KR20210076648A - 차체 발열 시스템 - Google Patents

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KR20210076648A
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안상열
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현대자동차주식회사
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Abstract

모터로 구동하는 전기 구동 차량에서 차체에 설치되는 발열체; 상기 발열체의 작동 여부를 판단하기 위한 환경 데이터의 수집을 위해 상기 전기 구동 차량에 설치되는 센서; 상기 센서의 신호를 입력받아 발열체의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기; 및 상기 제어기의 제어신호에 따라 상기 발열체의 작동 전력을 공급할 수 있도록 구비되는 전력공급장치를 포함하고, 상기 전력공급장치는 회생제동시 발전기로 작동하는 상기 차량 구동용 모터와, 상기 차량 구동용 모터에 전력을 공급하도록 구비된 메인 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템이 개시된다.

Description

차체 발열 시스템{Heating system for vehicle body}
본 발명은 차체 발열 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 후드(hood)나 트렁크 리드(trunk lid) 등 차체의 표면에 쌓이는 눈과 얼음을 제거할 수 있는 발열 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 겨울철에는 차량을 실외에 주차한 경우 낮은 기온으로 인해 차량의 후드(hood, 보닛(bonnet)이라고도 함) 등 차체 표면에 성에가 심하게 발생할 수 있고, 특히 눈이 많이 온 날에는 차체 표면에 눈이 많이 쌓이게 된다.
이에 아침에 출근하는 운전자들이 차체에 쌓인 눈이나 성에를 제거하기 위해 차량에 시동을 켠 상태로 예열을 하거나, 별도의 도구를 이용하여 눈과 성에를 제거하고 있다.
그러나, 예열을 이용한 눈이나 성에 제거 방법은 시간이 오래 소요되고, 차량 공회전으로 인한 환경오염과 불필요한 에너지를 낭비하는 문제점이 있다.
또한, 별도 도구를 이용하여 눈과 성에를 긁어내는 방법은 차체 도장을 손상시킬 뿐만 아니라 스크래치를 유발할 수 있고, 추운 날씨에 눈과 성에를 긁어내야 하는 불편함과 체력 소모가 크다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 차량을 덮을 수 있는 커버가 사용되고 있으나, 이 역시 운전자가 혼자서 커버를 차량 전체에 씌우는 것이 불편하고 어려워서 대부분 잘 사용하지 않는 것이 현실이며, 커버를 씌우더라도 그 위에 쌓인 눈을 치워야 하는 불편함이 있다.
이와 관련한 선행특허문헌으로서, 일본 공개특허 특개2018-184039호(2018.11.22.)에는 자동차의 차체를 덮는 전열 보디 커버가 개시되어 있으며, 자동차를 옥외에 주차할 때 보디 커버를 씌운 상태에서 전열 발열부를 이용하여 차체 위에 쌓인 눈을 녹일 수 있도록 되어 있다.
그러나, 이러한 보디 커버 역시 운전자가 차체에 덮어야만 눈을 제거할 수 있고, 외부 전원 및 이를 연결할 접속 단자 등을 필요로 하며, 차량 주행 및 주정차시에는 이용이 불가하다는 단점을 가지고 있다.
또한, 일본 공개특허 특개평07-304425호(1995.11.21.)에는 와이퍼로 모아진 눈을 제거하기 위한 차량의 앞유리용 용설 장치를 개시하고 있으며, 이는 일반 엔진(내연기관) 차량의 엔진 방열을 집열하여 눈을 용설하는데 이용하는 것으로, 엔진이 없는 전기 구동 차량에는 적용이 불가하다.
