KR20200124031A - 배터리 냉각 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

배터리 냉각 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

차량의 동력을 생성하는 모터로 제공되는 에너지를 저장하는 배터리; 상기 배터리의 온도를 검출하는 온도센서; 상기 배터리를 냉각하기 위한 공기를 상기 배터리로 공급하기 위한 냉각팬; 및 상기 배터리의 전류 및 내부 저항을 기반으로 상기 배터리의 온도를 예측하기 위한 연산을 하고, 연산을 통해 도출된 상기 배터리의 예측온도와 상기 온도센서에서 검출된 실측온도 사이의 차이에 기반하여 상기 냉각팬의 구동 여부를 결정하는 컨트롤러를 포함하는 배터리 냉각 제어 시스템이 개시된다.

Description

배터리 냉각 제어 시스템 및 방법{CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR COOLING BATTERY}
본 발명은 배터리 냉각 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 냉각을 위한 공기를 공급하기 위한 공기 인렛의 온도를 검출할 수 없는 상황에서 효율적인 배터리 냉각을 수행할 수 있도록 냉각팬을 제어할 수 있는 배터리 냉각 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량 또는 전기 자동차와 같은 친환경 차량은 전기 에너지로 회전력을 생성하는 모터를 구동하여 차량의 이동을 가능하게 하는 차량이다. 이러한 친환경 차량은 모터의 구동에 사용하기 위한 전기 에너지를 저장하는 고전압의 배터리를 구비한다.
배터리는 큰 에너지를 모터로 공급하는 과정에서 내부 저항에 의한 높은 열이 발생하며 이러한 열로 인한 온도 상승은 배터리의 성능과 내구에 악영향을 미치므로 냉각팬을 구동하여 배터리에 냉각풍이 제공되게 함으로써 배터리를 냉각시켜 배터리의 온도를 적정한 온도로 유지되게 하고 있다.
냉각팬은 배터리로 공기를 공급하도록 동작하는데 공기 공급의 입구인 인렛(inlet)의 온도는 배터리의 냉각을 위해 공급되는 공기의 온도에 해당하므로 배터리 냉각 성능에 큰 영향을 미친다. 이에 종래에는 인렛의 온도 및 배터리의 실측온도 등에 기초하여 냉각팬의 회전 수(구동 단수)를 제어하는 방식으로 냉각팬을 제어하고 있다. 그러나 이러한 종래의 방식은 공기가 주입되는 공기 인렛의 온도를 측정하기 위한 센서를 별도로 구비해야 하므로 비용이 상승하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 배터리로 공급되는 공기 인렛을 차량 캐빈 내에 마련한 경우 인렛 온도센서 대신 차량의 공조 시스템에 마련된 실내 온도센서에서 검출된 온도 측정값을 이용하여 배터리 냉각팬 제어에 적용하는 기법이 제안되었다. 그러나, 이러한 기법은 공조 시스템의 실내 온도센서가 고장인 경우 냉각팬의 제어가 불가능해지는 문제가 발생한다.
