KR20210142490A - Vehicle batter cooling device and vehicle battery cooling method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차량용 배터리 냉각 장치 및 이를 이용한 차량용 배터리 냉각 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle battery cooling apparatus and a vehicle battery cooling method using the same.
기존의 자동차는 엔진을 동력원으로 구동력을 발생시켜 이동하는 기계 장치이지만, 현재는 편의성을 향상시키기 위해 자동차에 전자 장치들이 많이 장착되는 추세이다.Existing automobiles are mechanical devices that move by generating driving force using an engine as a power source, but nowadays, many electronic devices are installed in automobiles to improve convenience.
자동차에 전자 장치들이 많아짐에 따라 전자 장치들에 전기 에너지를 제공하는 배터리의 중요성이 커지고 있다.As the number of electronic devices in a vehicle increases, the importance of a battery for providing electrical energy to the electronic devices is increasing.
또한, 모터를 동력원으로 구동력을 발생시켜 이동하는 전기 자동차의 개발이 진행 중이며, 전기 자동차의 가장 큰 핵심은 배터리가 되고 있다.In addition, the development of an electric vehicle that moves by generating a driving force using a motor as a power source is in progress, and the biggest core of the electric vehicle is a battery.
이처럼, 전기 자동차뿐만 아니라 기존의 자동차에서도 배터리의 중요성이 커짐에 따라 배터리의 관리 또한 중요하게 되었다.As such, as the importance of the battery increases not only in the electric vehicle but also in the conventional vehicle, the management of the battery also becomes important.
배터리에 연결된 전기 장치(모터 포함)의 수가 증가할수록 즉, 배터리로부터 출력되는 전류의 양이 증가할수록 배터리의 온도는 증가하고, 증가된 온도는 배터리의 성능 및 수명을 단축시킬 수 있다.As the number of electric devices (including motors) connected to the battery increases, that is, as the amount of current output from the battery increases, the temperature of the battery increases, and the increased temperature may shorten the performance and lifespan of the battery.
한편, 배터리를 과냉각시키면 배터리의 응답 특성이 느려지는 문제점이 발생한다.On the other hand, when the battery is overcooled, a problem occurs in that the response characteristic of the battery becomes slow.
따라서, 배터리를 적절한 온도로 유지할 수 있는 기술이 필요하다.Therefore, there is a need for a technology capable of maintaining a battery at an appropriate temperature.
본 발명의 실시예는 배터리의 온도를 능동적으로 제어할 수 있는 차량용 배터리 냉각 장치 및 이를 이용한 차량용 배터리 냉각 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a vehicle battery cooling apparatus capable of actively controlling the temperature of a battery and a vehicle battery cooling method using the same.
본 발명의 실시예는 배터리의 발열량 산출하여 배터리를 냉각시키는 냉각수의 유량을 제어하는 차량용 배터리 냉각 장치 및 이를 이용한 차량용 배터리 냉각 방법을 제공하고자 한다. An embodiment of the present invention is to provide a vehicle battery cooling device for controlling the flow rate of coolant for cooling the battery by calculating the amount of heat generated by the battery, and a vehicle battery cooling method using the same.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 냉각 장치는, 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템, 상기 배터리를 경유하는 냉각수 파이프에 냉각수가 순환되도록 동작하는 워터 펌프 및 상기 배터리 관리 시스템으로부터 상기 배터리의 발열량 산출을 위한 정보를 제공 받아 상기 발열량을 산출하고, 산출된 상기 발열량에 기초하여 상기 냉각수의 유량을 제어하는 펌프 제어 정보를 생성하는 배터리 냉각 제어부를 포함할 수 있다.A vehicle cooling device according to an embodiment of the present invention includes a battery management system for managing a battery, a water pump operating to circulate coolant in a coolant pipe passing through the battery, and information for calculating the amount of heat of the battery from the battery management system and a battery cooling controller configured to calculate the amount of heat generated by receiving , and generate pump control information for controlling the flow rate of the coolant based on the calculated amount of heat.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 배터리 냉각 방법은, 배터리의 온도가 기설정된 온도이상이 되면 상기 배터리의 냉각이 필요하다고 판단하는 배터리 냉각 필요 판단 단계, 상기 배터리의 냉각이 필요할 경우 냉각수가 상기 배터리를 경유하여 순환하도록 하는 냉각수 순환 단계, 상기 배터리의 발열량을 산출하기 위한 정보를 획득하는 단계, 획득된 상기 정보에 기초하여 상기 배터리의 발열량을 산출하는 발열량 산출 단계 및 산출된 상기 배터리의 발열량에 기초하여 상기 배터리를 경유하는 상기 냉각수의 유량을 제어하는 워터 펌프 유량 결정 단계를 포함할 수 있다.In a vehicle battery cooling method according to another embodiment of the present invention, when the temperature of the battery is equal to or higher than a preset temperature, determining that the battery needs to be cooled is a determining step of determining the need for cooling the battery. A cooling water circulation step to circulate through the battery, obtaining information for calculating the calorific value of the battery, a calorific value calculation step of calculating the calorific value of the battery based on the obtained information, and the calculated calorific value of the battery Based on the water pump flow rate determining step of controlling the flow rate of the cooling water passing through the battery.