그 밖에, 선행특허문헌으로 한국 공개특허 제10-2002-0049984호(2002.06.26.), 한국 등록특허 제10-1262972호(2013.05.02.)가 있으나, 이들 문헌에 개시된 기술이 모두 후드 등의 차체에는 적용이 불가한 기술들이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 후드(hood)나 트렁크 리드(trunk lid) 등 차체의 표면에 쌓이는 눈과 얼음을 효과적으로 제거할 수 있는 발열 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 엔진이 부재하여 엔진 열을 이용할 수 없는 전기 구동 차량에서 차체 표면의 눈과 얼음을 제거할 수 있고, 차량 주행 및 주정차시에도 이용 가능한 발열 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 모터로 구동하는 전기 구동 차량에서 차체에 설치되는 발열체; 상기 발열체의 작동 여부를 판단하기 위한 환경 데이터의 수집을 위해 상기 전기 구동 차량에 설치되는 센서; 상기 센서의 신호를 입력받아 발열체의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기; 및 상기 제어기의 제어신호에 따라 상기 발열체의 작동 전력을 공급할 수 있도록 구비되는 전력공급장치를 포함하고, 상기 전력공급장치는 회생제동시 발전기로 작동하는 상기 차량 구동용 모터와, 상기 차량 구동용 모터에 전력을 공급하도록 구비된 메인 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 전기 구동 차량이 연료전지 자동차일 경우, 상기 전력공급장치는 연료전지 스택을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력공급장치는 차량 전장 부하용 저전압 전원으로 사용되는 보조 배터리를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 발열체가 설치되는 차체는 후드이거나, 트렁크 리드이거나, 후드와 트렁크 리드일 수 있다.
또한, 상기 발열체가 설치되는 차체는 루프를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서는, 강우 및 강설을 감지하는 레인센서; 외기온도를 감지하는 외기온센서; 및 차체의 표면에 쌓인 눈의 적설량을 감지하기 위한 것으로서, 차체의 표면에 작용하는 압력을 감지하는 압력센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 차량 주차 후 시동시 및 차량 주행 중에, 현재 눈이 내리는 강설 상태이거나, 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태이거나, 설정량 이상의 적설량 상태인 것으로 판단한 경우, 메인 배터리에 충전된 전력이 발열체의 작동 전력으로 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 차량 주행 중에, 현재 눈이 내리는 강설 상태이면서 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태이거나 설정량 이상의 적설량 상태이고, 차량이 현재 회생제동 모드인 것으로 판단한 경우, 상기 차량 구동용 모터의 회생제동 전력이 발열체의 작동 전력으로 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 전기 구동 차량이 연료전지 자동차이고, 상기 전력공급장치가 연료전지 스택을 더 포함하며, 상기 제어기는, 차량 주차 후 시동시 및 차량 주행 중에, 현재 눈이 내리는 강설 상태이거나, 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태이거나, 설정량 이상의 적설량 상태인 것으로 판단한 경우, 연료전지 스택의 발전 전력 또는 메인 배터리에 충전된 전력이 발열체의 작동 전력으로 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 전력공급장치가 차량 전장 부하용 저전압 전원으로 사용되는 보조 배터리를 더 포함하고, 상기 제어기는, 차량 주차 후 시동시 및 차량 주행 중에, 현재 눈이 내리는 강설 상태이거나, 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태이거나, 설정량 이상의 적설량 상태인 것으로 판단한 경우, 연료전지 스택의 발전 전력, 또는 메인 배터리에 충전된 전력, 또는 보조 배터리에 충전된 전력이 발열체의 작동 전력으로 공급되도록 제어할 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 차체 발열 시스템에 의하면, 배터리나 연료전지를 전원으로 이용하는 전기 동력 차량에서, 기존 엔진(내연기관) 차량과 달리 엔진 열을 이용할 수 없어 영하의 겨울철 운행시나 극(pole) 지역에서의 운행시 차체 적설과 결빙에 취약했던 종래의 문제점을 해소할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 배터리나 연료전지를 전원으로 이용하는 전기 동력 차량이 영하의 겨울철 또는 극(pole) 지역에서 장단기 주차 후 냉시동될 때 차체 표면의 적설 및 결빙을 용이하게 제거할 수 있고, 차량 주행 중에도 차체 표면의 적설 및 결빙을 방지할 수 있다.
