KR20200123886A

KR20200123886A - 친환경 차량의 수냉식 pe-배터리 냉각시스템 제어 방법

Info

Publication number: KR20200123886A
Application number: KR1020190046576A
Authority: KR
Inventors: 소현준; 윤건석; 오진
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2020-11-02
Also published as: US20200331360A1; KR102644621B1; US11518272B2

Abstract

본 발명은 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 구성요소 중 일부에 고장이 발생하더라도, PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간의 협조 제어를 통하여 PE 부품 및 배터리에 대한 냉각이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING PE-BATTERY COOLING SYSTEM OF VEHICLE}

본 발명은 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PE 부품 및 배터리를 통합 냉각시키기 위한 냉각 부품이 고장나더라도, PE 부품 및 배터리에 대한 냉각이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에는 모터, 인버터, 온보드 충전기(OBC, On Board Charger) 등을 포함하는 PE(Power Electronics) 부품들이 탑재되어 있고, 또한 PE 부품들에 전력을 제공하기 위한 배터리가 탑재되어 있다.

상기 PE 부품 및 배터리는 그 작동시 발열을 하기 때문에 부품 보호 및 내구 보장을 위하여 필수적으로 냉각 처리되어야 한다.

이를 위해, 상기 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에는 PE 부품 냉각을 위한 수냉식 PE 냉각시스템 및 배터리 냉각을 위한 수냉식 배터리 냉각시스템이 탑재된다.

상기 PE 부품들과 배터리는 주요 운전영역의 온도 범위가 상이하여, 즉 PE 부품이 배터리에 비해 상대적으로 고온에서 운전됨에 따라, PE 부품들과 배터리는 별도의 냉각시스템을 필요로 한다.

하지만, 상기 PE 부품들과 배터리를 위한 냉각시스템을 별도로 구성하지 않고, 냉각시스템의 효율성을 높이고자 하나로 통합시킨 가변형 냉각시스템이 적용되고 있다.

상기 가변형 냉각시스템은 PE 부품과 배터리의 냉각을 하나의 냉각경로를 이용하는 것으로서, 수냉식 PE-배터리 냉각시스템으로 불리운다.

여기서, 상기 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 구성 및 동작을 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 구성 및 그 연결관계를 나타낸다.

상기 수냉식 PE-배터리 냉각시스템은 PE 부품들의 냉각을 위한 수냉식 PE 냉각시스템(10)과, 배터리 냉각을 위한 수냉식 배터리 냉각시스템(20)을 포함하되, 한 쌍의 3방향 밸브(11, 21)에 의하여 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 독립적으로 분리 작동되거나 하나로 통합되어 작동되도록 구성된다.

상기 PE 냉각시스템(10)은 PE 부품(13)의 냉각통로로 냉각수를 펌핑하는 제1전동식 워터펌프(12, EWP : Electric Water Pump)와, PE 부품(13)을 순환하고 나온 냉각수를 냉각시키는 라디에이터(14, RAD : Radiator)와, 냉각수가 저장되는 리저버(15)를 포함하여 구성된다.

상기 배터리 냉각시스템(20)은 배터리(23)의 냉각통로로 냉각수를 펌핑하는 제2전동식 워터펌프(22)와, 배터리(23)를 순환하고 나와서 배터리의 냉각열을 갖는 냉각수를 외부로 방출시키는 냉각기(24, Chiller)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 한 쌍의 3방향 밸브(11, 21) 중 제1의 3방향 밸브(11)는 리저버(15)와 제1전동식 워터펌프(12)와 제2전동식 워터펌프(22) 사이에 연결 배치되어, 리저버(15)로부터의 물이 제1전동식 워터펌프(12) 또는 제2전동식 워터펌프(22)로 흐르도록 전환 작동된다.

반면, 상기 한 쌍의 3방향 밸브(11, 21) 중 제2의 3방향 밸브(21)는 냉각기(24)와 제1전동식 워터펌프(12)와 제2전동식 워터펌프(22) 사이에 연결 배치되어, 냉각기(24)로부터의 물이 제1전동식 워터펌프(12) 또는 제2전동식 워터펌프(22)로 흐르도록 전환 작동된다.