본 기술은 배터리의 온도를 능동적으로 제어할 수 있어, 배터리의 과냉각 또는 과발열을 방지함으로서, 배터리의 성능 및 수명이 감소되는 것을 막을 수 있다.The present technology can actively control the temperature of the battery to prevent overcooling or overheating of the battery, thereby preventing the performance and lifespan of the battery from being reduced.
또한, 본 기술은 배터리의 성능을 일정하게 유지할 수 있어, 배터리에 연결된 전기 장치들의 성능 및 수명이 감소되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the present technology can keep the performance of the battery constant, so that the performance and lifespan of the electric devices connected to the battery can be prevented from being reduced.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.In addition, various effects directly or indirectly identified through this document may be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 차량용 배터리 냉각 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 장치를 이용한 차량용 배터리 냉각 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a view showing the configuration of a vehicle battery cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for cooling a vehicle battery using a vehicle battery cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the essence, order, or order of the component is not limited by the term. In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
이하, 도 1 및 도 2을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 .
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 차량용 배터리 냉각 장치의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a vehicle battery cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 장치는 차량의 내부에 구현될 수 있다. 이때, 차량용 배터리 냉각 장치는 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다. Referring to FIG. 1 , a battery cooling apparatus for a vehicle according to an embodiment of the present invention may be implemented inside a vehicle. In this case, the vehicle battery cooling device may be integrally formed with the vehicle's internal control units, or may be implemented as a separate device and connected to the vehicle's control units by a separate connection means.
도 1을 참조하면, 차량용 배터리 냉각 장치는 압축기(11), 응축기(12), 팽창 밸브(13), 증발기(14), 라디에이터(21, LTR; Low Temperature Radiator), 워터 펌프(22-1, 22-2), 3 웨이 밸브(23-1, 23-2, 3 way valve), 열 교환기(30), 배터리(40), 배터리 관리 시스템(50, BMS; Battery Management System), 배터리 냉각 제어부(60)를 포함할 수 있다.1, the vehicle battery cooling device includes a
이때, 압축기(11), 응축기(12), 팽창 밸브(13) 및 증발기(14)는 냉매 파이프(RP)로 연결되어, 냉매를 압축, 응축 및 팽창시키고, 증발기(14)에서 기화시켜, 증발기(14) 주위의 온도를 낮출 수 있다. 일반적으로 압축기(11), 응축기(12), 팽창 밸브(13) 및 증발기(14)를 냉매를 이용한 냉각 장치라 하며, 에어컨이라고 명칭할 수 있다.At this time, the