위 종래의 문제를 해소하기 위한 다른 방안으로, 본 출원과 동일한 출원인에 의해 출원되고 본 발명과 동일한 발명자에 의해 제안된 한국공개특허 제10-2018-0120952호에는 인렛 온도를 고려하지 않고 냉각팬을 제어하기 위한 기술이 개시된다. 그러나, 상기 선행출원에서도 차량의 주행시에는 단순히 차량 속도와 배터리 실측온도에 기반하여 냉각팬을 구동하므로 공기 인렛의 온도가 높은 경우 냉각팬 구동에 의해 오히려 배터리의 온도를 더 상승시키게 되는 문제가 발생할 수 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
일본공개특허 특개2016-199153호 한국공개특허 제10-2018-0120952호
이에 본 발명은, 배터리의 온도 예측 연산을 통해 도출된 예측온도와 배터리에 설치된 온도센서를 통해 검출된 실측온도를 비교하여 배터리의 냉각을 위한 공기가 주입되는 공기 인렛의 온도를 간접 판단하고 그 결과에 따라 냉각팬의 구동 여부를 결정함으로써 효율적인 배터리의 냉각이 가능한 배터리 냉각 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
차량의 동력을 생성하는 모터로 제공되는 에너지를 저장하는 배터리;
상기 배터리의 온도를 검출하는 온도센서;
상기 배터리를 냉각하기 위한 공기를 상기 배터리로 공급하기 위한 냉각팬; 및
상기 배터리의 전류 및 내부 저항을 기반으로 상기 배터리의 온도를 예측하기 위한 연산을 하고, 연산을 통해 도출된 상기 배터리의 예측온도와 상기 온도센서에서 검출된 실측온도 사이의 차이에 기반하여 상기 냉각팬의 구동 여부를 결정하는 컨트롤러;
를 포함하는 배터리 냉각 제어 시스템.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 실측온도와 상기 예측온도의 차가 사전 설정된 기준값보다 큰 경우 상기 냉각팬을 오프시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 식 '
Figure pat00001
'(Te: 상기 예측온도, I: 상기 배터리의 전류, R: 상기 배터리의 내부저항, t: 차량 시동 완료 시점으로부터 상기 예측온도 연산 시점까지의 시간, Q: 상기 배터리의 고유 열용량, Ti: 차량 시동 완료 시점에서 상기 배터리의 실측온도)에 의해 상기 예측온도를 연산할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 차량의 속도를 검출하는 차속센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 실측온도와 상기 예측온도의 차가 사전 설정된 기준값 이하인 경우, 차량의 속도와 배터리 온도에 대응되는 상기 냉각팬의 회전속도를 사전에 저장한 제어 맵에 상기 차속센서에서 검출된 상기 차량의 속도와 상기 실측온도를 적용하여 도출되는 회전속도로 상기 냉각팬의 구동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차속센서에 검출된 차량의 속도가 사전 설정된 기준값보다 큰 경우, 상기 배터리의 전류 및 내부 저항을 기반으로 상기 배터리의 온도를 예측하기 위한 연산을 하고, 연산을 통해 도출된 상기 배터리의 예측온도와 상기 온도센서에서 검출된 실측온도 사이의 차이에 기반하여 상기 냉각팬의 구동 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차속센서에 검출된 차량의 속도가 사전 설정된 기준값 이하인 경우, 상기 실측온도의 증가 속도에 기반하여 상기 냉각팬을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 실측온도의 증가 속도가 사전 설정된 기준속도보다 큰 경우, 상기 냉각팬을 가장 느린 속도의 구동단으로 제한 구동할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 실측온도의 증가 속도가 사전 설정된 기준속도 이하인 경우, 차량의 속도와 배터리 온도에 대응되는 상기 냉각팬의 회전속도를 사전에 저장한 제어 맵에 상기 차속센서에서 검출된 상기 차량의 속도와 상기 실측온도를 적용하여 도출되는 회전속도로 상기 냉각팬의 구동을 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
차량의 시동이 완료되고 차량의 동력을 생성하는 모터로 제공되는 에너지를 저장하는 배터리의 온도를 검출하는 온도센서로부터 상기 배터리의 온도를 검출한 실측온도를 제공받는 단계;
상기 배터리의 전류 및 내부 저항을 기반으로 상기 배터리의 온도를 예측하는 단계; 및
상기 예측하는 단계에서 예측된 상기 배터리의 예측온도와 상기 실측온도의 차에 기반하여 상기 냉각팬의 구동여부를 결정하는 단계;