이러한 수냉식 PE-배터리 냉각시스템에 있어서, 냉각 수온에 따라 제어기(미도시됨)에서 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(21)를 전환 제어함으로써, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)에 각각 독립적으로 냉각수가 흐르도록 한 분리 냉각 모드와, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)에 걸쳐 냉각수가 흐르도록 한 통합 냉각 모드가 구현될 수 있다.

예를 들어, 상기 PE 냉각시스템(10)을 순환하는 냉각수의 온도가 소정 수준 이상으로 높아지면, 도 2에 도시된 바와 같이 고온의 냉각수가 배터리 냉각시스템(20)으로 순환되지 않도록 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(12)를 전환 제어하되, 상기 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 냉각수가 교환되지 않도록 전환 제어함으로써, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 서로 분리되는 상태가 되어 상기한 분리 냉각 모드가 구현될 수 있다.

반면, 상기 PE 냉각시스템(10)을 순환하는 냉각수의 온도가 소정 수준 미만이거나, 배터리의 온도가 적정 온도보다 낮아서 승온이 필요할 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(12)를 전환 제어하되, 상기 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 서로 냉각수 교환 가능하도록 전환 제어함으로써, 상기한 통합 냉각 모드가 구현될 수 있다.

이와 같이, 상기 수냉식 PE-배터리 냉각시스템은 PE 냉각시스템와 배터리 냉각시스템의 온도 및 협조 제어에 따라 분리 냉각 모드 또는 통합 냉각 모드로 자유롭게 변경하며 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기한 수냉식 PE-배터리 냉각시스템을 구성하는 각 구성요소가 협조 제어에 따라 상호 역할을 수행함으로써, 분리 냉각 모드 또는 통합 냉각 모드로 자유롭게 변경 가능하지만, 어느 하나의 구성요소라도 고장이 발생할 경우에는 분리 냉각 모드와 통합 냉각 모드 간 전환이 불가능하게 되고, 결국 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 전체적인 냉각 기능이 상실될 수 있는 문제점이 있다.

더욱이, 상기 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 냉각 기능이 상실되거나, 분리 냉각 모드와 통합 냉각 모드 간 전환이 불가능하게 되면, PE 부품(인버터, 모터 등)에 과온이 발생하여 소손될 수 있고, 결국 차량이 셧다운되는 등의 문제점이 야기될 수 있고, 또한 배터리가 적정 온도를 유지하지 못하여 배터리의 입출력 전류 제한 및 배터리 수명 감소 등이 초래될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 구성요소 중 일부에 고장이 발생하더라도, PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간의 냉각 협조 제어를 통하여 PE 부품 및 배터리에 대한 냉각이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 제1전동식 워터펌프, PE 부품, 라디에이터, 리저버, 제1의 3방향 밸브가 차례로 연결된 PE 냉각시스템과, 제2전동식 워터펌프, 배터리, 냉각기, 제2의 3방향 밸브가 차례로 연결된 배터리 냉각시스템을 포함하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법에 있어서,

상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 일부에 고장이 발생하면, 상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브를 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환시키는 단계; 및 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 고장이 발생하지 않은 구성요소들 중 하나 이상의 구동 단수를 최대로 구동시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브는 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되어, PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템이 냉각수 교환 가능한 냉각 협조 제어를 위해 분리 냉각 모드에서 통합 냉각 모드로 전환되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 PE 냉각시스템에 포함된 제1전동식 워터펌프의 고장이 차량 주행 중에 발생하면, 상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브가 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되는 단계와, 상기 배터리 냉각시스템에 포함된 제2전동식 워터펌프의 작동 단수가 제어기의 제어 신호에 의하여 최대 단수로 구동되는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 제2전동식 워터펌프의 작동 단수가 최대 단수로 구동되는 단계와 함께 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 라디에이터의 팬 모터 및 상기 배터리 냉각기가 최대 단수로 구동되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 배터리 냉각시스템에 포함된 제2전동식 워터펌프의 고장이 차량 주행 중에 발생하면, 상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브가 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되는 단계와, 상기 PE 냉각시스템에 포함된 제1전동식 워터펌프의 작동 단수가 제어기의 제어 신호에 의하여 최대 단수로 구동되는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 제1전동식 워터펌프의 작동 단수가 최대 단수로 구동되는 단계와 함께 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 라디에이터의 팬 모터 및 상기 배터리 냉각기가 최대 단수로 구동되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 배터리 냉각시스템에 포함된 제2전동식 워터펌프의 고장이 배터리 충전 중에 발생하면, 상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브가 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되는 단계와, 상기 PE 냉각시스템에 포함된 제1전동식 워터펌프의 작동 단수가 제어기의 제어 신호에 의하여 최대 단수로 구동되는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 배터리 냉각시스템에 포함된 배터리 냉각기의 고장이 발생하면, 상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브가 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되는 단계와, 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 제1전동식 워터펌프와 제2전동식 워터펌프가 동시에 구동되는 단계와, 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 라디에이터의 팬 모터가 최대 단수로 구동되는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 PE 냉각시스템에 포함된 라디에이터의 팬 모터의 고장이 발생하면, 상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브가 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되는 단계와, 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 제1전동식 워터펌프와 제2전동식 워터펌프가 동시에 구동되는 단계와, 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 배터리 냉각기가 최대 단수로 구동되는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 구성요소 중 일부에 고장이 발생하더라도, PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간의 냉각 협조 제어를 통하여 PE 부품 및 배터리에 대한 냉각이 원활하게 이루어질 수 있다.

