KR20190110684A - 차량용 배터리 냉각 시스템 및 방법 - Google Patents

차량용 배터리 냉각 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리 냉각 기술에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템은, 다수의 배터리 모듈을 냉각시키는 것으로서, 대응하는 배터리 모듈의 온도를 측정하여 송출하는 다수의 배터리모듈 온도 센서; 외부로부터의 제어에 따라 제어되어, 대응하는 배터리모듈별 냉각수 유로관으로 냉각수를 토출하는 다수의 가변식 유로 조절계; 및 상기 다수의 배터리모듈 온도 센서 및 상기 다수의 가변식 유로 조절계로부터의 데이터를 바탕으로, 배터리 모듈별 냉각수의 유량을 조절하기 위한 제어 신호를 생성하여, 상기 다수의 가변식 유로 조절계로 송출하는 처리 모듈을 포함한다.

Description

차량용 배터리 냉각 시스템 및 방법{Battery cooling system and method for vehicle}
본 발명은 차량용 배터리 냉각 기술에 관한 것으로, 상세하게는 국소부위 손상으로 인한 배터리 모듈의 교체를 감소시킬 수 있고, 배터리 모듈의 평균 수명을 연장시킬 수 있으며, 전자적으로 배터리 모듈별 냉각수 유량 분배를 가능하게 하는 차량용 배터리 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량 등과 같이 고전압배터리를 탑재한 환경차는, 고전압배터리를 적절히 냉각시키기 위한 냉각장치를 구비하고, 적절한 제어방법으로 고전압배터리가 과온 상태가 되지 않도록 냉각제어를 수행해야 한다.
이러한 고전압배터리는 그 에너지 증대의 요구에 따라 종래 단일 패키지 상태로 차량에 탑재되었으나, 현재에 이르러서는 서로 분리된 다수의 배터리 팩이 차량에 탑재되고 있다.
그런데, 배터리시스템의 운용 시에 그 사용환경이 서로 달라서, 특정 배터리 팩의 열화가 가속되는 현상이 발생될 수 있으며, 이로 인해 배터리 팩들을 이루고 있는 배터리 셀들의 셀 밸런싱이 빈번하게 이루어지게 됨에 따라 전체적인 배터리 시스템의 성능이 저하될 가능성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 국소부위 손상으로 인한 배터리 모듈의 교체를 감소시킬 수 있고, 배터리 모듈의 평균 수명을 연장시킬 수 있으며, 전자적으로 배터리 모듈별 냉각수 유량 분배를 가능하게 하는 차량용 배터리 냉각 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템은, 다수의 배터리 모듈을 냉각시키는 것으로서, 대응하는 배터리 모듈의 온도를 측정하여 송출하는 다수의 배터리모듈 온도 센서; 외부로부터의 제어에 따라 제어되어, 대응하는 배터리모듈별 냉각수 유로관으로 냉각수를 토출하는 다수의 가변식 유로 조절계; 및 상기 다수의 배터리모듈 온도 센서 및 상기 다수의 가변식 유로 조절계로부터의 데이터를 바탕으로, 배터리 모듈별 냉각수의 유량을 조절하기 위한 제어 신호를 생성하여, 상기 다수의 가변식 유로 조절계로 송출하는 처리 모듈을 포함한다.
상기 다수의 가변식 유로 조절계 각각은, 대응하는 배터리모듈별 냉각수 유로관을 흐르는 냉각수의 온도를 측정하여 상기 처리 모듈로 송출하는 냉각수 온도 센서; 상기 처리 모듈로부터의 제어 신호에 상응하여 변형되어, 대응하는 배터리모듈별 냉각수 유로관으로 상기 제어 신호에 상응하는 유량으로 냉각수를 토출시키는 유로 조절 장치; 상기 유로 조절 장치로 유입되는 냉각수의 압력과 상기 유로 조절 장치로부터 토출되는 냉각수의 압력 사이의 차를 계산하여 상기 처리 모듈로 송출하는 차압 측정기; 및 상기 유로 조절 장치로부터 토출되는 냉각수의 양을 측정하여 상기 처리 모듈로 송출하는 유량 측정기를 포함한다.