를 포함하는 배터리 냉각 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결정하는 단계는, 상기 실측온도와 상기 예측온도의 차가 사전 설정된 기준값보다 큰 경우 상기 냉각팬을 오프시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 예측하는 단계는, 식 '
Figure pat00002
'(Te: 상기 예측온도, I: 상기 배터리의 전류, R: 상기 배터리의 내부저항, t: 차량 시동 완료 시점으로부터 상기 예측온도 연산 시점까지의 시간, Q: 상기 배터리의 고유 열용량, Ti: 차량 시동 완료 시점에서 상기 배터리의 실측온도)에 의해 상기 예측온도를 연산할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결정하는 단계는, 상기 실측온도와 상기 예측온도의 차가 사전 설정된 기준값 이하인 경우, 차량의 속도와 배터리 온도에 대응되는 상기 냉각팬의 회전속도를 사전에 저장한 제어 맵에, 상기 차량의 속도를 검출하는 차속센서에서 검출된 상기 차량의 속도와 상기 실측온도를 적용하여 도출되는 회전속도로 상기 냉각팬의 구동을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 차량의 속도를 검출하는 차속센서에서 검출된 차량의 속도와 사전 설정된 기준값을 비교하는 단계를 더 포함하며, 상기 차속센서에서 검출된 차량의 속도가 상기 기준값보다 큰 경우, 상기 예측하는 단계 및 상기 결정하는 단계를 실행할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 차속센서에서 검출된 차량의 속도가 상기 기준값 이하인 경우, 상기 실측온도의 증가 속도와 사전 설정된 기준속도를 비교한 결과에 기반하여 상기 냉각팬을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 냉각팬을 제어하는 단계는, 상기 실측온도의 증가 속도가 사전 설정된 기준속도보다 큰 경우, 상기 냉각팬을 가장 느린 속도의 구동단으로 제한 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 냉각팬을 제어하는 단계는, 상기 실측온도의 증가 속도가 사전 설정된 기준속도 이하인 경우, 차량의 속도와 배터리 온도에 대응되는 상기 냉각팬의 회전속도를 사전에 저장한 제어 맵에 상기 차속센서에서 검출된 상기 차량의 속도와 상기 실측온도를 적용하여 도출되는 회전속도로 상기 냉각팬의 구동을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배터리 냉각 제어 시스템 및 방법에 따르면, 배터리의 냉각을 위한 공기 공급이 이루어지는 공기 유로의 인렛 온도를 검출할 수 없는 상태(예를 들어, 공조 시스템의 실내 온도센서 고장 시)에서도, 인렛 온도 상태를 적절하게 반영하여 배터리를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
특히, 상기 배터리 냉각 제어 시스템 및 방법에 따르면, 인렛 온도가 일정 수준 이상 고온인 상태에서는 냉각팬의 동작을 정지시켜 배터리 출력 제한에 이르는 시간이 단축되는 것을 방지하여 운전성 악화 없이 원활한 차량 운행이 가능하게 한다.
나아가, 상기 배터리 냉각 제어 시스템 및 방법에 따르면, 배터리의 냉각을 위한 공기 공급이 이루어지는 공기 유로의 인렛에 온도 검출을 위한 온도센서를 추가하지 않아도 되므로 원가 절감을 달성할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 시스템 및 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 시스템의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 시스템은, 배터리(10)와, 배터리(10)의 온도를 검출하는 온도센서(12)와, 배터리(10)를 냉각하기 위한 공기를 공급하기 위해 마련된 냉각팬(20)과, 배터리(10)의 전류 및 내부 저항을 기반으로 배터리(10)의 온도를 예측하고, 배터리(10)의 예측된 온도와 상기 온도센서(12)에서 검출된 실측온도 사이의 차이에 기반하여 냉각팬(20)의 구동 여부를 결정하는 컨트롤러(100)를 포함할 수 있다.
배터리(10)는 차량의 구동 휠에 동력을 공급하는 모터(40)를 구동하기 위한 전기 에너지를 저장하기 위한 요소이다. 모터(40) 구동 시 배터리(10)는 저장하고 있는 직류 전력을 방전하게 되고 배터리(10)에서 방전된 직류 전력은 인버터(30)에 의해 모터(40) 구동을 위한 복수의 위상을 갖는 교류 전력으로 변환될 수 있다. 즉, 차량이 주행하게 되면 모터(40) 구동을 위한 에너지가 배터리(10)에서 방전되고 이에 따라 배터리(10)는 출력하는 전류와 내부 저항에 의해 열을 발생시킨다.
온도센서(12)는 배터리(10)의 온도를 검출하여 그 결과를 컨트롤러(100)로 전송한다. 이하에서는, 온도센서(12)의 작동에 의해 검출된 배터리의 온도를 실측온도(Ts)라 하기로 한다.