둘째, 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 구성요소 중 일부에 고장이 발생하더라도, PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간의 냉각 협조가 가능한 통합 냉각 모드로 강제 전환하여, PE 부품 및 배터리에 대한 냉각 성능을 확보함으로써, PE 부품 및 배터리 등이 과온 상태가 되어 완전히 고장나는 2차 고장을 막을 수 있다.

셋째, PE 부품 및 배터리 등의 고장이 발생하는 2차 고장을 방지함으로써, 2차 고장에 따른 AS 비용의 과다 소비를 예방할 수 있다.

넷째, 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 구성요소 중 일부에 고장이 발생하더라도, PE 부품과 배터리를 양호한 상태로 보호하면서 정비를 위한 위치까지 차량의 안전한 운행을 보장할 수 있다.

도 1은 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 구성 및 그 연결관계를 도시한 구성도,
도 2는 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 분리 냉각 모드를 도시한 구성도,
도 3은 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 통합 냉각 모드를 도시한 구성도,
도 4는 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 제1전동식 워터펌프 고장시 통합 냉각 모드로 강제 전환되는 예를 도시한 구성도,
도 5는 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 제2전동식 워터펌프 고장시 통합 냉각 모드로 강제 전환되는 예를 도시한 구성도,
도 6은 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 냉각기 고장시 통합 냉각 모드로 강제 전환되는 예를 도시한 구성도,
도 7은 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 라디에이터 팬 고장시 통합 냉각 모드로 강제 전환되는 예를 도시한 구성도,
도 8은 친환경 차량의 주행 중 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 협조 제어 과정을 도시한 순서도,
도 9은 친환경 차량의 충전 중 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 협조 제어 과정을 도시한 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 4 내지 도 7을 참조하면, 상기 수냉식 PE-배터리 냉각시스템은 PE 부품들(모터, 인버터 등)을 냉각하기 위한 수냉식 PE 냉각시스템(10)과, 배터리를 냉각하기 위한 수냉식 배터리 냉각시스템(20)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 PE 냉각시스템(10)은 PE 부품(13)의 냉각통로로 냉각수를 펌핑하는 제1전동식 워터펌프(12)와, PE 부품(13)을 순환하고 나온 냉각수를 냉각시키는 라디에이터(14)와, 냉각수가 저장되는 리저버(15)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 배터리 냉각시스템(20)은 배터리(23)의 냉각통로로 냉각수를 펌핑하는 제2전동식 워터펌프(22)와, 배터리(23)를 순환하고 나와서 배터리의 냉각열을 갖는 냉각수를 외부로 방출시키는 냉각기(24)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 리저버(15)와 제1전동식 워터펌프(12)와 제2전동식 워터펌프(22) 사이에 제1의 3방향 밸브(11)가 연결되어, 리저버(15)로부터의 물이 제1전동식 워터펌프(12) 또는 제2전동식 워터펌프(22)로 흐르도록 전환 작동된다.