상기 처리 모듈은 상기 배터리모듈 온도 센서로부터의 배터리모듈 온도 데이터, 상기 냉각수 온도 센서로부터의 냉각수 온도 데이터, 상기 차압 측정기로부터의 차압 데이터, 상기 유량 측정기로부터의 유량 데이터를 기초로 배터리 모듈별 냉각수의 유량을 조절하기 위한 유로 조절 장치별 제어 신호를 생성하여 상기 상기 유로 조절 장치로 송출한다.
상기 처리 모듈은, 수신한 다수의 배터리모듈 온도 데이터에서 최저 온도와 최고 온도를 확인하여, 최저 온도와 최고 온도의 차를 계산하고, 최고 온도와 설정 최고 온도를 비교하고, 온도 차를 설정 온도 차를 비교하고, 비교 결과, 상기 최고 온도가 상기 설정 최고 온도 이하이고, 상기 온도 차가 상기 설정 온도 차 이하이면, 상기 유로 조절 장치가 기 설정된 초기 유로 관면적을 유지하도록 제어 신호를 유로 조절 장치별로 송출한다.
상기 처리 모듈은, 비교 결과, 상기 최고 온도가 상기 설정 최고 온도를 초과하거나, 상기 온도 차가 상기 설정 온도 차를 초과하면, 상기 차압 측정기로부터의 차압 데이터와, 데이터베이스화된 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도를 이용하여 배터리 모듈별 목표 유량 값을 계산하고, 계산된 목표 유량 값에 상응하는 제어 신호를 생성하여 유로 조절 장치별로 송출한다.
상기 처리 모듈은, 상기 배터리모듈 온도 센서로부터의 배터리모듈 온도 데이터와 상기 유량 측정기로부터의 유량 데이터에 상응하는 최적 냉각수 온도를 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도 테이블로부터 추출한다.
상기 처리 모듈은, 유로 조절 장치별로 제어 신호를 송출한 후, 유량 측정기로부터의 실제 유량 값과 생성된 목표 유량 값의 편차량을 기 설정된 편차 임계 값과 비교하고, 비교 결과, 편차 량이 편차 임계 값을 초과하면, 앞서 송출된 제어 신호를 유로 조절 장치로 송출한다.
상기 처리 모듈은, 상기 편차 량이 상기 편차 임계 값 이하이면, 현재 유량을 유지하여 냉각수를 흘리도록 하기 위한 제어 신호를 상기 유로 조절 장치로 송출한다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 방법은, 다수의 배터리 모듈을 냉각시키는 것으로서, 동작 초기, 처리 모듈이 초기 유로 관면적을 유지한 채 냉각수를 토출하도록 유로 조절 장치를 제어하는 단계; 상기 처리 모듈이 다수의 배터리모듈 온도 센서들로부터의 배터리모듈 온도 데이터들을 수신하고, 최저 온도와 최고 온도를 확인하여, 최저 온도와 최고 온도 사이의 온도 차를 계산하는 단계; 상기 처리 모듈이 상기 최고 온도와 설정 최고 온도를 비교하고, 상기 온도 차를 설정 온도 차를 비교하는 단계; 상기 최고 온도가 상기 설정 최고 온도 이하이고, 상기 온도 차가 상기 설정 온도 차 이하인 경우, 상기 처리 모듈이 상기 유로 조절 장치가 상기 초기 유로 관면적을 유지한 채 냉각수를 토출하도록 제어는 단계; 및 상기 최고 온도가 상기 설정 최고 온도를 초과하거나, 상기 온도 차가 상기 설정 온도 차를 초과하는 경우, 상기 처리 모듈이 계산되는 배터리별 목표 유량 값에 상응하여 상기 유로 조절 장치가 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어하는 단계를 포함한다.