냉각팬(20)은 컨트롤러(100)에서 제공되는 제어신호에 따라 구동될 수 있으며, 배터리(10)로 공기를 공급되게 하여 배터리(10)를 냉각시키는 역할을 할 수 있다. 냉각팬(20)는 배터리(10)의 냉각을 위한 공기가 흐르는 공기 유로 상에 설치될 수 있다. 이 때, 공기 유로로 공기가 유입되는 인렛의 온도는 배터리(10)의 냉각 성능에 큰 영향을 미치게 된다. 즉, 인렛의 온도는 배터리(10)의 냉각을 위해 공급되는 공기의 온도에 해당하므로 고온의 공기가 공급되는 경우 배터리(10)의 온도를 냉각시키기 보다는 오히려 배터리(10)의 온도 상승을 유발할 수 있으며, 심각한 경우 사전 설정된 배터리(10) 출력 제한 온도까지 배터리(10)의 온도를 상승시켜 차량의 주행 성능을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
컨트롤러(100)는 배터리(10)의 냉각을 위한 공기 유로의 인렛 온도를 측정하지 못하는 경우를 대비하여 배터리 온도를 예측하고 그 예측된 결과와 실측온도를 비교하여 냉각팬의 구동 여부를 결정한다.
더욱 상세하게, 컨트롤러(100)는 정상적인 상태에서 차속 및 배터리(10)의 실측온도를 기반으로 냉각팬(20)의 구동을 제어할 수 있다. 여기서 정상적인 상태는 배터리(10)를 냉각하기 위한 공기 유로의 인렛 온도가 과도하게 고온인 상태가 아닌 경우를 의미할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(100)는 차속 및 배터리(10)의 온도에 대응되는 냉각팬의 회전속도(구동 단수)를 사전에 저장한 제어 맵을 기반으로 냉각팬(20)의 구동을 제어할 수 있다.
또한, 컨트롤러(100)는 정상적인 상태가 아닌 경우, 즉 인렛 온도가 과도하게 고온인 상태가 되는 경우를 판단하고 그에 따라 냉각팬(20)의 구동을 중단할 수 있다. 인렛 온도가 과도하게 고온인 상태를 판단하기 위해, 컨트롤러(100)는 배터리(10)의 전류 및 내부 저항을 기반으로 연산을 통해 온도를 예측한 예측온도와 실측온도를 비교할 수 있다.
컨트롤러(100)는 차량의 내부에 마련되는 여러 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다. 또한, 배터리 냉각 제어 장치(100)는 차량 내 배터리 관리 시스템(BMS)의 형태로 구현되거나, 배터리 관리 시스템(BMS) 내에 구현될 수도 있다.
한편, 전술한 것과 같이, 컨트롤러(100)가 차속 기반으로 냉각팬(20)의 구동을 제어하기 위해, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 시스템은 차량의 주행 속도를 검출하는 차속센서(50)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 방법의 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 방법의 흐름도이다. 도 2 및 도 3을 통해 설명되는 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 방법의 설명을 통해 전술한 배터리 냉각 제어 시스템의 동작 및 작용 효과가 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 방법은, 차량의 시동이 이루어진 후(S11), 컨트롤러(100)가 온도센서(12)에서 검출된 배터리(10)의 실측온도(Ts)와 사전 설정된 냉각팬(20)의 구동을 위한 목표 온도(Tt)를 비교한다(S12). 여기서 차량의 시동이 이루어지는 단계(S11)는 차량의 시동이 완료되고 온도센서(12)에서 배터리(10)의 온도 측정을 시작하고 차속센서(50)에서 차량의 속도 측정을 시작하는 단계일 수 있다.
단계(S12)에서 실측온도(Ts)가 목표 온도(Tt) 이상인 것으로 판단된 경우 컨트롤러(100)는 냉각팬(20) 구동 여부를 결정하기 위한 알고리즘을 수행하게 된다.
더욱 구체적으로, 단계(S12)에서 실측온도(Ts)가 목표 온도(Tt) 이상인 것으로 판단된 경우, 컨트롤러(100)는 배터리(10)의 온도를 예측하기 위한 연산을 수행할 수 있다(S13). 물론 단계(S12)에서 실측온도(Ts)가 목표 온도(Tt) 이하인 경우에는 배터리(10) 냉각이 필요 없는 경우이므로 냉각팬(20)을 오프시키거나 오프된 상태를 유지하게 할 수 있다(S17).
단계(S13)에서, 컨트롤러(100)는 배터리(10)의 전류(I)와 배터리(10)의 내부 저항(R) 및 시동 완료시부터 배터리(10)의 온도 예측을 위한 연산 시까지 소요시간(t)을 이용하여 하기 식 1과 같이 배터리(10)의 발열량(H)을 연산하고, 연산된 발열량과 배터리(100)가 갖는 고유 열용량(Q) 및 시동 완료시의 배터리(10) 실측온도(Ti) 사이의 하기 식 2와 같은 관계를 기반으로 하기 식 3과 같이 예측온도를 연산할 수 있다.