라디에이터(21), 워터 펌프(22-1, 22-2) 및 3웨이 밸브(23-1, 23-2)는 냉각수 파이프(CP)로 연결되어, 냉각수가 순환되는 위치의 온도를 낮출 수 있다. 일반적으로 라디에이터(21), 워터 펌프(22-1, 22-2) 및 3웨이 밸브(23-1, 23-2)는 냉각수 순환 장치라고 명칭할 수 있다.The
본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 냉각 장치는 냉매와 냉각수가 모두 열 교환기(30)를 경유하도록 구성될 수 있다. 따라서, 냉매 파이프(RP)와 냉각수 파이프(CP)는 모두 열 교환기(30)와 연결될 수 있다. 한편, 냉각수 파이프(CP)는 배터리(40)를 경유하도록 구성될 수 있다. In the battery cooling apparatus for a vehicle according to an embodiment of the present invention, both the refrigerant and the coolant may be configured to pass through the
열 교환기(30)는 배터리(40)로부터 방출되는 열을 흡수하여 배터리(30)의 온도를 낮출 수 있다. The
배터리(40)는 전기 에너지를 충전하여 차량에 설치된 전자 장치 및 모터에 충전된 전기 에너지를 공급할 수 있다.The
배터리 관리 시스템(50)은 배터리(40)의 충전과 방전을 제어하는 시스템으로써, 배터리(40)의 온도(Tcell), 배터리(40)를 경유하는 냉각수 온도(Tsup, Trtn), 배터리(40)의 충방전 전류(I), 배터리(40)의 전압(V) 등을 배터리 냉각 제어부(60)에 제공할 수 있다. The
이때, 배터리(40)를 경유하는 냉각수의 온도는 배터리(40)를 경유하기 전의 냉각수 온도(Tsup)와 경유한 후의 냉각수 온도(Trtn)를 포함할 수 있다. In this case, the temperature of the cooling water passing through the
배터리 냉각 제어부(60)는 배터리 관리 시스템(50)으로부터 제공되는 배터리(40)의 온도(Tcell), 배터리(40)를 경유하기 전/후의 냉각수 온도(Tsup, Trtn), 배터리(40)의 충방전 전류(I) 및 배터리(40)의 전압(V)을 제공 받을 수 있다.The battery
배터리 냉각 제어부(60)는 외부 공기 온도를 감지하는 온도 센서로부터 외부 공기 온도(Tamb)를 제공 받을 수 있다. The
배터리 냉각 제어부(60)는 배터리(40)의 온도(Tcell), 배터리(40)를 경유하기 전/후의 냉각수 온도(Tsup, Trtn), 배터리(40)의 충방전 전류(I), 배터리(40)의 전압(V) 및 외부 공기 온도(Tamb)에 기초하여 배터리(40)의 발열량을 산출하고, 산출된 발열량에 기초하여 목표 냉각 열량(Qreq)을 산출할 수 있다.The battery
또한, 배터리 냉각 제어부(60)는 산출된 목표 냉각 열량(Qreq)에 기초하여 배터리(40)를 경유하는 냉각수 파이프(CP)를 통해 배터리(40)에 진입하는 냉각수의 유량을 제어하는 펌프 제어 정보(Mc)를 생성할 수 있다.In addition, the battery
본 발명의 실시예를 도시한 도 1을 참조하면, 워터 펌프(22-1, 22-2)는 라디에이터(21) 쪽으로 냉각수를 보내는데 이용되는 제 1 워터 펌프(22-1)와 배터리(40) 쪽으로 냉각수를 보내는데 이용되는 제 2 워터 펌프(22-2)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 showing an embodiment of the present invention, water pumps 22-1 and 22-2 include a first water pump 22-1 and a
이때, 배터리 냉각 제어부(60)로부터 생성된 펌프 제어 정보(Mc)는 제 2 워터 펌프(22-2)에 제공될 수 있다.In this case, the pump control information Mc generated from the
배터리 냉각 제어부(60)에서 배터리(40)의 발열량(Qt) 산출, 목표 냉각 열량(Qreq) 산출, 및 펌프 제어 정보(Mc)를 생성하는 과정을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 이때, 배터리(40)의 발열량을 산출하는데 있어서, 모든 비가역적 에너지는 열에너지로 변환되고, 반경 방향으로 열전도율은 일정하며, 배터리의 물리적 특성은 충방전시 변하지 않고, 전해액에서의 대류는 없다고 가정한다.The process of calculating the calorific value Qt of the
먼저, 배터리(40)의 발열량(Qt)을 산출하는 과정은 배터리 충방전시 발생되는 열량(Qs), 배터리 충방전 사이클(cycle)에 의한 발열량(Qp) 및 배터리(40)의 대류 열 전달에 의한 냉각량(Qb)을 산출하는 과정으로 나눌 수 있다.First, the process of calculating the calorific value (Qt) of the
배터리 충방전시 발생되는 열량(Qs)은 엔트로피 변화에 의한 열량으로서, 배터리(40) 충전시의 흡열량과, 배터리(40) 방전시의 발열량을 포함할 수 있다.The amount of heat Qs generated during charging and discharging of the battery is an amount of heat due to entropy change, and may include an amount of heat absorbed when the