상기 유로 조절 장치가 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어하는 단계는, 상기 처리 모듈이, 상기 유로 조절 장치로 입력되는 냉각수의 압력과 상기 유로 조절 장치로부터 토출되는 냉각수의 압력 차인 차압 데이터와, 데이터베이스화된 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도를 이용하여 배터리 모듈별 목표 유량 값을 계산하고, 계산된 목표 유량 값에 상응하는 제어 신호를 생성하여 유로 조절 장치별로 송출하는 것을 포함한다.
상기 유로 조절 장치가 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어하는 단계는, 상기 처리 모듈이, 상기 배터리모듈 온도 센서로부터의 배터리모듈 온도 데이터와 상기 유로 조절 장치로부터 토출되는 냉각수의 양인 유량 데이터에 상응하는 최적 냉각수 온도를 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도 테이블로부터 추출하는 것을 포함한다.
상기 유로 조절 장치가 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어하는 단계는, 상기 처리 모듈이, 유로 조절 장치별로 제어 신호를 송출한 후, 측정되는 실제 유량 값과 생성된 목표 유량 값의 편차량을 기 설정된 편차 임계 값과 비교하고, 비교 결과, 편차 량이 편차 임계 값을 초과하면, 앞서 송출된 제어 신호를 상기 유로 조절 장치로 송출하는 것을 포함한다.
상기 유로 조절 장치가 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어하는 단계는, 상기 처리 모듈이, 상기 편차 량이 상기 편차 임계 값 이하이면, 현재 유량을 유지하여 냉각수를 흘리도록 하기 위한 제어 신호를 상기 유로 조절 장치로 송출하는 것을 포함한다.
이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 기술을 이용하면, 배터리 모듈별 온도를 기반으로 하여 배터리모듈별 냉각수의 유량을 결정하여 냉각수를 공급할 수 있다.
따라서, 국소부위 손상으로 인한 배터리 모듈의 교체를 감소시킬 수 있고, 배터리 모듈의 평균 수명을 연장시킬 수 있으며, 전자적으로 배터리 모듈별 냉각수 유량 분배를 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템의 일례의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템의 냉각 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 “~사이에”와 “바로 ~사이에” 또는 “~에 이웃하는”과 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 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. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 개시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템의 일례의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템(100, 이하 시스템)은 배터리 모듈의 냉각을 위한 냉각수가 흐르는 관(냉각수 유로관)을 따라 흐르는 냉각수의 유량을 조절하여 배터리 모듈별 온도차를 줄일 수 있도록 구현된다.
구체적으로, 상기 시스템(100)은 처리 모듈(110), 다수의 배터리모듈 온도 센서(혹은 제 1 온도 센서, 120), 냉각수 온도 센서(혹은 제 2 온도 센서, 130), 차압 측정기(140), 유량 측정기(150) 및 유로 조절 장치(160)를 포함한다.
이때, 상기 배터리모듈 온도 센서(120), 냉각수 온도 센서(130), 차압 측정기(140), 유량 측정기(150) 및 유로 조절 장치(160)는 배터리 모듈 각각과 대응하여 구비된다.
상기 배터리모듈 온도 센서(120)는 배터리 모듈에 혹은 배터리 모듈에 인접하여 개별적으로 설치되고, 냉각수 온도 센서(130), 차압 측정기(140), 유량 측정기(150) 및 유로 조절 장치(160)는 배터리 모듈별 냉각수 유로관에 혹은 배터리 모듈별 냉각수 유로관에 인접하여 개별적으로 설치된다.
그리고, 상기 냉각수 온도 센서(130), 차압 측정기(140), 유량 측정기(150) 및 유로 조절 장치(160)는 하나의 모듈(170, 가변식 유로 조절계)로 구현될 수 있다.
상기 처리 모듈(110)은 기능 수행을 하는 적어도 하나 이상의 프로세서, 기능 수행에 필요한 알고리즘(혹은 프로그램)을 저장하는 적어도 하나 이상의 메모리를 포함할 수 있다.