결국, 차체에 쌓여 있던 눈이나 얼음이 차량 주행 중에 흩날리면서 해당 차량의 운전자 및 주변 차량의 운전자 시야를 방해하는 것을 사전에 방지할 수 있고, 운전자의 운전 안정성과 편의성이 향상될 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 배터리 또는 연료전지를 전원으로 이용하는 전기 동력 차량에서 발열체의 작동을 위해 배터리에 충전된 전력이나 연료전지의 발전 전력, 또는 모터에 의한 회생제동 전력을 이용하므로 별도의 외부 전원이 필요 없게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 배터리 또는 연료전지를 전원으로 이용하는 전기 동력 차량에서, 영하의 겨울철 그리고 극(pole) 지역 운행 중 차량 냉시동시 후드 상부의 적설 및 결빙을 용이하게 제거 가능한 동시에 후드 하부에도 열원으로 작용하여 차량의 냉시동 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 차량 제동 및 타행 주행시 모터에 의해 발생하는 회생제동 에너지를 범용 인버터(컨버터 포함)를 이용하여 발열 시스템의 작동 전력으로 공급함으로써 시스템 구성의 추가에 따른 차량 효율 감소를 최소화할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 차체 발열 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 차체 발열 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차체 발열 시스템의 구성과 작동 상태를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차체 발열 시스템의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 후드(hood)나 트렁크 리드(trunk lid) 등 차체의 표면에 쌓이는 눈과 얼음을 효과적으로 제거할 수 있는 차체 발열 시스템에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 엔진이 부재하여 엔진 열을 이용할 수 없는 전기 구동 차량의 차체에서 눈과 얼음을 제거할 수 있는 발열 시스템에 관한 것이다.
본 발명에서 차체는 차량의 후드이거나 트렁크 리드, 또는 후드와 트렁크 리드 모두를 의미하는 것일 수 있고, 이에 더하여 루프를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 모터로 구동하는 전기 구동 차량(모터 구동 차량, 전동화 차량)에 적용할 경우 유용하며, 예를 들어 전기자동차(EV:Electric Vehicle, BEV:Battery Electric Vehicle) 및 연료전지 자동차(FCEV:Fuel Cell Electric Vehicle) 등에 적용 가능하다.
본 발명은 발열체를 포함하는 발열 시스템을 전기 구동 차량에 구성하는 것과 더불어, 발열 시스템에 대한 공급 전력을 차량 상태 내지 차량 주변의 환경 조건에 따라 제어함으로써, 차량의 냉시동성을 향상시키는 것은 물론, 차체의 적설 및 결빙을 용이하게 제거 및 방지하여 차량의 운전 안전성과 편의성을 동시에 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
도 1과 도 2는 본 발명의 각 실시예에 따른 발열 시스템의 구성을 나타내는 구성도로서, 도 1은 전기자동차(BEV)의 발열 시스템을, 도 2는 연료전지 자동차(FCEV)의 발열 시스템을 예시한 것이다.
본 발명에 따른 발열 시스템은 차체 표면의 눈과 얼음을 제거하기 위해 차체에 열을 제공하는 시스템으로, 전력을 공급받아 발열하는 발열체(30)를 포함하고, 이 발열체(30)가 차체에 내장된다.
여기서, 발열체(30)가 내장되는 차체는 후드(1)이거나 트렁크 리드(2)일 수 있고, 또는 후드(1)와 트렁크 리드(2)를 모두 포함하는 것일 수 있다.
도시된 바와 같이, 후드(1)와 트렁크 리드(2) 등 차체에 발열체(30)가 설치되고, 이때 발열체(30)가 차체 외관상 노출되지 않도록 차체 안쪽 표면, 즉 후드(1)의 내측면이나 트렁크 리드(2)의 내측면, 또는 후드(1) 및 트렁크 리드(2)의 각 내측면에 상기 발열체(30)가 설치될 수 있다.
또는 후드(1)와 트렁크 리드(2)를 구성하는 이너 패널과 아우터 패널 사이에 상기 발열체(30)가 내장될 수 있다.
상기 발열체(30)는 전력을 공급받아 발열하는 통상의 발열체, 예를 들면 PTC 소자를 이용한 발열체 또는 열선을 이용한 발열체, 기타 전력 공급시 발열하는 저항체 등이 될 수 있고, 본 발명에서 배터리(40)의 전력이나 연료전지 스택(42)의 발전 전력 등에 의해 발열 작동 가능한 것이라면 상기 발열체로서 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 발열 시스템의 발열체(30)는 배터리(40)에 충전된 전력이나 연료전지 스택(42)의 발전 전력, 또는 모터(52)에 의한 회생제동 전력을 선택적으로 공급받아 발열 작동하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 발열 시스템은, 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 발열체(30)에 대한 전력 공급을 제어하는 제어기(20)를 포함하고, 이에 더하여 발열체(30)의 작동 여부를 판단하기 위한 환경 데이터의 수집을 위해 차량에 설치되는 센서를 더 포함할 수 있다.