더불어, 상기 냉각기(24)와 제1전동식 워터펌프(12)와 제2전동식 워터펌프(22) 사이에 제2의 3방향 밸브(21)가 연결되어, 냉각기(24)로부터의 물이 제1전동식 워터펌프(12) 또는 제2전동식 워터펌프(22)로 흐르도록 전환 작동된다.

이러한 수냉식 PE-배터리 냉각시스템에 있어서, 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(12)를 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간에 냉각수 교환이 되지 않도록 전환 제어함으로써, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)은 서로 냉각수 교환 흐름이 되지 않는 분리 상태가 되어, 결국 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 독립적으로 작동하는 분리 냉각 모드가 구현될 수 있다.

반면, 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(21)를 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간에 냉각수 교환이 가능하도록 전환 제어함으로써, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 서로 냉각수 교환 가능한 상태가 되어, 결국 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 통합적으로 작동하는 통합 냉각 모드가 구현될 수 있다.

본 발명은 위와 같은 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 구성요소(제1전동식 워터펌프, 라디에이터의 팬, 제2전동식 워터펌프, 냉각기) 중 하나 이상이 고장나더라도, PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간의 냉각수 교환이 가능하도록 한 냉각 협조 제어를 통하여 PE 부품 및 배터리에 대한 냉각이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

여기서, 상기 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 구성요소(제1전동식 워터펌프, 라디에이터의 팬, 제2전동식 워터펌프, 냉각기) 중 하나에 고장이 발생할 경우, PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간의 냉각수 교환이 가능하도록 한 냉각 협조 제어를 첨부한 도 4 내지 도 9를 참조로 각 실시예 별로 살펴보기로 한다.

제1실시예

첨부한 도 4는 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 제1전동식 워터펌프 고장시 통합 냉각 모드로 강제 전환되는 예를 나타내고, 도 8은 제1전동식 워터펌프 고장시 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 냉각 제어 방법을 포함하는 순서도이다.

상기 수냉식 PE-배터리 냉각시스템이 탑재된 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 주행 중, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 각각 분리 냉각 모드로 작동할 때, 상기 PE 냉각시스템(10)에 포함된 제1전동식 워터펌프(12)의 고장이 발생하면, PE 냉각시스템(10)에 의한 PE 부품들(모터, 인버터 등)에 대한 냉각이 이루어지지 않게 된다.

상기 제1전동식 워터펌프는 PE 부품들(모터, 인버터)의 냉각통로로 냉각수를 순환시키기 위한 펌프로서, 이 제1전동식 워터펌프가 고장나면 PE 부품들의 발열량이 증가함과 함께 온도가 빠르게 상승하기 때문에 결국 제1전동식 워터펌프의 고장은 차량의 주행에 매우 치명적으로 작용할 수 있다.

또한, 상기 제1전동식 워터펌프의 고장시 PE 부품들의 온도가 상승하게 되고, PE 부품들의 고온 상태에서는 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 작동 모드가 분리 냉각 모드로 유지되기 때문에 PE 부품들에 대한 냉각 불가 상황이 초래되어, 결국 차량은 인버터 과온 등으로 인한 모터의 셧다운으로 주행 불가 상태가 될 수 있다.

이를 해소하기 위하여, 본 발명은 상기 PE 냉각시스템(10)에 포함된 제1전동식 워터펌프(12)의 고장이 발생하면, 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(21)를 상기 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 전환시켜서, 제1전동식 워터펌프(12)를 제외한 PE 냉각시스템(10)의 구성과 배터리 냉각시스템(20) 간의 냉각 협조 제어가 이루어질 수 있도록 한다.

이에, 차량 주행 중 제1전동식 워터펌프(12)의 고장 상태 여부를 제어기(미도시됨)에서 판단하여(S101), 제1전동식 워터펌프(12)가 고장 상태로 판정되면 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(21)를 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간에 냉각수 교환이 가능한 위치로 강제 전환시키는 제어를 하게 된다(S102).

따라서, 상기 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 서로 냉각수 교환 가능한 상태가 되어, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 통합적으로 작동하는 통합 냉각 모드가 구현된다.

본래, 상기 통합 냉각 모드에서는 냉각수의 유속 및 유량의 확보를 위해 제1전동식 워터펌프(12)와 제2전동식 워터펌프(22) 등 2개의 워터펌프 구동이 필요하지만, 상기 제1전동식 워터펌프(12)는 고장난 상태이므로 냉각 성능이 부족할 수 있다.