[식 1]
Figure pat00003
[식 2]
Figure pat00004
[식 3]
Figure pat00005
여기서, 배터리(10)의 전류(I)는 배터리(10)에 설치된 배터리 전류 센서(미도시)에 의해 검출될 수 있으며, 배터리(10)의 내부 저항은 배터리 관리 시스템 등에 의해 당 기술분야에 알려진 공지의 연산 알고리즘을 통해 연산될 수 있다. 또한, 배터리(10)의 고유 열용량(Q)은 배터리의 제조 과정에서 고유한 값으로 결정될 수 있다.
이어, 컨트롤러(100)는, 배터리(10)의 예측온도 연산이 개시되는 시점에 온도센서(10)에서 검출된 실측온도(Ts)와 단계(S13)에서 연산된 배터리(10)의 예측온도(Te)를 비교한다(S14). 만약, 냉각을 위해 배터리(10)로 공기를 공급하는 공기 유로의 인렛 온도가 일정 수준 이상 높지 않다면 실측온도(Ts)와 예측온도(Te)의 차이는 기 설정된 기준값(a) 이하가 될 수 있다. 그러나, 공기 유로의 인렛 온도가 일정 수준 이상 높다면 그 영향에 의해 실측온도(Ts)가 더욱 상승하게 되므로 예측온도(Te)의 차이는 기 설정된 기준값(a)보다 더 큰 값이 될 수 있다.
따라서, 단계(S14)에서 실측온도(Ts)와 예측온도(Te)의 차이가 설정된 기준값(a) 보다 큰 경우 배터리 냉각을 위한 공기 유로의 인렛이 고온인 것으로 판단하고(S15), 냉각팬(20)을 오프시켜 냉각팬(20)의 작동을 정지시키거나 작동이 정지된 상태를 유지하게 한다(S16).
단계(S14)에서 실측온도(Ts)와 예측온도(Te)의 차이가 사전 설정된 기준값(a) 이하인 경우에는 차속 및 검출 온도(Ts) 기반으로 냉각팬을 구동 제어할 수 있다(S17). 단계(S17)에서, 컨트롤러(100)는 차속 및 배터리(10)의 온도에 대응되는 냉각팬의 회전속도(구동 단수)를 사전에 저장한 제어 맵을 기반으로 냉각팬(20)의 구동을 제어할 수 있다. 즉, 컨트롤러(100)는, 제어 맵에 실측된 차속과 실측온도를 적용하여 도출되는 회전속도(구동 단수)가 되도록 냉각팬(20)을 제어할 수 있다.
도 2를 통해 설명한 본 발명의 일 실시형태는 차량의 속도가 사전 설정된 기준값 이상인 경우, 즉 차량의 주행이 이루어지는 경우에 적용될 수 있다. 차량의 주행이 이루어지는 것을 판단하기 위한 기준값 미만인 상태, 즉 차량이 정차 중인 상태에서, 본 발명의 일 실시형태는 배터리(10)의 검출 온도(Ts)의 증가 속도를 기반으로 냉각팬(20)을 제어할 수 있다. 도 3은 차량이 정차 중인 상태에서 이루어지는 냉각팬(20) 제어 기법을 포함하는 본 발명의 일 실시형태를 도시한다. 도 3에 도시된 차량이 정차 중인 상태에서 이루어지는 냉각팬(20) 제어 기법은 선행 출원인 한국공개특허 제10-2018-0120952호에 상세하게 기재되므로 그 내용을 이하에서 간략하게 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 방법은, 차량의 시동이 완료되고 컨트롤러(100)가 온도센서(12)와 차속센서(50)로부터 각각 온도를 검출한 값과 차속을 검출한 값을 제공받는 단계(S11)로부터 시작된다.
이어, 컨트롤러(100)는 차속이 차량 정차 상태인 것으로 판단할 수 있는 사전 설정된 기준값(b) 보다 큰 경우에는 전술한 도 2의 단계(S12 내지 S17)에 대응되는 냉각팬(20) 제어를 수행할 수 잇다.