이때, 센서는 레인센서(11)와 외기온센서(12), 압력센서(13)를 포함할 수 있다.
상기 레인센서(11)는 강우 및 강설을 감지하는 센서이고, 외기온센서(12)는 차량 실외의 대기온도, 즉 외기온도를 감지하는 센서이며, 상기 레인센서(11)와 외기온센서(12)는 모두 차량 전방의 윈드쉴드(windshield) 측에 설치된 것일 수 있다.
또한, 압력센서(13)는 후드(1) 하면 및 트렁크 리드(2) 하면에 설치될 수 있는 것으로, 후드(1) 상면 및 트렁크 리드(2) 상면에 작용하는 압력을 감지하며, 이는 후드(1) 상면 및 트렁크 리드(2) 상면에 쌓인 눈의 무게로 인해 작용하는 압력을 감지한다.
상기 제어기(20)는 레인센서(11)와 외기온센서(12), 압력센서(13)가 출력하는 신호를 입력받을 수 있도록 상기 센서들과 연결되며, 차량의 주차, 시동, 주행, 정차, 회생제동 등의 여러 운행 조건에서, 레인센서(11)의 신호로부터 강우 및 강설 여부, 그리고 강우량 및 강설량을 판단할 수 있고, 외기온센서(12)의 신호로부터 현재의 외기온도를 판단하여 적설 및 결빙 여부를 예측할 수 있다.
또한, 제어기(20)는 압력센서(13)의 신호로부터 후드(1) 상면 및 트렁크 리드(2) 상면에 쌓인 눈의 양, 즉 적설량 및 결빙 정도를 판단할 수 있으며, 이때 후드(1) 상면 및 트렁크 리드(2) 상면에 쌓인 눈의 무게로 인해 작용하는 압력으로부터 적설량을 판단할 수 있다.
상기 압력센서(13)에 의해 감지되는 압력 값이 클수록 차체 표면에 쌓인 눈의 무게가 크고 적설량이 많다는 것을 나타낸다.
이와 같이 제어기(20)는 센서(11,12,13)들의 신호를 입력받아 각 센서에 의해 측정된 데이터를 종합적으로 수집, 비교 및 판단하고, 그 결과에 따라 발열체(30)의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력한다.
한편, 도 1에 예시된 전기자동차에는, 차량을 구동하는 차량 구동원 및 구동장치로서 차량 주행을 위한 구동력을 생성 및 출력하는 모터(52), 상기 모터(52)를 구동 및 제어하기 위한 인버터(51), 상기 모터(52)의 회전력을 감속하여 전달하는 감속기(53), 그리고 상기 감속기(53)를 통해 전달되는 회전력을 구동륜에 전달하는 차축(54)이 도시되어 있다.
상기 모터(52)는 구동뿐만 아니라, 차량 제동시나 타행 주행(coasting)시에는 구동륜의 회전력을 전달받아 발전기로 작동하여 전력을 생성하는 회생제동을 하며, 이때 생성된 전력은 인버터(51)를 통해 배터리(40)로 전달되어 저장된다.
또한, 상기 제어기(20)는 모터(52)의 구동 및 회생제동을 제어하기 위해 인버터(51)의 작동을 제어한다.
이러한 전기자동차에서는 배터리(40)에 저장된 전력(배터리에 충전된 전력) 또는 회생제동시 모터(52)의 발전 전력(모터에 의한 회생제동 전력)을 각 발열체(30)가 공급받아 발열 작동하며, 이때 발열체(30)에 대한 전력 공급은 제어기(20)에 의해 제어된다.
그리고, 도 2에 예시된 연료전지 자동차에는 차량의 동력원(전력원) 및 고전압 전원으로서 주 전원인 연료전지 스택(42)과 보조 전원인 고전압 배터리(40)(메인 배터리)가 탑재되는데, 연료전지 스택(42)과 고전압 배터리(40)가 차량 내 부하에 대해 병렬로 연결된다.
또한, 연료전지 스택(42)의 출력단에 정션박스(43)가 연결되고, 이 정션박스(43)에 양방향 고전압 직류변환장치(Bi-directional High voltage DC-DC Converter, 이하 'BHDC'라 칭함)(41)와 인버터(51)가 연결된다.
또한, BHDC(41)에 고전압 배터리(40)가 연결되고, 또한 BDHC(41)에 후드(1)와 트렁크 리드(2)에 설치된 각 발열체(30)가 연결된다.