이에, 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 배터리 냉각시스템(20)에 포함된 제2전동식 워터펌프(22)의 작동 단수를 강제로 최대 단수로 제어함으로써, 냉각수의 유속 및 유량의 최대한 확보되도록 한다(S103).

아울러, 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 라디에이터(14)의 팬 모터 작동을 최대 단수로 구동시킴으로써, PE 부품(13)을 빠져나온 냉각수의 냉각이 원활하게 이루어지도록 한다(S104).

또한, 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 배터리 냉각기(24)의 작동을 최대 단수로 구동시킴으로써, 배터리(23)의 냉각통로를 빠져나온 냉각수의 냉각이 원활하게 이루어지도록 한다(S105).

이와 같이, 상기 PE 냉각시스템(10)에 포함된 제1전동식 워터펌프(12)의 고장이 발생하더라도, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간의 냉각 협조 제어를 통하여 PE 부품 및 배터리에 대한 냉각이 충분하게 이루어질 수 있다.

한편, 상기 PE 냉각시스템(10)에 포함된 제1전동식 워터펌프(12)의 고장 상황에서 PE 부품(예, 인버터)의 온도 변화 및 배터리 온도 상승 시간을 관찰하는 시험을 하였는 바, 그 결과는 아래의 표 1 및 표 2에 기재된 바와 같다.

위의 표 1에서 보듯이, 상기 제1전동식 워터펌프(12)의 고장시 PE 부품인 인버터의 온도가 초기 온도 대비 과온 보호 레벨 이상(예, 147 ℃)으로 상승하였지만, 상기한 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간의 냉각 협조 제어에 의하여 PE 부품인 인버터의 온도가 일정 시간 동안의 고속 주행 후에도 과온 보호 레벨 미만(예, 85 ℃)으로 감소됨을 알 수 있었고, 이는 제1전동식 워터펌프(12)가 고장나더라도 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간의 냉각 협조 제어를 통하여 PE 부품이 충분히 냉각됨을 증거하는 것이다.

상기 제1전동식 워터펌프(12)의 고장시 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간의 냉각 협조 제어를 통하여 PE 부품을 충분히 냉각시킬 수 있지만, 반면 배터리의 온도가 적정 온도 이상으로 상승할 수 있다.

하지만, 위의 표 2에서 보듯이 상기 배터리 냉각기(24)의 작동을 최대 단수로 구동시킴으로써, 배터리의 온도 상승 시간(예, 31 ℃에서 36 ℃로 상승되는 시간)을 억제할 수 있음을 알 수 있었고, 이는 제1전동식 워터펌프가 고장이 나더라도 배터리 온도 상승을 억제하여 차량 주행에 문제가 없을 뿐만 아니라 정비를 받을 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있음을 증거하는 것이다.

제2실시예

첨부한 도 5는 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 제2전동식 워터펌프 고장시 통합 냉각 모드로 강제 전환되는 예를 나타내고, 도 8은 제2전동식 워터펌프 고장시 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 냉각 제어 방법을 포함하는 순서도이다.

상기 수냉식 PE-배터리 냉각시스템이 탑재된 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 주행 중, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 각각 분리 냉각 모드로 작동할 때, 상기 배터리 냉각시스템(20)에 포함된 제2전동식 워터펌프(22)의 고장이 발생하면, 배터리 냉각시스템(20)에 의한 배터리 냉각이 이루어지지 않게 된다.

상기 제2전동식 워터펌프(22)는 배터리(23)의 냉각통로로 냉각수를 순환시키기 위한 워터펌프로서, 그 고장시에 배터리(23)의 온도가 적정 제한 온도 이상으로 상승할 수 있다.

이때, 상기 제2전동식 워터펌프(22)의 고장으로 배터리 냉각이 원활하게 이루어지지 않더라도, 배터리(23)는 발열량이 크지만, 배터리(23)가 가진 열 용량이 크기 때문에 빠르게 온도가 상승하지는 않는다.

하지만, 배터리의 열 용량이 큰 만큼 제2전동식 워터펌프(22)의 고장으로 인해 온도가 상승한다면, 냉각이 원활하지 않은 상황에서 배터리 온도를 낮추는 것 또한 쉽지 않다.