배터리 충방전시 발생되는 열량(Qs)는 의 계산식에 의해 산출될 수 있다. The amount of heat (Qs) generated during battery charging and discharging is It can be calculated by the formula of
이때, Tcell은 배터리 온도이고, 는 엔트로피 변화를 의미하며 보통 방전시에는 로 가정할 수 있다. F는 페러데이 상수로서 이고, n은 반응과 관계된 수로서 리튬이온 배터리의 경우 n=1일 수 있다. I는 충방전 전류일 수 있다.In this case, Tcell is the battery temperature, is the entropy change, and in normal discharge, can be assumed as F is the Faraday constant , and n is a number related to the reaction, and in the case of a lithium-ion battery, n=1. I may be a charge/discharge current.
모든 비가역 에너지는 열 에너지로 변한다는 가정에 따라 분극으로 인한 모든 에너지의 손실은 열로 발생될 수 있다. Any loss of energy due to polarization can be generated as heat, assuming that all irreversible energy is converted to thermal energy.
따라서, 배터리 충방전 사이클에 의한 발열량(Qp)은 의 계산식에 의해 산출될 수 있다. Therefore, the amount of heat generated by the battery charge/discharge cycle (Qp) is It can be calculated by the formula of
이때, V는 배터리 전압이고, 는 개방 회로 전압(open circuit voltage, OCV)이고, I는 충방전 전류일 수 있다. 또한, 는 로 나타낼 수 있기 때문에 Qp는 으로 나타낼 수 있다. R은 배터리(40)의 내부 저항(internal resistance)일 수 있다.In this case, V is the battery voltage, may be an open circuit voltage (OCV), and I may be a charge/discharge current. In addition, Is Since Qp can be expressed as can be expressed as R may be the internal resistance of the
따라서, 배터리 충방전 사이클에 의한 발열량(Qp)는 배터리 내부 저항(R)에 의해 결정될 수 있다.Accordingly, the amount of heat generated by the battery charge/discharge cycle Qp may be determined by the internal resistance R of the battery.
배터리(40)의 대류 열 전달에 의한 냉각량(Qb)는 의 계산식에 의해 산출될 수 있다. The amount of cooling Qb by convective heat transfer of the
이때, A는 배터리(40)의 표면적이고, Tamb는 외부 공기 온도이고, h는 대류 열전달 계수이고, Tcell은 배터리 온도일 수 있다. In this case, A may be the surface area of the
배터리(40)의 발열량(Qt)은 배터리 충방전시 발생되는 열량(Qs), 배터리 충방전 사이클에 의한 발열량(Qp) 및 배터리(40)의 대류 열 전달에 의한 냉각량(Qb)으로 산출될 수 있다.The amount of heat generated (Qt) of the
예를 들어, 배터리(40)의 발열량(Qt)은 Qs + Qp - Qb로 산출될 수 있다. For example, the calorific value Qt of the
즉, 배터리(40)의 발열량(Qt)는 배터리 충방전시 발생되는 열량(Qs)과 배터리 충반전 사이클에 의한 발열량(Qp)을 가산하고. 가산 결과에서 배터리(40)의 대류 열 전달에 의한 냉각량(Qb)을 감산하여 산출될 수 있다.That is, the calorific value Qt of the
이와 같이, 배터리(40)의 발열량(Qt)이 산출되면, 산출된 배터리(40)의 발열량에 기초하여 목표 냉각 열량(Qreq)을 결정할 수 있다. As such, when the calorific value Qt of the
목표 냉각 열량(Qreq)은 배터리(40)의 발열량(Qt)에 비례하는 값일 수 있다. The target amount of cooling heat Qreq may be a value proportional to the amount of heat Qt of the