상기 제어기(20)는 BHDC(41)의 작동을 제어하며, 상기 제어기(20)에 의해 BHDC(41)의 작동이 제어됨으로써 연료전지 스택(42)의 발전 전력과 배터리(40)에 저장된 전력, 모터(52)에 의한 회생제동 전력(모터의 발전 전력) 중 하나가 선택적으로 상기 각 발열체(30)에 공급될 수 있게 된다.
이때, 배터리(40)에 저장된 전력은 BHDC(41)를 통해 상기 각 발열체(30)에 공급되고, 연료전지 스택(42)의 발전 전력은 정션박스(43)와 BHDC(41)를 통해 상기 각 발열체(30)에 공급되며, 모터(52)에 의한 회생제동 전력(모터의 발전 전력)은 인버터(51)와 정션박스(43) 및 BHDC(41)를 통해 상기 각 발열체(30)에 공급된다.
또한, 상기 연료전지 스택(42)의 발전 전력은 정션박스(43)를 통해 인버터(51) 및 모터(52)로 공급되고, 이와 함께 정선박스와 BHDC(41)를 통해 배터리(40)로 공급될 수 있는바, 연료전지 스택(42)의 발전 전력에 의해 모터(52)가 구동하거나 배터리(40)가 충전될 수 있게 된다.
또한, 배터리(40)에 저장된 전력이 BHDC(41) 및 정션박스(43)를 통해 인버터(51) 및 모터(52)로 공급됨으로써 모터(52)가 구동할 수 있으며, 반대로 모터(52)에 의한 회생제동 전력이 인버터(51)와 정션박스(43) 및 BHDC(41)를 통해 배터리(40)로 공급되어 배터리(40)의 충전이 이루어질 수 있게 된다.
그 밖에, 인버터(51)와 모터(52), 감속기(53), 차축(54)은 도 1의 전기자동차와 차이가 없으며, 제어기(20)가 BHDC(41)를 통해 모터(52)를 구동시킬 때 모터의 회전력이 감속기(53) 및 차축(54)을 통해 구동륜에 전달되고, 반대로 회생제동시에는 구동륜의 회전력이 차축(54) 및 감속기(53)를 통해 모터(52)로 전달되어 모터에서의 발전이 이루어질 수 있도록 한다.
이와 같이 차량의 주차, 시동 주행, 정차, 회생제동 등의 여러 운행 조건에 따라, 제어기(20)는 전기자동차에서 배터리(40)에 충전된 전력과 모터(52)에 의한 회생제동 전력 중 하나가 선택적으로 발열체(30)에 공급될 수 있도록 한다.
또한, 연료전지 자동차에서는 제어기(20)가 BHDC(41)의 작동을 제어함으로써 배터리(40)에 충전된 전력과 연료전지 스택(42)의 발전 전력, 모터(52)에 의한 회생제동 전력 중 하나가 선택적으로 발열체(30)에 공급될 수 있도록 한다.
상기와 같이 본 발명에서는 배터리(40) 또는 연료전지 스택(42), 그리고 회생제동시 발전기로 작동하는 모터(52)가 상기 제어기(20)의 제어신호에 따라 각 발열체(30)에 선택적으로 작동 전력을 공급하는 전력공급장치가 된다.
한편, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차체 발열 시스템의 구성 및 작동 상태를 나타내는 구성도로서, 발열체(30)의 작동 전원으로 저전압 보조 배터리(44)를 추가로 이용할 수 있는 발열 시스템의 구성을 예시하고 있다.
도시된 바와 같이, 연료전지 자동차에서 정션박스(43)에 저전압 직류변환장치(Low voltage DC-DC Converter)(45)가 연결되고, 상기 저전압 직류변환장치(이하 'LDC'라 칭함)(45)에 차량 전장 부하용 저전압 전원으로 사용되는 보조 배터리(44)가 연결되며, 상기 보조 배터리(44)에 후드(1)와 트렁크 리드(2)의 발열체(30)가 전력을 공급받을 수 있도록 연결된다.
이에 따라 제어기(20)가 보조 배터리(44)를 제어함으로써 보조 배터리(44)에 저장된 전력이 각 발열체(30)에 선택적으로 공급될 수 있으며, 결국 각 발열체(30)가 제어기의 제어하에 연료전지 스택(42)의 발전 전력, 고전압 배터리(40)에 충전된 전력, 보조 배터리(44)에 충전된 전력, 그리고 모터(52)에 의한 회생제동 전력 중 하나를 선택적으로 공급받게 된다.