따라서, 상기 배터리(23)의 온도가 제한온도 이상으로 상승하면 배터리(23)의 입출력 전류량이 제한되어 0 A(암페어)로 제한될 수 있으므로, 배터리(23)의 온도가 제한온도 이상으로 상승되지 않도록 관리하는 것이 중요하다.

더욱이, 상기 제2전동식 워터펌프(22)의 고장은 차량 주행중 배터리의 온도상승에도 영향을 미치지만 배터리 충전 중의 온도 상승에도 큰 영향을 미치고, 특히 급속 충전을 하는 경우 높은 전류량으로 인해 발열이 매우 크게 발생하므로, 제2전동식 워터펌프(22)의 고장시 배터리(23)의 온도가 제한온도 이상으로 상승되지 않도록 관리하는 것이 중요하다.

이에, 본 발명은 상기 배터리 냉각시스템(20)에 포함된 제2전동식 워터펌프(22)의 고장이 발생하면, 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(21)를 상기 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환시켜서, PE 냉각시스템(10)과 제2전동식 워터펌프(22)를 제외한 배터리 냉각시스템(20) 간의 냉각 협조 제어가 이루어질 수 있도록 한다.

먼저, 차량 주행 중 제2전동식 워터펌프(22)의 고장 상태 여부를 제어기(미도시됨)에서 판단하여(S201), 제2전동식 워터펌프(22)가 고장 상태로 판정되면 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(21)를 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간에 냉각수 교환이 가능한 위치로 강제 전환시키는 제어를 하게 된다(S202).

본래, 상기 통합 냉각 모드에서는 냉각수의 유속 및 유량의 확보를 위해 제1전동식 워터펌프(12)와 제2전동식 워터펌프(22) 등 2개의 워터펌프 구동이 필요하지만, 상기 제2전동식 워터펌프(22)는 고장난 상태이므로 냉각 성능이 부족할 수 있다.

이에, 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 PE 냉각시스템(10)에 포함된 제1전동식 워터펌프(12)의 작동 단수를 강제로 최대 단수로 제어함으로써, 냉각수의 유속 및 유량의 최대한 확보되도록 한다(S203).

아울러, 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 라디에이터(14)의 팬 모터 작동을 최대 단수로 구동시킴으로써, PE 부품(13)을 빠져나온 냉각수의 냉각이 원활하게 이루어지도록 한다(S204).

이와 같이, 상기 배터리 냉각시스템(20)에 포함된 제2전동식 워터펌프(22)의 고장이 발생하더라도, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간의 냉각 협조 제어를 통하여 PE 부품 및 배터리에 대한 냉각이 충분하게 이루어질 수 있다.

한편, 상기 수냉식 PE-배터리 냉각시스템이 탑재된 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 주행 중이 아니라 주정차 상태에서 배터리(23)에 대한 충전이 이루어질 때, 상기 배터리 냉각시스템(20)에 포함된 제2전동식 워터펌프(22)의 고장이 발생하면, 배터리(23)의 온도가 제한온도 이상으로 상승할 수 있다.

부연하면, 상기 배터리(23) 충전시(예, 급속 충전) PE 부품(13)은 작동하지 않으며, 충전기와 배터리가 직접 연결되어 배터리(23)의 충전시 입력 전류에 따라 배터리의 온도가 상승하게 된다.

이에, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 주행 중이 아니라 주정차 상태에서 배터리(23)에 대한 충전이 이루어질 때, 상기 제2전동식 워터펌프(22)의 고장이 발생하더라도, 배터리(23)의 온도가 제한온도 이상으로 상승되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 첨부한 도 9의 순서도에서 보듯이, 상기 배터리(23)의 충전시에도 제어기에서 제2전동식 워터펌프(22)의 고장 여부를 모니터링하여, 고장이 난 것으로 판정되면 상기한 단계 S201 내지 S205 단계가 동일하게 진행되도록 함으로써, 배터리 충전시 배터리의 온도가 제한온도 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있다.

제3실시예

첨부한 도 6은 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 냉각기 고장시 통합 냉각 모드로 강제 전환되는 예를 나타내고, 도 8은 냉각기 고장시 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 냉각 제어 방법을 포함하는 순서도이다.