상기 처리 모듈(110)은 동작 초기, 유로 조절 장치(160)가 기 설정된 초기 유로 관면적을 유지하도록 제어 신호를 유로 조절 장치(160)로 송출한다.
즉, 상기 처리 모듈(110)은 동작 초기, 유로 조절 장치(160)를 제어하여, 유로 조절 장치(160)가 초기 유로 관면적을 유지한 채, 냉각수 유로관으로 냉각수를 흘리도록 한다.
다시 말하면, 상기 처리 모듈(110)은 동작 초기, 유로 조절 장치(160)가 기 설정된 초기 유량의 냉각수를 냉각수 유로관으로 냉각수를 흘리도록 한다.
이후, 상기 처리 모듈(110)은 배터리모듈 온도 센서(120)로부터의 데이터(배터리모듈 온도 데이터 혹은 제 1 온도 데이터), 냉각수 온도 센서(130)로부터의 데이터(냉각수 온도 데이터 혹은 제 2 온도 데이터), 차압 측정기(140)로부터의 데이터(차압 데이터), 유량 측정기(150)로부터의 데이터(유량 데이터)를 기초로 배터리 모듈별 냉각수의 유량을 조절하기 위한 제어 신호를 생성하여, 생성된 제어 신호를 바탕으로 유로 조절 장치(160)를 제어한다.
이때, 상기 처리 모듈(110)은 다수의 배터리모듈 온도 센서(120)로부터의 배터리모듈 온도 데이터를 수신하고, 최저 온도(Tmin)와 최고 온도(Tmax)를 확인하여, 최저 온도와 최고 온도의 차(온도 차, △T)를 계산한다.
그리고, 상기 처리 모듈(110)은 최고 온도(Tmax)와 기 설정된 최고 온도(설정 최고 온도)를 비교하고, 온도 차(△T)를 기 설정된 온도 차(설정 온도 차)를 비교한다.
이러한 설정 최고 온도 및 설정 온도 차는 반복적인 실험을 통해 습득될 수 있는 것으로서, 상기 처리 모듈(110)은 설정 최고 온도 및 설정 온도 차를 저장하고 있다.
비교 결과, 최고 온도(Tmax)가 설정 최고 온도 이하이고, 온도 차(△T)가 설정 온도 차 이하이면, 처리 모듈(110)은 유로 조절 장치(160)가 기 설정된 초기 유로 관면적을 유지하도록 제어 신호를 유로 조절 장치(160)로 송출한다.
즉, 상기 처리 모듈(110)은 유로 조절 장치(160)를 제어하여, 유로 조절 장치(160)가 초기 유로 관면적을 유지한 채, 냉각수 유로관으로 냉각수를 흘리도록 한다.
비교 결과, 최고 온도(Tmax)가 설정 최고 온도를 초과하거나, 온도 차(△T)가 설정 온도 차를 초과하면, 처리 모듈(110)은 배터리 모듈별 목표 유량 값을 계산한다.
배터리 모듈별 목표 유량 값을 계산함에 있어서, 상기 처리 모듈(110)은 차압 측정기(140)로부터의 차압 데이터(차압량)와, 데이터베이스화된 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도를 이용한다.
이를 위해, 상기 처리 모듈(110)은 반복적인 실험을 통해 습득된 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도를 테이블 형태로 저장하고 있다.
상기 처리 모듈(110)은 배터리모듈 온도 센서(120)로부터의 배터리모듈 온도 데이터와 유량 측정기(150)로부터의 유량 데이터에 상응하는 최적 냉각수 온도를 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도 테이블로부터 추출할 수 있다.
종합하면, 상기 처리 모듈(110)은 차압 측정기(140)로부터의 차압 데이터(차압량)와, 배터리모듈 온도 센서(120)로부터의 배터리모듈 온도 데이터와 유량 측정기(150)로부터의 유량 데이터에 상응하는 최적 냉각수 온도를 이용하여 배터리 모듈별 목표 유량 값을 계산한다.
