 일정시간 동안 이루어진 후, 림프 홈 주행모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 쿨링팬 모터제어기에서 백업신호로서 배터리 온도센서 또는 냉각수온 센서의 신호를 부가적으로 더 수신하여, 배터리 온도 또는 냉각수온이 일정 온도 이상으로 판정되면, 림프 홈 주행모드로 진입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 쿨링팬 모터에 이상이 발생하면, 쿨링팬 모터제어기의 캔통신부에서 클러스터에 이상 정보를 전송하는 동시에 클러스터의 경고등 및 경보음이 작동되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 쿨링팬 모터제어기내에 쿨링팬 모터의 속도 및 구동을 제어하는 속도제어부 및 모터구동 제어부를 비롯하여 BMS와의 캔통신 이상이 백업신호를 속도제어부 및 모터구동 제어부에 제공할 수 있는 백업 제어부를 집적시킴으로써, 캔통신 이상 상황에서도 쿨링팬 모터의 구동을 지속시킬 수 있다.
또한, 쿨링팬 모터의 이상 발생에 대한 진단 및 경보가 가능한 장점이 있다.
또한, 기존의 고가인 PCB 타입 모터속도 감지센서를 비롯하여 쿨링팬 모터제어기와 BMS 간에 연결된 와이어 및 쿨링팬 모터제어기내에 장착되는 릴레이 등과 같은 부품들을 배제함에 따라, 제조원가 절감을 도모할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 배터리 쿨링 제어를 위한 시스템 구성도,
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치를 나타내는 제어 구성도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 방법을 나타내는 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치를 도시한 첨부한 도 3 내지 도 4를 참조하면, BMS와 쿨링팬 모터제어기가 기존에 유선 와이어로 연결된 것과 달리, 캔통신라인을 매개로 통신 가능하게 연결된다.
상기 BMS(100)는 기존의 릴레이 제어부와 속도제어부 등이 배제됨에 따라, 쿨링팬 모터에 대한 제어에 직접 관여하지 않고, 쿨링팬 모터제어기(200)에 쿨링팬 모터 제어 조건을 캔통신 라인(300)을 통하여 전송하고, 쿨링팬 모터제어기(200)로부터 쿨링팬 모터에 대한 제어 과정을 수신하여 모니터링만 한다.
상기 쿨링팬 모터제어기(200)는 BMS(100)로부터의 쿨링팬 모터 제어 인자 및 조건(예를 들어, 배터리 온도, 모터 온도, 차속, 배터리 온도별 모터회전 속도범위 등)을 수신하여 쿨링팬 모터의 속도 및 구동 제어는 물론, 캔통신 이상이 쿨링팬 모터에 대한 제어가 일정 시간 동안 계속 이루어지도록 한 백업 제어 등 쿨링팬 모터에 대한 전반적인 제어를 직접 담당한다.
이를 위해, 본 발명의 쿨링팬 모터제어기(200)는 BMS(100)로부터의 쿨링팬 모터 제어 조건을 송수신하는 캔통신부(202)와, 쿨링팬 모터 제어 조건에 따라 쿨링팬 모터의 회전속도를 제어하는 속도제어부(204)와, 이 속도제어부(204)의 속도신호에 맞게 쿨링팬 모터(205)를 구동시키는 모터구동 제어부(206)가 함께 집적된다.
특히, 상기 쿨링팬 모터제어기(200)에는 캔통신 라인(300)의 이상시 백업 전원을 공급받아 속도제어부(204) 및 모터구동 제어부(206)를 백업신호로 임시 제어하는 백업 제어부(208)가 집적된다.
바람직하게는, 상기 BMS(100)에서 쿨링팬 모터제어기(200)로 쿨링팬 모터 제어 인자 및 조건 등을 전송하는 캔통신 라인에 이상이 발생될 경우, 상기 백업 제어부(208)의 백업신호 출력을 위한 백업 전원은 차량의 시동을 걸고 있는 상태 및 시동이 걸린 상태를 포함하는 이그니션 1(IG1)을 사용하도록 한다.
이에, 상기 백업 제어부(208)에는 백업 전원으로서 이그니션 1이 연결된다.