상기 수냉식 PE-배터리 냉각시스템이 탑재된 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 주행 중, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20)이 각각 분리 냉각 모드로 작동할 때, 상기 배터리 냉각시스템(20)에 포함된 배터리 냉각기(24)의 고장이 발생하면, 배터리 냉각시스템(20)에 의한 배터리 냉각이 제대로 이루어지지 않게 된다.

상기 배터리 냉각기(24)는 배터리(23)의 냉각통로로부터 빠져 나온 고온 냉각수를 냉각시키기 위한 것으로서, 분리 냉각 모드에서만 작동하며, 배터리(23)의 온도를 낮게 유지시키는 역할을 한다.

이에, 본 발명은 상기 배터리 냉각시스템(20)에 포함된 배터리 냉각기(24)의 고장이 발생하는 경우에도, 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(21)를 상기 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환시켜서, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간의 냉각 협조 제어가 이루어질 수 있도록 한다.

먼저, 차량 주행 중 배터리 냉각기(24)의 고장 상태 여부를 제어기(미도시됨)에서 판단하여(S301), 배터리 냉각기(24)가 고장 상태로 판정되면 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(21)를 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간에 냉각수 교환이 가능한 위치로 강제 전환시키는 제어를 하게 된다(S302).

이때, 상기 PE 부품(13)은 배터리 온도(약 20 ℃)에 비해 높은 온도영역(약 70 ℃)에서 작동을 하므로, 배터리(23)의 냉각통로로부터 빠져 나온 고온 냉각수를 라디에이터(14)로 순환시켜 라디에이터(14)의 냉각 작동만으로 충분하게 냉각시킬 수 있다.

이에, 상기 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간의 냉각수 흐름이 원활하게 이루어지도록 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 PE 냉각시스템(10)에 포함된 제1전동식 워터펌프(12)와 배터리 냉각시스템(20)에 포함된 제2전동식 워터펌프(22)가 동시에 구동된다(S303).

아울러, 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 라디에이터(14)의 팬 모터 작동을 최대 단수로 구동시킴으로써(S304), 배터리(23)의 냉각통로를 빠져나온 냉각수가 PE 부품(13)의 냉각통로를 통과한 후 라디에이터(14)로 흐르게 되어 용이하게 냉각될 수 있다.

제4실시예

첨부한 도 7은 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 라디에이터 팬 고장시 통합 냉각 모드로 강제 전환되는 예를 나타내고, 도 8은 라디에이터 팬 고장시 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 냉각 제어 방법을 포함하는 순서도이다.

상기 라디에이터(14)는 PE 부품(13)의 열을 외부로 배출하고, PE 부품(13)의 발열량 및 온도에 따라 라디에이터(14)에 포함된 팬 모터의 속도가 조절된다.

이러한 라디에이터(14)의 팬 모터에 고장이 발생한다 하더라도 주행풍 등으로 PE 부품을 빠져나온 냉각수에 대한 냉각이 이루어질 수 있으나, 충분한 냉각성능을 발생하기에는 부족할 수 있다.

특히, 상기 PE 부품(13) 중 인버터의 스위칭 반도체는 열용량이 작고, 발열량이 매우 크기 때문에 적절한 냉각을 해주지 않는다면 모터와 인버터의 구동불가 상황이 초래될 수 있다.

이에, 본 발명은 상기 PE 냉각시스템(10)에 포함된 라디에이터(14)의 팬 모터 고장이 발생하는 경우에도, 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(21)를 상기 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환시켜서, PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간의 냉각 협조 제어가 이루어질 수 있도록 한다.

먼저, 차량 주행 중 라디에이터(14)의 팬 모터 고장 여부를 제어기(미도시됨)에서 판단하여(S401), 라디에이터(14)의 팬 모터가 고장 상태로 판정되면 상기 제1의 3방향 밸브(11)와 제2의 3방향 밸브(21)를 PE 냉각시스템(10)과 배터리 냉각시스템(20) 간에 냉각수 교환이 가능한 위치로 강제 전환시키는 제어를 하게 된다(S402).