도 3은 연료전지 자동차에서 발열체(30)의 작동 전원으로 보조 배터리(44)를 추가로 이용하는 실시예를 나타내고 있으나, 도 1에 나타낸 전기자동차의 경우에도 동일하게 보조 배터리(44)와 LDC(45)를 구비하여 상기 보조 배터리(44)에 저장된 전력이 각 발열체(30)에 작동 전원으로 공급되도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차체 발열 시스템의 구성 및 작동 상태를 나타내는 구성도로서, 차체 중 루프(3)에 발열체(30)를 추가로 설치한 발열 시스템의 구성을 예시하고 있다.
이렇게 루프(3)에 발열체(30)를 설치함에 있어 발열체(30)가 루프(3)에서 외관상 노출되지 않도록 루프 내부에 내장될 수 있고, 이때 압력센서(13)도 루프(3)에 함께 추가로 설치될 수 있다.
상기 루프(3)에 설치되는 압력센서(13)의 신호 또한 제어기(20)로 입력되고, 이때 제어기(20)가 압력센서(13)의 신호로부터 루프(3)에 설치된 발열체(30)의 작동을 제어하게 된다.
상기 루프(3)의 발열체(30) 역시 후드(1) 및 트렁크 리드(2)의 발열체와 마찬가지로 BHDC(41)에 연결되어 BHDC를 통해 작동 전력을 공급받을 수 있도록 되어 있고, 고전압 배터리(40)에 충전된 전력, 연료전지 스택(42)의 발전 전력, 그리고 모터(52)에 의한 회생제동 전력 중 하나를 선택적으로 공급받게 된다.
도 4에서 ①은 고전압 배터리(40)에 충전된 전력이 공급되는 경로를, ②는 연료전지 스택(42)의 발전 전력이 공급되는 경로를 나타내고, ③은 모터(52)에 의한 회생제동 전력이 공급되는 경로를 나타낸다.
또한, 루프(3)의 발열체(30)에 더하여, 도 3의 실시예와 같이 보조 배터리(44) 및 LDC(45)가 추가로 더 설치될 수도 있고, 이 경우 후드(1)의 발열체(30), 트렁크 리드(2)의 발열체(30), 루프(3)의 발열체(30)가 모두, 연료전지 스택(42)의 발전 전력, 고전압 배터리(40)에 충전된 전력, 보조 배터리(44)에 충전된 전력, 그리고 모터(52)에 의한 회생제동 전력 중 하나를 선택적으로 공급받게 된다.
또한, 도 4는 연료전지 자동차에서 루프(3)의 발열체(30)를 추가로 이용하는 실시예를 나타내고 있으나, 도 1에 나타낸 전기자동차의 경우에도 동일하게 루프(3)에 발열체(30)를 추가로 설치하는 것이 가능하다.
그리고, 도 1 내지 도 4에는 도시하지 않았으나, 상기한 발열 시스템의 작동이 센서의 측정 값을 기초로 자동으로 작동하도록 설정될 수 있으나, 운전자가 차량에 구비된 입력장치를 이용하여 자동 또는 수동을 선택할 경우 제어기가 입력장치의 신호로부터 자동 또는 수동을 판단한 뒤, 제어기의 제어하에 발열 시스템이 자동 또는 수동으로 작동하도록 할 수 있다.
즉, 운전자가 자동을 선택한 경우 센서들의 측정 값을 기초로 제어기가 발열 시스템의 작동을 자동으로 제어하며, 운전자가 수동을 선택한 경우에는 이후 운전자가 별도로 입력장치를 이용하여 발열 시스템을 온(on) 시킨 경우에만 제어기가 발열 시스템을 작동시키도록 한다.
이하, 차체 발열 시스템의 작동 상태 및 전력 공급 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차체 발열 시스템의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
전기자동차의 경우, 장기 또는 단기 주차 후 냉시동시에, 그리고 주행 중에 주 전원인 배터리(40)의 전력을 공급하여 발열체(30)를 작동시킬 수 있다.