이때, 모터 구속, FET 소자 및 모터축 위치 감지센서 고장 등과 같은 원인으로 상기 쿨링팬 모터(205)의 작동 이상이 발생될 경우, 이를 운전자에게 경보할 수 있도록 상기 쿨링팬 모터제어기(200)에는 캔통신라인을 매개로 쿨링팬 모터의 이상이 발생됨을 경보하는 경보수단(예를 들어, 클러스터)이 연결된다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 하는 배터리 쿨링 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 BMS(100)에서 쿨링팬 모터 제어 조건(배터리 온도, 모터 온도, 차속, 배터리 온도별 모터회전 속도범위 등)을 캔통신 라인을 통하여 쿨링팬 모터제어기(200)에 전송한다.
따라서, 상기 쿨링팬 모터 제어 조건에 맞추어 쿨링팬 모터제어기(200)의 속도제어부(204, 예를들어 모터 드라이브용 시스템 IC)에서 쿨링팬 모터(205)의 회전속도를 일정 속도로 제어하고, 쿨링팬 모터제어기(200)의 모터구동 제어부(206, 예를들어 모터 구동용 모스펫(MOSFET))에서 쿨링팬 모터를 일정 속도로 구동시키게 된다.
이때, 상기 쿨링팬 모터(205)의 회전속도(RPM)은 통상의 센서리스 알고리즘을 통하여 측정되어 속도제어부(204)의 제어 인자로 활용될 수 있다.
이와 같이, 상기 쿨링팬 모터제어기(200)에서 쿨링팬 모터의 속도 및 구동 제어를 직접 담당함으로써, 쿨링팬 모터(205)의 구동에 따른 쿨링팬이 회전하여 배터리를 지속적으로 냉각시킬 수 있음은 물론, 기존의 PCB 타입 모터속도 감지센서를 비롯한 릴레이 등과 같은 부품들을 배제하여 원가절감을 도모할 수 있고, 릴레이 온/오프에 따른 노이즈를 없앨 수 있다.
한편, 상기 BMS(100)와 쿨링팬 모터제어기(200) 간의 캔통신에 이상이 발생될 경우, 상호간의 쿨링팬 모터 제어 조건을 송수신하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
이를 해결하고자, 첨부한 도 6의 순서도와 같이 상기 백업 제어부(208)가 백업 전원을 공급받아 속도제어부(204) 및 모터구동 제어부(206)를 백업신호로 임시 제어하는 일련의 백업 제어 과정이 진행된다.
즉, 상기 캔통신 라인의 이상시, 백업 제어부(208)의 백업신호로서 쿨링팬 모터 제어 조건이 속도제어부(204) 및 모터구동 제어부(206)에 전송되어, 쿨링팬 모터(205)에 대한 속도제어부(204) 및 모터구동 제어부(206)의 임시 백업 제어가 이루어진다.
이때, 상기 백업 제어부(208)의 백업신호에 의하여 속도제어부(204) 및 모터구동 제어부(206)의 임시 백업 제어가 일정시간 동안 이루어진 후, 비상시 차량을 정비소까지 주행 가능하도록 하는 통상의 림프 홈 주행모드로 진입한다.
상기 림프 홈(Limp Home) 주행모드 진입시 상기 모터구동 제어부(206)는 일정한 듀티(Duty)로 쿨링팬 모터를 PWM 제어하여, 정비소까지 쿨링팬 모터의 구동 에 따른 쿨링팬의 배터리 냉각 동작이 지속적으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 구현예로서, 상기 쿨링팬 모터제어기(200)의 백업 제어부에서 백업신호로서 배터리 온도센서 또는 냉각수온 센서의 신호를 부가적으로 더 수신하여, 배터리 온도 또는 냉각수온이 일정 온도 이상으로 판정되면, 배터리 또는 모터가 과열된 것으로 간주하여 림프 홈 주행모드로 진입하는 제어 단계가 더 진행된다.
한편, 상기 BMS(100)와 쿨링팬 모터제어기(200) 간의 쿨링팬 모터 제어 조건을 정상적으로 송수신하면서 쿨링팬 모터제어기(200)에 의한 쿨링팬 모터 제어 신호가 정상적으로 출력되어 쿨링팬 모터가 1회 이상 정상 구동된 후, 모터 구속, FET 소자 및 모터축 위치 감지센서 고장 등과 같은 원인으로 인하여 쿨링팬 모터에 이상이 발생될 수 있다.