이때, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 냉각 장치 및 이를 이용한 차량용 배터리 냉각 방법에서는 목표 냉각 열량(Qreq)과 배터리(40)의 발열량(Qt)을 일대일로 설정하여 설명하지만, 이에 한정하는 것이 아님을 밝혀둔다.At this time, in the vehicle battery cooling apparatus and the vehicle battery cooling method using the same according to the embodiment of the present invention, the target cooling heat quantity Qreq and the heat generation amount Qt of the
이하, 목표 냉각 열량(Qreq)은 배터리(40)의 발열량(Qt)와 동일한 것으로 가정하여 설명한다.Hereinafter, it is assumed that the target cooling heat amount Qreq is the same as the heat amount Qt of the
배터리(40)로 제공되는 냉각수의 양이 많을수록 배터리(40)의 온도는 빨리 낮아질 수 있고, 배터리(40)로 제공되는 냉각수의 양이 적을수록 배터리(40)의 온도는 늦게 낮아지거나 상승할 수 있다.The greater the amount of coolant provided to the
따라서, 배터리(40)의 발열량(Qt)이 증가하면 목표 냉각 열량(Qreq)도 증가하기 때문에, 목표 냉각 열량(Qreq)가 증가하면 배터리(40)로 제공되는 냉각수의 양도 증가하도록 제어되어야 한다. Accordingly, since the target cooling calorie Qreq also increases when the calorific value Qt of the
한편, 배터리(40)의 발열량(Qt)이 감소하면 목표 냉각 열량(Qreq)도 감소하기 때문에, 목표 냉각 열량(Qreq)가 감소하면 배터리(40)로 제공되는 냉각수의 양도 감소하도록 제어되어야 한다.Meanwhile, since the target cooling calorie Qreq also decreases when the calorific value Qt of the
배터리(40)에 진입하는 냉각수의 유량을 제어하도록 제 2 워터 펌프(22-2)에 제공되는 펌프 제어 정보(Mc)는 목표 냉각 열량(Qreq)에 비례하는 값을 가질 수 있다.The pump control information Mc provided to the second water pump 22 - 2 to control the flow rate of the coolant entering the
또한, 배터리(40)로부터 발생되는 열을 냉각수가 많이 흡수하는 경우 배터리(40)로 제공되는 냉각수의 양을 감소시키도록 제어되어야 하고, 배터리(40)로부터 발생되는 열을 냉각수가 적게 흡수하는 경우 배터리(40)로 제공되는 냉각수의 양을 증가시키도록 제어되어야 한다.In addition, when the coolant absorbs a lot of heat generated from the
따라서, 배터리(40)에 진입하는 냉각수의 유량을 제어하도록 제 2 워터 펌프(22-2)에 제공되는 펌프 제어 정보(Mc)는 배터리(40)를 경유하는 냉각수의 흡열량에 반비례하는 값을 가질 수 있다.Accordingly, the pump control information Mc provided to the second water pump 22 - 2 to control the flow rate of the coolant entering the
이때, 냉각수의 흡열량은 Cc * (Tsup - Trtn)의 계산식으로 산출될 수 있다. Cc는 냉각수 비열 용량이고, Tsup는 배터리(40)를 경유하기 전의 냉각수 온도이며, Trtn은 배터리(40)를 경유한 후의 냉각수 온도(Trtn)이다.In this case, the amount of heat absorption of the cooling water may be calculated by a formula of Cc * (Tsup - Trtn). Cc is the specific heat capacity of the coolant, Tsup is the coolant temperature before passing through the
정리하면, 배터리(40)로 제공되는 냉각수의 유량을 제어하는 펌프 제어 정보(Mc)는 목표 냉각 열량(Qreq)에 비례하고 냉각수의 흡열량에 반비례할 수 있다.In summary, the pump control information Mc for controlling the flow rate of the coolant provided to the
펌프 제어 정보(Mc)는 의 계산식으로 산출될 수 있다.Pump control information (Mc) is It can be calculated by the formula of
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 냉각 장치를 이용한 차량용 배터리 냉각 방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.A vehicle battery cooling method using the vehicle battery cooling apparatus according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. 2 .