상기 처리 모듈(110)은 하기와 같은 수식을 바탕으로 배터리 모듈별 목표 유량 값을 계산할 수 있다.
그리고, 상기 처리 모듈(110)은 계산된 목표 유량 값에 상응하여 유로 조절 장치(160)가 냉각수 유로관으로 냉각수를 흘리도록 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 유로 조절 장치(160)로 송출한다.
한편, 상기 처리 모듈(110)은 배터리 모듈별 목표 유량 값을 계산하는 것으로, 상기 처리 모듈(110)에 의해 계산되는 다수의 배터리 모듈별 목표 유량 값은 다를 수 있다.
그리고, 상기 처리 모듈(110)은 유로 조절 장치(160)로 제어 신호를 송출한 후, 유량 측정기(150)로부터의 유량 값(실제 유량 값)과 생성된 목표 유량 값의 편차량을 기 설정된 편차 임계 값과 비교한다.
비교 결과, 편차 량이 편차 임계 값을 초과하면, 처리 모듈(110)은 앞서 송출된 제어 신호를 유로 조절 장치(160)로 송출한다.
비교 결과, 편차 량이 편차 임계 값 이하이면, 처리 모듈(110)은 유로 조절 장치(160)가 현재 유량을 유지하여 냉각수를 흘리도록 하기 위한 제어 신호를 유로 조절 장치(160)로 송출한다.
상기 배터리모듈 온도 센서(혹은 제 1 온도 센서, 120)는 배터리 모듈에 혹은 배터리 모듈에 인접하게 개별적으로 설치되어, 배터리 모듈의 온도를 측정하여 처리 모듈(110)로 송출한다.
이때, 상기 배터리모듈 온도 센서(120)는 배터리 모듈에 의해 발생하는 열 혹은 외부 환경에 의해 손상되지 않으면서도 온도를 정확하게 측정할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 냉각수 온도 센서(혹은 제 2 온도 센서, 130)는 배터리모듈별 냉각수 유로관에 혹은 배터리모듈별 냉각수 유로관에 인접하게 개별적으로 설치되어, 냉각수의 온도를 측정하여 처리 모듈(110)로 송출한다.
이때, 상기 냉각수 온도 센서(130)는 냉각수 유로관으로부터의 열 혹은 외부 환경에 의해 손상되지 않으면서도 냉각수의 온도를 정밀하게 측정할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 차압 측정기(140)는 유로 조절 장치(160)로 유입되는 냉각수의 압력과 유로 조절 장치(160)로부터 토출되는 냉각수의 압력 사이의 차(압력 차)를 계산하여 처리 모듈(110)로 송출한다.
상기 유량 측정기(150)는 유로 조절 장치(160)로부터 토출되는 냉각수의 양을 측정하여 처리 모듈(110)로 송출한다.
상기 유로 조절 장치(160)는 처리 모듈(110)의 제어에 따라 제어되며, 처리 모듈(110)로부터의 제어 신호에 응답하여, 토출되는 냉각수의 양을 조절한다.
이때, 상기 유로 조절 장치(160)는 처리 모듈(110)로부터의 제어 신호에 따라 유로 관면적이 변형되도록 구현되며, 이에 따라 유로 조절 장치(160)로부터 토출되는 냉각수의 양이 조절된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템의 구성 및 구성별 기능에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템의 동작에 관하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템의 냉각 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 단계별 동작은 도 1을 참조하여 설명한 차량용 배터리 냉각 시스템(100)에 의해 수행되는 것으로서, 동작 초기, 처리 모듈(110)은 초기 유로 관면적을 유지한 채 냉각수를 토출하도록 유로 조절 장치(160)를 제어한다(S200).
즉, 상기 단계 S200에서, 처리 모듈(110)의 제어에 응답하여, 유로 조절 장치(160)가 초기 유로 관면적을 유지한 채 냉각수를 토출한다.
상기 단계 S200 이후, 처리 모듈(110)은 다수의 배터리모듈 온도 센서(120)들로부터의 배터리모듈 온도 데이터들을 수신하고, 최저 온도(Tmin)와 최고 온도(Tmax)를 확인하여, 최저 온도와 최고 온도의 차(온도 차, △T)를 계산한다(S210).