이렇게 상기 쿨링팬 모터(205)의 작동 이상으로 쿨링팬 모터제어기(200)의 의한 쿨링팬 모터 제어가 이루어지지 않을 경우, 도 7의 순서도와 같이 쿨링팬 모터의 이상 상태를 쿨링팬 모터제어기(200)에서 인지하는 동시에 캔통신부(202)에서 쿨랭팬 모터의 이상 신호를 운전석 전면에 설치된 클러스터(302, Cluster)에 전송하게 되고, 이에 클러스터에 구성된 경보등을 점등시키는 동시에 경보음을 울려서 운전자에게 쿨링팬 모터가 고장남을 경고할 수 있도록 한다.
100 : BMS
200 : 쿨링팬 모터제어기
202 : 캔통신부
204 : 속도제어부
205 : 쿨링팬 모터
206 : 모터구동 제어부
208 : 백업 제어부
300 : 캔통신 라인
302 : 클러스터

Claims (8)

  1. 쿨링팬 모터제어기(200)에 쿨링팬 모터 제어 조건을 캔통신 라인(300)을 통하여 전송하는 BMS(100)와;
    상기 BMS(100)로부터의 쿨링팬 모터 제어 조건을 송수신하면서 쿨링팬 모터의 속도 및 구동을 제어하는 쿨링팬 모터제어기(200);
    로 포함하되,
    상기 쿨링팬 모터제어기(200)는:
    BMS(100)로부터의 쿨링팬 모터 제어 조건을 송수신하는 캔통신부(202)와;
    쿨링팬 모터 제어 조건에 따라 쿨링팬 모터의 회전속도를 제어하는 속도제어부(204)와;
    속도제어부(204)의 속도신호에 맞게 쿨링팬 모터(205)를 구동시키는 모터구동 제어부(206)와;
    상기 캔통신 라인(300)의 이상시 백업 전원을 공급받아 속도제어부(204) 및 모터구동 제어부(206)를 백업신호로 임시 제어하는 백업 제어부(208);
    로 구성된 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 백업 제어부(208)의 백업신호 출력을 위한 백업 전원은 이그니션 1(IG1)으로 채택된 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 쿨링팬 모터제어기(200)에는 캔통신라인을 매개로 쿨링팬 모터의 이상이 발생됨을 경보하는 경보수단이 연결된 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 장치.
  4. BMS에서 쿨링팬 모터 제어 조건을 캔통신을 통하여 쿨링팬 모터제어기에 전송하는 단계와;
    쿨링팬 모터 제어 조건에 따라 쿨링팬 모터제어기의 속도 제어부에서 쿨링팬 모터의 회전속도를 제어하는 단계와;
    쿨링팬 모터 제어 조건에 맞게 쿨링팬 모터제어기의 모터구동 제어부에서 쿨링팬 모터를 구동시키는 단계와;
    상기 캔통신 라인의 이상시 백업 제어부의 백업신호로서 쿨링팬 모터 제어 조건이 속도제어부 및 모터구동 제어부에 전송되어, 쿨링팬 모터에 대한 속도제어부 및 모터구동 제어부의 임시 백업 제어가 이루어지는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 캔통신 라인의 이상시 백업 제어부는 백업 전원으로 이그니션 1(IG1)을 이용하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 백업 제어부의 백업신호에 의하여 속도제어부 및 모터구동 제어부의 임시 백업 제어가 일정시간 동안 이루어진 후, 림프 홈 주행모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 쿨링팬 모터제어기에서 백업신호로서 배터리 온도센서 또는 냉각수온 센서의 신호를 부가적으로 더 수신하여, 배터리 온도 또는 냉각수온이 일정 온도 이상으로 판정되면, 림프 홈 주행모드로 진입하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 쿨링팬 모터에 이상이 발생하면, 쿨링팬 모터제어기의 캔통신부에서 클러스터에 이상 정보를 전송하는 동시에 클러스터의 경고등 및 경보음이 작동되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 배터리 쿨링 제어 방법.
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