한편, 컨트롤러(100)는 차속이 차량 정차 상태인 것으로 판단할 수 있는 사전 설정된 기준값(b) 이하인 경우에는 온도센서(12)에서 검출된 배터리(10)의 실측온도(Ts)와 사전 설정된 냉각팬(20)의 구동을 위한 목표 온도(Tt)를 비교한다(S22).
단계(S22)에서 실측온도(Ts)가 목표 온도(Tt) 보다 큰 경우에는 실측온도(Ts)의 증가 속도를 사전 설정된 기준속도(c)와 비교한다(S23). 물론 실측온도(Ts)가 목표 온도(Tt) 이하인 경우에는 배터리(10) 냉각이 필요 없는 경우이므로, 컨트롤러(100)는 냉각팬(20)을 오프시키거나 오프된 상태를 유지하게 할 수 있다(S26).
이어, 컨트롤러(100)는 배터리(10)의 실측온도(Ts)의 증가 속도가 사전 설정된 기준속도(c) 보다 큰 경우에는 배터리(10) 냉각을 위한 공기 유로의 인렛 온도가 높은 상태인 것으로 판단하고 최소한의 냉각팬(20) 구동을 위해 냉각팬(20)을 가장 느린 속도로 회전 시키는 1단으로 제한 구동한다.
한편, 컨트롤러(100)는 배터리(10)의 실측온도(Ts)의 증가 속도가 사전 설정된 기준속도(c) 이하인 경우 배터리(10)의 냉각을 위한 공기 유로의 인렛 온도가 양호한 수준인 것으로 판단하여, 차속 및 배터리(10)의 온도에 대응되는 냉각팬의 회전속도(구동 단수)를 사전에 저장한 제어 맵을 기반으로 냉각팬(20)의 구동을 제어할 수 있다(S25).
도 2 및 도 3을 통해 설명된 제어 단계들은 차량의 시동이 오프될 때까지 일정 사이클로 반복적으로 수행될 수 있다.
이상에서, 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 배터리 냉각 제어 시스템 및 방법은, 배터리의 냉각을 위한 공기 공급이 이루어지는 공기 유로의 인렛 온도를 검출할 수 없는 상태에서도, 인렛 온도 상태를 적절하게 반영하여 배터리를 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 특히, 인렛 온도가 일정 수준 이상 고온인 상태에서는 냉각팬의 동작을 정지시켜 배터리 출력 제한에 이르는 시간이 단축되는 것을 방지하여 운전성 악화 없이 원활한 차량 운행이 가능하게 한다. 나아가, 배터리의 냉각을 위한 공기 공급이 이루어지는 공기 유로의 인렛에 온도 검출을 위한 온도센서를 추가하지 않아도 되므로 원가 절감을 달성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 배터리 12: 온도센서
20: 냉각팬 30: 인버터
40: 모터 50: 차속센서
100: 컨트롤러

Claims (17)

  1. 차량의 동력을 생성하는 모터로 제공되는 에너지를 저장하는 배터리;
    상기 배터리의 온도를 검출하는 온도센서;
    상기 배터리를 냉각하기 위한 공기를 상기 배터리로 공급하기 위한 냉각팬; 및
    상기 배터리의 전류 및 내부 저항을 기반으로 상기 배터리의 온도를 예측하기 위한 연산을 하고, 연산을 통해 도출된 상기 배터리의 예측온도와 상기 온도센서에서 검출된 실측온도 사이의 차이에 기반하여 상기 냉각팬의 구동 여부를 결정하는 컨트롤러;
    를 포함하는 배터리 냉각 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 실측온도와 상기 예측온도의 차가 사전 설정된 기준값보다 큰 경우 상기 냉각팬을 오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    식 '
    Figure pat00006
    '(Te: 상기 예측온도, I: 상기 배터리의 전류, R: 상기 배터리의 내부저항, t: 차량 시동 완료 시점으로부터 상기 예측온도 연산 시점까지의 시간, Q: 상기 배터리의 고유 열용량, Ti: 차량 시동 완료 시점에서 상기 배터리의 실측온도)에 의해 상기 예측온도를 연산하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량의 속도를 검출하는 차속센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 실측온도와 상기 예측온도의 차가 사전 설정된 기준값 이하인 경우, 차량의 속도와 배터리 온도에 대응되는 상기 냉각팬의 회전속도를 사전에 저장한 제어 맵에 상기 차속센서에서 검출된 상기 차량의 속도와 상기 실측온도를 적용하여 도출되는 회전속도로 상기 냉각팬의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 차속센서에 검출된 차량의 속도가 사전 설정된 기준값보다 큰 경우, 상기 배터리의 전류 및 내부 