상기 단계 S220 이후, 처리 모듈(110)은 최고 온도(Tmax)와 설정 최고 온도를 비교하고, 온도 차(△T)를 설정 온도 차를 비교하여, 최고 온도(Tmax)가 설정 최고 온도 이하이고, 온도 차(△T)가 설정 온도 차 이하인지를 판단한다(S220).
상기 단계 S220에서의 판단 결과, 최고 온도(Tmax)가 설정 최고 온도 이하이고, 온도 차(△T)가 설정 온도 차 이하이면(S220-예), 처리 모듈(110)은 단계 S200에 따라, 유로 조절 장치(160)가 초기 유로 관면적을 유지한 채 냉각수를 토출하도록 유로 조절 장치(160)를 제어한다.
이에 따라, 유로 조절 장치(160)가 처리 모듈(110)의 제어에 응답하여, 초기 유로 관면적을 유지한 채 냉각수를 토출한다.
상기 단계 S220에서의 판단 결과, 최고 온도(Tmax)가 설정 최고 온도를 초과하거나, 온도 차(△T)가 설정 온도 차를 초과하면(S220-아니오), 처리 모듈(110)은 배터리 모듈별 목표 유량 값을 계산한다(S230).
상기 단계 S230에 있어서, 처리 모듈(110)은 차압 측정기(140)로부터의 차압 데이터(차압량)와, 데이터베이스화된 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도를 이용한다.
즉, 상기 단계 S230에서, 처리 모듈(110)은 차압 측정기(140)로부터의 차압 데이터(차압량)와, 데이터베이스화된 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도를 이용하여 배터리모듈별 목표 유량 값을 계산한다.
상기 단계 S230에서, 처리 모듈(110)은 배터리모듈 온도 센서(120)들로부터의 배터리모듈 온도 데이터와 유량 측정기(150)로부터의 유량 데이터에 상응하는 최적 냉각수 온도를 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도 테이블로부터 추출할 수 있다.
상기 단계 S230에서, 처리 모듈(110)은 상기 처리 모듈(110)은 하기와 같은 수식을 바탕으로 배터리 모듈별 목표 유량 값을 계산할 수 있다.
상기 단계 S230 이후, 처리 모듈(110)은 계산된 목표 유량 값에 상응하는 제어 신호를 유로 조절 장치(160)로 송출하여, 유로 조절 장치(160)가 제어 신호에 응답하여 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어한다(S240).
상기 단계 S240 이후, 처리 모듈(110)은 유량 측정기(150)로부터의 유량 값(실제 유량 값)과 생성된 목표 유량 값의 편차량을 기 설정된 편차 임계 값과 비교하여, 편차 량이 편차 임계 값을 초과하는지를 판단한다(S250).
상기 단계 S250에서의 판단 결과, 편차 량이 편차 임계 값을 초과하면(S250-예), 처리 모듈(110)은 단계 S240에 따라, 계산된 목표 유량 값에 상응하는 제어 신호를 유로 조절 장치(160)로 송출하여, 유로 조절 장치(160)가 제어 신호에 응답하여 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어한다.
상기 단계 S250에서의 판단 결과, 편차 량이 편차 임계 값 이하이면(S250-아니오), 처리 모듈(110)은 유로 조절 장치(160)가 현재의 유로 관면적을 유지한 채 냉각수를 토출하도록 하는 제어 신호를 유로 조절 장치(160)로 송출한다(S260).