이때, 제어기(20)는 레인센서(11)의 신호로부터 눈이 내리고 있는 강설 상태인지를 판단할 수 있고, 외기온센서(12)의 신호로부터 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태(예를 들면, 영하인 상태)를 판단할 수 있으며, 압력센서(13)의 신호로부터 차체(후드, 트렁크 리드, 루프 등) 표면의 적설 및 결빙 정도를 판단할 수 있다.
이와 같이 센서(11,12,13)를 통해 차량의 환경 조건을 나타내는 환경 데이터가 제어기(20)에 수집되고, 제어기(20)가 현재 눈이 내리고 있는 강설 상태이거나, 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태(예를 들면, 영하인 상태)이거나, 설정량 이상의 적설량 상태인 것으로 판단한 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이, 주 전원인 배터리(40)에 전력 공급을 지시하여 각 발열체(30)에 작동 전력이 공급될 수 있도록 하며, 이로써 본 발명의 차체 발열 시스템이 작동하게 된다.
또한, 전기자동차의 주행 중 제동시나 타행 주행시 모터(52)를 통해 회수되는 회생 전력을 통칭하여 회생제동 전력이라 칭하기로 하고, 상기 회생제동 전력을 이용하여 발열 시스템을 작동시킬 수 있다.
즉, 센서(11,12,13)를 통해 차량의 환경 조건을 나타내는 환경 데이터가 제어기(20)에 수집되고, 제어기(20)가 눈이 내리고 있는 강설 상태이면서 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태(예를 들면, 영하인 상태)이거나 설정량 이상의 적설량 상태이며 동시에 차량이 현재 회생제동 모드인 것으로 판단한 경우, 제어기(20)는 인버터(51)의 작동을 제어하여 도 6에 나타낸 바와 같이 모터(52)에 의해 생성되는 회생제동 전력이 각 발열체(30)에 공급되도록 하며, 이로써 본 발명의 차체 발열 시스템이 작동하게 된다.
연료전지 자동차의 경우, 장기 또는 단기 주차 후 냉시동시에, 그리고 주행 중에 주 전원인 연료전지 스택(42)의 발전 전력 또는 보조 전원인 고전압 배터리(40)에 충전된 전력을 공급하여 발열체(30)를 작동시킬 수 있다.
이때, 제어기(20)는 레인센서(11)의 신호로부터 눈이 내리고 있는 강설 상태인지를 판단할 수 있고, 외기온센서(12)의 신호로부터 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태(예를 들면, 영하인 상태)를 판단할 수 있으며, 압력센서(13)의 신호로부터 차체(후드, 트렁크 리드, 루프 등) 표면의 적설 및 결빙 정도를 판단할 수 있다.
이와 같이 센서(11,12,13)를 통해 차량의 환경 조건을 나타내는 환경 데이터가 제어기(20)에 수집되고, 제어기(20)가 현재 눈이 내리고 있는 강설 상태이거나, 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태(예를 들면, 영하인 상태)이거나, 설정량 이상의 적설량 상태인 것으로 판단한 경우, BHDC(41)의 작동을 제어하여 도 7 내지 도 8에 나타낸 바와 같이 주 전원인 연료전지 스택(42)의 발전 전력 또는 보조 전원인 고전압 배터리(40)에 충전된 전력을 각 발열체(30)에 공급할 수 있고, 이로써 본 발명의 차체 발열 시스템이 작동하게 된다.
물론, 연료전지 스택(42)의 발전 전력을 상기 각 발열체(30)에 공급하기 위해 연료전지 시스템의 수소공급장치와 공기공급장치, 냉각장치 등 연료전지 운전장치(BOP: Balance of Plant)를 작동시켜 연료전지 스택(42)을 운전한다.
특히. 외기온도가 저온 상태인 냉시동 조건에서 연료전지 스택(42)의 발전 전력을 각 발열체(30)에 공급하도록 제어기가 설정될 수 있고, 발열체에서 발생한 열이 차체에 쌓인 눈이나 성애를 제거하는 동시에 차체 내부로 전달함에 의해 연료전지 스택(42)을 빠르게 웜업(warm-up)할 수 있는바, 결국 차량의 냉시동 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 도 9에 나타낸 바와 같이 연료전지 자동차의 주행 중 제동시나 타행 주행시에는 모터(52)를 통해 회수되는 회생제동 전력을 이용하여 발열 시스템을 작동시킬 수 있다.