아울러, 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 배터리 냉각기(24)의 작동을 최대 단수로 구동시킴으로써(S404), PE 부품(13)의 냉각통로를 빠져나온 냉각수가 배터리(23)의 냉각통로를 통과한 후 배터리 냉각기(24)로 흐르게 되어 용이하게 냉각될 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 수냉식 PE-배터리 냉각시스템의 구성요소 중 일부에 고장이 발생하더라도, PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간의 냉각 협조 제어를 통하여 PE 부품 및 배터리에 대한 냉각이 원활하게 이루어질 수 있다.

10 : PE 냉각시스템
11 : 제1의 3방향 밸브
12 : 제1전동식 워터펌프
13 : PE 부품
14 : 라디에이터
15 : 리저버
20 : 배터리 냉각시스템
21 : 제2의 3방향 밸브
22 : 제2전동식 워터펌프
23 : 배터리
24 : 냉각기

Claims

제1전동식 워터펌프, PE 부품, 라디에이터, 리저버, 제1의 3방향 밸브가 차례로 연결된 PE 냉각시스템과, 제2전동식 워터펌프, 배터리, 냉각기, 제2의 3방향 밸브가 차례로 연결된 배터리 냉각시스템을 포함하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법에 있어서,
상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 일부에 고장이 발생하면, 상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브를 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환시키는 단계; 및
상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 고장이 발생하지 않은 구성요소들 중 하나 이상의 구동 단수를 최대로 구동시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브는 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되어, PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템이 냉각수 교환 가능한 냉각 협조 제어를 위해 분리 냉각 모드에서 통합 냉각 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 PE 냉각시스템에 포함된 제1전동식 워터펌프의 고장이 차량 주행 중에 발생하면,
상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브가 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되는 단계와,
상기 배터리 냉각시스템에 포함된 제2전동식 워터펌프의 작동 단수가 제어기의 제어 신호에 의하여 최대 단수로 구동되는 단계,
가 진행되도록 한 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 제2전동식 워터펌프의 작동 단수가 최대 단수로 구동되는 단계와 함께 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 라디에이터의 팬 모터 및 상기 배터리 냉각기가 최대 단수로 구동되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 배터리 냉각시스템에 포함된 제2전동식 워터펌프의 고장이 차량 주행 중에 발생하면,
상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브가 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되는 단계와,
상기 PE 냉각시스템에 포함된 제1전동식 워터펌프의 작동 단수가 제어기의 제어 신호에 의하여 최대 단수로 구동되는 단계,
가 진행되도록 한 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 제1전동식 워터펌프의 작동 단수가 최대 단수로 구동되는 단계와 함께 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 라디에이터의 팬 모터 및 상기 배터리 냉각기가 최대 단수로 구동되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 배터리 냉각시스템에 포함된 제2전동식 워터펌프의 고장이 배터리 충전 중에 발생하면,
상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브가 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되는 단계와,
상기 PE 냉각시스템에 포함된 제1전동식 워터펌프의 작동 단수가 제어기의 제어 신호에 의하여 최대 단수로 구동되는 단계,
가 진행되도록 한 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 제1전동식 워터펌프의 작동 단수가 최대 단수로 구동되는 단계와 함께 상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 라디에이터의 팬 모터 및 상기 배터리 냉각기가 최대 단수로 구동되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 배터리 냉각시스템에 포함된 배터리 냉각기의 고장이 발생하면,
상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브가 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되는 단계와,
상기 제어기의 제어 신호에 의하여 제1전동식 워터펌프와 제2전동식 워터펌프가 동시에 구동되는 단계와,
상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 라디에이터의 팬 모터가 최대 단수로 구동되는 단계,
가 진행되도록 한 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템의 구성요소들 중 PE 냉각시스템에 포함된 라디에이터의 팬 모터의 고장이 발생하면,
상기 제1의 3방향 밸브와 제2의 3방향 밸브가 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 PE 냉각시스템과 배터리 냉각시스템 간에 냉각수 흐름이 가능한 방향으로 강제 전환되는 단계와,
상기 제어기의 제어 신호에 의하여 제1전동식 워터펌프와 제2전동식 워터펌프가 동시에 구동되는 단계와,
상기 제어기의 제어 신호에 의하여 상기 배터리 냉각기가 최대 단수로 구동되는 단계,
가 진행되도록 한 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 수냉식 PE-배터리 냉각시스템 제어 방법.