이와 같이 배터리 모듈별 온도를 기반으로 하여 배터리모듈별 냉각수의 유량을 결정하여 냉각수를 공급하기 때문에, 국소부위 손상으로 인한 배터리 모듈의 교체를 감소시킬 수 있고, 배터리 모듈의 평균 수명을 연장시킬 수 있으며, 전자적으로 배터리 모듈별 냉각수 유량 분배를 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 기능 혹은 모든 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 차량용 배터리 냉각 시스템 및 방법을 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 차량용 배터리 냉각 시스템
110 : 처리 모듈
120 : 배터리모듈 온도 센서
130 : 냉각수 온도 센서
140 : 차압 측정기
150 : 유량 측정기
160 : 유로 조절 장치
170 : 가변식 유로 조절계

Claims (13)

  1. 다수의 배터리 모듈을 냉각시키는 차량용 배터리 냉각 시스템에 있어서,
    대응하는 배터리 모듈의 온도를 측정하여 송출하는 다수의 배터리모듈 온도 센서;
    외부로부터의 제어에 따라 제어되어, 대응하는 배터리모듈별 냉각수 유로관으로 냉각수를 토출하는 다수의 가변식 유로 조절계; 및
    상기 다수의 배터리모듈 온도 센서 및 상기 다수의 가변식 유로 조절계로부터의 데이터를 바탕으로, 배터리 모듈별 냉각수의 유량을 조절하기 위한 제어 신호를 생성하여, 상기 다수의 가변식 유로 조절계로 송출하는 처리 모듈을 포함하는
    차량용 배터리 냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 가변식 유로 조절계 각각은,
    대응하는 배터리모듈별 냉각수 유로관을 흐르는 냉각수의 온도를 측정하여 상기 처리 모듈로 송출하는 냉각수 온도 센서;
    상기 처리 모듈로부터의 제어 신호에 상응하여 변형되어, 대응하는 배터리모듈별 냉각수 유로관으로 상기 제어 신호에 상응하는 유량으로 냉각수를 토출시키는 유로 조절 장치;
    상기 유로 조절 장치로 유입되는 냉각수의 압력과 상기 유로 조절 장치로부터 토출되는 냉각수의 압력 사이의 차를 계산하여 상기 처리 모듈로 송출하는 차압 측정기; 및
    상기 유로 조절 장치로부터 토출되는 냉각수의 양을 측정하여 상기 처리 모듈로 송출하는 유량 측정기를 포함하는
    차량용 배터리 냉각 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 모듈은 상기 배터리모듈 온도 센서로부터의 배터리모듈 온도 데이터, 상기 냉각수 온도 센서로부터의 냉각수 온도 데이터, 상기 차압 측정기로부터의 차압 데이터, 상기 유량 측정기로부터의 유량 데이터를 기초로 배터리 모듈별 냉각수의 유량을 조절하기 위한 유로 조절 장치별 제어 신호를 생성하여 상기 상기 유로 조절 장치로 송출하는
    차량용 배터리 냉각 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 모듈은, 수신한 다수의 배터리모듈 온도 데이터에서 최저 온도와 최고 온도를 확인하여, 최저 온도와 최고 온도의 차를 계산하고, 최고 온도와 설정 최고 온도를 비교하고, 온도 차를 설정 온도 차를 비교하고, 비교 결과, 상기 최고 온도가 상기 설정 최고 온도 이하이고, 상기 온도 차가 상기 설정 온도 차 이하이면, 상기 유로 조절 장치가 기 설정된 초기 유로 관면적을 유지하도록 제어 신호를 유로 조절 장치별로 송출하는
    차량용 배터리 냉각 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 처리 모듈은, 비교 결과, 상기 최고 온도가 상기 설정 최고 온도를 초과하거나, 상기 온도 차가 상기 설정 온도 차를 초과하면, 상기 차압 측정기로부터의 차압 데이터와, 데이터베이스화된 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도를 이용하여 배터리 모듈별 목표 유량 값을 계산하고, 계산된 목표 유량 값에 상응하는 제어 신호를 생성하여 유로 조절 장치별로 송출하는
    차량용 배터리 냉각 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 처리 모듈은, 상기 배터리모듈 온도 센서로부터의 배터리모듈 온도 데이터와 상기 유량 측정기로부터의 유량 데이터에 상응하는 최적 냉각수 온도를 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도 테이블로부터 추출하는
    차량용 배터리 냉각 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 처리 모듈은, 유로 조절 장치별로 제어 신호를 송출한 후, 유량 측정기로부터의 실제 유량 값과 생성된 목표 유량 값의 편차량을 기 설정된 편차 임계 값과 비교하고, 비교 결과, 편차 량이 편차 임계 값을 초과하면, 앞서 송출된 제어 신호를 유로 조절 장치로 송출하는
    차량용 배터리 냉각 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 처리 모듈은, 상기 편차 량이 상기 편차 임계 값 이하이면, 현재 유량을 유지하여 냉각수를 흘리도록 하기 위한 제어 신호를 상기 유로 조절 장치로 송출하는
    차량용 배터리 냉각 시스템.