저항을 기반으로 상기 배터리의 온도를 예측하기 위한 연산을 하고, 연산을 통해 도출된 상기 배터리의 예측온도와 상기 온도센서에서 검출된 실측온도 사이의 차이에 기반하여 상기 냉각팬의 구동 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 차속센서에 검출된 차량의 속도가 사전 설정된 기준값 이하인 경우, 상기 실측온도의 증가 속도에 기반하여 상기 냉각팬을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 실측온도의 증가 속도가 사전 설정된 기준속도보다 큰 경우, 상기 냉각팬을 가장 느린 속도의 구동단으로 제한 구동하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 실측온도의 증가 속도가 사전 설정된 기준속도 이하인 경우, 차량의 속도와 배터리 온도에 대응되는 상기 냉각팬의 회전속도를 사전에 저장한 제어 맵에 상기 차속센서에서 검출된 상기 차량의 속도와 상기 실측온도를 적용하여 도출되는 회전속도로 상기 냉각팬의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 시스템.
  10. 차량의 시동이 완료되고 차량의 동력을 생성하는 모터로 제공되는 에너지를 저장하는 배터리의 온도를 검출하는 온도센서로부터 상기 배터리의 온도를 검출한 실측온도를 제공받는 단계;
    상기 배터리의 전류 및 내부 저항을 기반으로 상기 배터리의 온도를 예측하는 단계; 및
    상기 예측하는 단계에서 예측된 상기 배터리의 예측온도와 상기 실측온도의 차에 기반하여 상기 냉각팬의 구동여부를 결정하는 단계;
    를 포함하는 배터리 냉각 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 실측온도와 상기 예측온도의 차가 사전 설정된 기준값보다 큰 경우 상기 냉각팬을 오프시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 방법.
  12. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서, 상기 예측하는 단계는,
    식 '
    Figure pat00007
    '(Te: 상기 예측온도, I: 상기 배터리의 전류, R: 상기 배터리의 내부저항, t: 차량 시동 완료 시점으로부터 상기 예측온도 연산 시점까지의 시간, Q: 상기 배터리의 고유 열용량, Ti: 차량 시동 완료 시점에서 상기 배터리의 실측온도)에 의해 상기 예측온도를 연산하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 실측온도와 상기 예측온도의 차가 사전 설정된 기준값 이하인 경우, 차량의 속도와 배터리 온도에 대응되는 상기 냉각팬의 회전속도를 사전에 저장한 제어 맵에, 상기 차량의 속도를 검출하는 차속센서에서 검출된 상기 차량의 속도와 상기 실측온도를 적용하여 도출되는 회전속도로 상기 냉각팬의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 차량의 속도를 검출하는 차속센서에서 검출된 차량의 속도와 사전 설정된 기준값을 비교하는 단계를 더 포함하며,
    상기 차속센서에서 검출된 차량의 속도가 상기 기준값보다 큰 경우, 상기 예측하는 단계 및 상기 결정하는 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 차속센서에서 검출된 차량의 속도가 상기 기준값 이하인 경우, 상기 실측온도의 증가 속도와 사전 설정된 기준속도를 비교한 결과에 기반하여 상기 냉각팬을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 냉각팬을 제어하는 단계는,
    상기 실측온도의 증가 속도가 사전 설정된 기준속도보다 큰 경우, 상기 냉각팬을 가장 느린 속도의 구동단으로 제한 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 방법.
  17. 청구항 15에 있어서, 상기 냉각팬을 제어하는 단계는,
    상기 실측온도의 증가 속도가 사전 설정된 기준속도 이하인 경우, 차량의 속도와 배터리 온도에 대응되는 상기 냉각팬의 회전속도를 사전에 저장한 제어 맵에 상기 차속센서에서 검출된 상기 차량의 속도와 상기 실측온도를 적용하여 도출되는 회전속도로 상기 냉각팬의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 냉각 제어 방법.
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