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리 냉각 장치를 이용한 차량용 배터리 냉각 방법을 설명하기 위한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method for cooling a vehicle battery using a vehicle battery cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 차량용 배터리 냉각 방법은 배터리 냉각 필요 판단 단계(S1), 냉각수 순환 단계(S2), 정보 획득 단계(S3-1, S3-2), 발열량 산출 단계(S4) 및 워터 펌프 유량 결정 단계(S5)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the vehicle battery cooling method includes a battery cooling need determination step (S1), a coolant circulation step (S2), an information acquisition step (S3-1, S3-2), a calorific value calculation step (S4), and a water pump flow rate It may include a determining step (S5).
배터리 냉각 필요 판단 단계(S1)는 배터리(40)의 온도가 기설정된 온도 이상으로 상승하면 배터리(40)의 냉각이 필요하다는 것을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The battery cooling need determination step S1 may include determining that the
냉각수 순환 단계(S2)는 배터리 냉각 판단 단계(S1)에서 배터리(40)의 냉각이 필요하다고 판단되면 배터리(40)를 경유하는 냉각수 파이프(CP)를 통해 냉각수를 순환시키는 단계를 포함할 수 있다.The cooling water circulation step S2 may include circulating the cooling water through the cooling water pipe CP passing through the
정보 획득 단계(S3-1, S3-2)는 배터리(40)의 발열량을 산출하는데 필요한 정보를 획득하는 단계로서, 배터리 관리 시스템(50)으로부터 배터리(40)의 온도(Tcell), 배터리(40)를 경유하기 전/후의 냉각수 온도(Tsup, Trtn), 배터리(40)의 충방전 전류(I) 및 배터리(40)의 전압(V)에 대한 정보를 획득하는 BMS 정보 획득 단계(S3-1) 및 외부 온도를 감지하는 온도 센서로부터 외부 공기 온도에 대한 정보를 획득하는 외부 공기 온도 정보 획득 단계(S3-2)를 포함할 수 있다.The information acquisition steps ( S3 - 1 and S3 - 2 ) are steps of acquiring information necessary for calculating the calorific value of the
발열량 산출 단계(S4)는 정보 획득 단계(S3-1, S3-2)로부터 획득된 정보에 기초하여 배터리(40)의 발열량을 산출하는 단계 및 배터리(40)의 발열량에 기초하여 목표 냉각 열량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The calorific value calculation step S4 is a step of calculating the calorific value of the
워터 펌프 유량 결정 단계(S5)는 발열량 산출 단계(S4)에서 산출된 목표 냉각 열량에 기초하여 제 2 워터 펌프(22-2)를 통해 배터리(40)로 제공되는 냉각수의 유량을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The water pump flow rate determination step S5 includes determining the flow rate of the cooling water provided to the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 냉각 장치 및 이를 이용한 차량용 배터리 냉각 방법은 냉매의 온도를 낮추는 에어컨의 작동 여부 또는 냉각수의 온도를 낮추는 라디에이터의 동작 여부와는 무관하게, 배터리(40)의 발열량을 산출하여 배터리로 진입하는 냉각수의 유량을 제어함으로써, 배터리(40)의 과발열 및 과냉각을 방지할 수 있다.As such, the vehicle battery cooling device and the vehicle battery cooling method using the same according to an embodiment of the present invention are the
즉, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 냉각 장치 및 이를 이용한 차량용 배터리 냉각 방법은 배터리 관리 시스템으로부터 배터리에 관한 정보를 획득하여 배터리의 발열량을 산출하여 배터리로 진입하는 냉각수의 유량을 제어할 수 있기 때문에, 배터리의 발열량을 항상 모니터링할 수 있고 배터리 발열량에 따라 연속적으로 냉각수의 유량을 제어함으로써 배터리의 일정한 성능을 유지케 할 수 있고, 배터리 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.That is, the vehicle battery cooling apparatus and the vehicle battery cooling method using the same according to an embodiment of the present invention can obtain information about the battery from the battery management system, calculate the amount of heat generated by the battery, and control the flow rate of the coolant entering the battery. Therefore, it is possible to always monitor the amount of heat generated by the battery, and by continuously controlling the flow rate of the cooling water according to the amount of heat generated by the battery, it is possible to maintain a constant performance of the battery and to prevent the battery life from being shortened.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (13)
상기 배터리를 경유하는 냉각수 파이프에 냉각수가 순환되도록 동작하는 워터 펌프 및
상기 배터리 관리 시스템으로부터 상기 배터리의 발열량 산출을 위한 정보를 제공 받아 상기 발열량을 산출하고, 산출된 상기 발열량에 기초하여 상기 냉각수의 유량을 제어하는 펌프 제어 정보를 생성하는 배터리 냉각 제어부;
를 포함하는 차량용 배터리 냉각 장치.