  9. 다수의 배터리 모듈을 냉각시키는 차량용 배터리 냉각 방법에 있어서,
    동작 초기, 처리 모듈이 초기 유로 관면적을 유지한 채 냉각수를 토출하도록 유로 조절 장치를 제어하는 단계;
    상기 처리 모듈이 다수의 배터리모듈 온도 센서들로부터의 배터리모듈 온도 데이터들을 수신하고, 최저 온도와 최고 온도를 확인하여, 최저 온도와 최고 온도 사이의 온도 차를 계산하는 단계;
    상기 처리 모듈이 상기 최고 온도와 설정 최고 온도를 비교하고, 상기 온도 차를 설정 온도 차를 비교하는 단계;
    상기 최고 온도가 상기 설정 최고 온도 이하이고, 상기 온도 차가 상기 설정 온도 차 이하인 경우, 상기 처리 모듈이 상기 유로 조절 장치가 상기 초기 유로 관면적을 유지한 채 냉각수를 토출하도록 제어는 단계; 및
    상기 최고 온도가 상기 설정 최고 온도를 초과하거나, 상기 온도 차가 상기 설정 온도 차를 초과하는 경우, 상기 처리 모듈이 계산되는 배터리별 목표 유량 값에 상응하여 상기 유로 조절 장치가 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어하는 단계를 포함하는
    차량용 배터리 냉각 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유로 조절 장치가 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어하는 단계는,
    상기 처리 모듈이, 상기 유로 조절 장치로 입력되는 냉각수의 압력과 상기 유로 조절 장치로부터 토출되는 냉각수의 압력 차인 차압 데이터와, 데이터베이스화된 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도를 이용하여 배터리 모듈별 목표 유량 값을 계산하고, 계산된 목표 유량 값에 상응하는 제어 신호를 생성하여 유로 조절 장치별로 송출하는 것을 포함하는
    차량용 배터리 냉각 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유로 조절 장치가 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어하는 단계는,
    상기 처리 모듈이, 상기 배터리모듈 온도 센서로부터의 배터리모듈 온도 데이터와 상기 유로 조절 장치로부터 토출되는 냉각수의 양인 유량 데이터에 상응하는 최적 냉각수 온도를 유량 및 배터리모듈 온도별 최적 냉각수 온도 테이블로부터 추출하는 것을 포함하는
    차량용 배터리 냉각 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 유로 조절 장치가 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어하는 단계는,
    상기 처리 모듈이, 유로 조절 장치별로 제어 신호를 송출한 후, 측정되는 실제 유량 값과 생성된 목표 유량 값의 편차량을 기 설정된 편차 임계 값과 비교하고, 비교 결과, 편차 량이 편차 임계 값을 초과하면, 앞서 송출된 제어 신호를 상기 유로 조절 장치로 송출하는 것을 포함하는
    차량용 배터리 냉각 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 유로 조절 장치가 유로 관면적을 변형한 채 냉각수를 토출하도록 제어하는 단계는,
    상기 처리 모듈이, 상기 편차 량이 상기 편차 임계 값 이하이면, 현재 유량을 유지하여 냉각수를 흘리도록 하기 위한 제어 신호를 상기 유로 조절 장치로 송출하는 것을 포함하는
    차량용 배터리 냉각 방법.
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