즉, 센서(11,12,13)를 통해 차량의 환경 조건을 나타내는 환경 데이터가 제어기(20)에 수집되고, 제어기(20)가 눈이 내리고 있는 강설 상태이면서 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태(예를 들면, 영하인 상태)이거나 설정량 이상의 적설량 상태이며 동시에 차량이 현재 회생제동 모드인 것으로 판단한 경우, 제어기(20)는 BHDC(41)의 작동을 제어하여 도 9에 나타낸 바와 같이 모터(52)에 의해 생성되는 회생제동 전력이 각 발열체(30)에 공급되도록 하며, 이로써 본 발명의 차체 발열 시스템이 작동하게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 후드 2 : 트렁크 리드
3 : 루프 11 : 레인센서
12 : 외기온센서 13 : 압력센서
20 : 제어기 30 : 발열체
40 : 배터리 41 : BHDC
42 : 연료전지 스택 43 : 정션박스
44 : 보조 배터리 45 : LDC
51 : 인버터 52 : 모터
53 : 감속기 54 : 차축

Claims (11)

  1. 모터로 구동하는 전기 구동 차량에서 차체에 설치되는 발열체;
    상기 발열체의 작동 여부를 판단하기 위한 환경 데이터의 수집을 위해 상기 전기 구동 차량에 설치되는 센서;
    상기 센서의 신호를 입력받아 발열체의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어기; 및
    상기 제어기의 제어신호에 따라 상기 발열체의 작동 전력을 공급할 수 있도록 구비되는 전력공급장치를 포함하고,
    상기 전력공급장치는 회생제동시 발전기로 작동하는 상기 차량 구동용 모터와, 상기 차량 구동용 모터에 전력을 공급하도록 구비된 메인 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기 구동 차량이 연료전지 자동차이고,
    상기 전력공급장치는 연료전지 스택을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전력공급장치는 차량 전장 부하용 저전압 전원으로 사용되는 보조 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열체가 설치되는 차체는 후드이거나, 트렁크 리드이거나, 후드와 트렁크 리드인 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 발열체가 설치되는 차체는 루프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서는
    강우 및 강설을 감지하는 레인센서;
    외기온도를 감지하는 외기온센서; 및
    차체의 표면에 쌓인 눈의 적설량을 감지하기 위한 것으로서, 차체의 표면에 작용하는 압력을 감지하는 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는,
    차량 주차 후 시동시 및 차량 주행 중에,
    현재 눈이 내리는 강설 상태이거나, 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태이거나, 설정량 이상의 적설량 상태인 것으로 판단한 경우,
    메인 배터리에 충전된 전력이 발열체의 작동 전력으로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는,
    차량 주행 중에,
    현재 눈이 내리는 강설 상태이면서 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태이거나 설정량 이상의 적설량 상태이고, 차량이 현재 회생제동 모드인 것으로 판단한 경우, ,
    상기 차량 구동용 모터의 회생제동 전력이 발열체의 작동 전력으로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 전기 구동 차량이 연료전지 자동차이고,
    상기 전력공급장치가 연료전지 스택을 더 포함하며,
    상기 제어기는,
    차량 주차 후 시동시 및 차량 주행 중에,
    현재 눈이 내리는 강설 상태이거나, 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태이거나, 설정량 이상의 적설량 상태인 것으로 판단한 경우,
    연료전지 스택의 발전 전력 또는 메인 배터리에 충전된 전력이 발열체의 작동 전력으로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어기는 차량 주차 후 시동시인 경우, 상기 연료전지 스택의 발전 전력이 발열체의 작동 전력으로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 전력공급장치가 차량 전장 부하용 저전압 전원으로 사용되는 보조 배터리를 더 포함하고,
    상기 제어기는,
    차량 주차 후 시동시 및 차량 주행 중에,
    현재 눈이 내리는 강설 상태이거나, 외기온도가 설정온도 이하의 저온인 상태이거나, 설정량 이상의 적설량 상태인 것으로 판단한 경우,
    연료전지 스택의 발전 전력, 또는 메인 배터리에 충전된 전력, 또는 회생제동 전력, 또는 보조 배터리에 충전된 전력이 발열체의 작동 전력으로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차체 발열 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023207444A1 (zh) * 2022-04-24 2023-11-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 用电装置及其加热的控制方法、装置及介质

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