battery management system to manage the battery;
a water pump operating to circulate cooling water through a cooling water pipe passing through the battery; and
a battery cooling controller configured to receive information for calculating the amount of heat of the battery from the battery management system, calculate the amount of heat, and generate pump control information for controlling the flow rate of the coolant based on the calculated amount of heat;
A vehicle battery cooling system comprising a.
상기 워터 펌프는,
상기 배터리 쪽으로 상기 냉각수를 제공하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 장치.
The method according to claim 1,
The water pump is
The battery cooling device for a vehicle, characterized in that for providing the coolant toward the battery.
상기 배터리 냉각 제어부는,
상기 배터리 관리 시스템으로부터 상기 배터리의 온도, 상기 배터리를 경유하는 냉각수의 온도, 상기 배터리의 충방전 전류 및 상기 배터리의 전압을 제공 받는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 장치.
The method according to claim 1,
The battery cooling control unit,
The battery cooling apparatus for a vehicle, characterized in that receiving the temperature of the battery, the temperature of the coolant passing through the battery, the charging/discharging current of the battery, and the voltage of the battery from the battery management system.
상기 배터리 냉각 제어부는,
상기 배터리의 충방전시 발생되는 열량, 상기 배터리의 충방전 사이클에 의한 배터리 발열량 및 상기 배터리의 대류 열 전달에 의한 냉각량을 각각 산출하여 상기 배터리의 발열량을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 장치.
The method according to claim 1,
The battery cooling control unit,
Battery cooling apparatus for a vehicle, characterized in that the amount of heat generated during charging and discharging of the battery, the amount of heat generated by the battery charge/discharge cycle, and the amount of heat generated by the convective heat transfer of the battery are respectively calculated to calculate the amount of heat generated by the battery .
상기 배터리 냉각 제어부는,
상기 배터리의 충방전시 발생되는 열량과 상기 배터리의 충방전 사이클에 의한 배터리 발열량을 가산하고, 가산 결과에서 상기 배터리의 대류 열 전달에 의한 냉각량을 감산하여 상기 배터리의 발열량을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 장치.
5. The method according to claim 4,
The battery cooling control unit,
The amount of heat generated during charging and discharging of the battery is added to the amount of heat generated by the charge/discharge cycle of the battery, and the amount of heat generated by convective heat transfer of the battery is subtracted from the addition result to calculate the amount of heat generated by the battery. vehicle battery cooling system.
상기 배터리의 충방전시 발생되는 열량은,
엔트로피 변화에 의한 열량으로서,
상기 배터리의 충전시 흡열량과 상기 배터리의 방전시 발열량을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 장치.
5. The method according to claim 4,
The amount of heat generated during charging and discharging of the battery is
As the amount of heat due to entropy change,
A battery cooling device for a vehicle, characterized in that it includes an amount of heat absorbed when the battery is charged and a heat amount when the battery is discharged.
상기 배터리의 충방전 사이클에 의한 배터리 발열량은,
상기 배터리의 내부 저항 및 상기 배터리의 충방전 전류에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 장치.
5. The method according to claim 4,
The amount of heat generated by the battery charge/discharge cycle is
The battery cooling device for a vehicle, characterized in that determined by the internal resistance of the battery and the charging/discharging current of the battery.
상기 상기 배터리의 대류 열 전달에 의한 냉각량은,
상기 배터리의 표면적 및 상기 배터리로 유입되는 외부 공기 온도에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 장치.
5. The method according to claim 4,
The amount of cooling by convective heat transfer of the battery is,
The battery cooling device for a vehicle, characterized in that it is calculated based on the surface area of the battery and the temperature of the outside air flowing into the battery.
상기 배터리 냉각 제어부는,
산출된 상기 발열량에 기초하여 목표 냉각 열량을 산출하고,
상기 배터리를 경유하는 상기 냉각수의 흡열량을 산출하여,
상기 목표 냉각 열량에 비례하고 상기 냉각수의 흡열량에는 반비례하는 값을 갖는 상기 펌프 제어 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 장치.
The method according to claim 1,
The battery cooling control unit,
Calculating a target cooling heat amount based on the calculated calorific value,
By calculating the amount of heat absorbed by the cooling water passing through the battery,
and generating the pump control information having a value proportional to the target amount of cooling heat and inversely proportional to the amount of heat absorbed by the coolant.
상기 배터리 냉각 제어부는,
상기 목표 냉각 열량이 증가하면 상기 냉각수의 유량을 증가시키도록 하는 상기 펌프 제어 정보를 생성하고,
상기 냉각수의 흡열량이 증가하면 상기 냉각수의 유량을 감소시키도록 하는 상기 펌프 제어 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 장치.
10. The method of claim 9,
The battery cooling control unit,
generating the pump control information to increase the flow rate of the cooling water when the target amount of cooling heat increases;
and generating the pump control information to decrease the flow rate of the coolant when the amount of heat absorbed by the coolant increases.
상기 배터리의 냉각이 필요할 경우 냉각수가 상기 배터리를 경유하여 순환하도록 하는 냉각수 순환 단계;
상기 배터리의 발열량을 산출하기 위한 정보를 획득하는 단계;
획득된 상기 정보에 기초하여 상기 배터리의 발열량을 산출하는 발열량 산출 단계; 및
산출된 상기 배터리의 발열량에 기초하여 상기 배터리를 경유하는 상기 냉각수의 유량을 제어하는 워터 펌프 유량 결정 단계;
를 포함하는 차량용 배터리 냉각 방법.
a battery cooling need determination step of determining that cooling of the battery is necessary when the temperature of the battery is higher than or equal to a preset temperature;
a cooling water circulation step of allowing the cooling water to circulate through the battery when cooling of the battery is required;
obtaining information for calculating the calorific value of the battery;
a calorific value calculating step of calculating a calorific value of the battery based on the obtained information; and
a water pump flow rate determining step of controlling a flow rate of the cooling water passing through the battery based on the calculated calorific value of the battery;
A vehicle battery cooling method comprising a.
상기 정보를 획득하는 단계는,
배터리 관리 시스템으로부터 상기 배터리의 온도, 상기 배터리를 경유하는 냉각수의 온도, 상기 배터리의 충방전 전류 및 상기 배터리의 전압에 대한 정보를 획득하는 단계, 및
온도 센서로부터 외부 공기 온도에 대한 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 방법.
12. The method of claim 11,
The step of obtaining the information includes:
obtaining information about the temperature of the battery, the temperature of the coolant passing through the battery, the charging/discharging current of the battery, and the voltage of the battery from the battery management system, and
A method for cooling a vehicle battery, comprising: acquiring information about an external air temperature from a temperature sensor.
상기 워터 펌프 유량 결정 단계는,
상기 배터리 쪽으로 상기 냉각수를 제공하는 워터 펌프에 상기 배터리의 발열량에 기초하여 생성된 펌프 제어 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 냉각 방법.12. The method of claim 11,
The water pump flow rate determination step includes:
and providing pump control information generated based on the amount of heat generated by the battery to a water pump that provides the coolant toward the battery.
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