KR20230011808A - 차량용 배터리 온도 제어방법 - Google Patents

차량용 배터리 온도 제어방법 Download PDF

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KR20230011808A
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Abstract

본 발명은, 냉매가 순환하는 냉매루프를 가진 공조 서브시스템과, 배터리측 냉각수가 순환하는 배터리측 냉각수루프를 가진 배터리 냉각서브시스템과, 상기 냉매루프를 순환하는 냉매 및 상기 배터리측 냉각수루프를 순환하는 배터리측 냉각수 사이에서 열을 전달하도록 구성된 배터리칠러를 포함한 차량용 열관리시스템을 이용하여 배터리 온도를 제어하는 차량용 배터리 온도 제어방법으로, 배터리의 충전 시에, 배터리 온도 및 배터리의 SOC를 측정하고, 상기 측정된 배터리 온도 및 배터리의 SOC를 기초로 배터리의 충전을 위한 타겟온도를 결정하고, 상기 공조 서브시스템의 작동여부, 외부온도 및 배터리 온도 사이의 비교, 측정된 배터리온도 및 배터리 타겟온도 사이의 비교에 기초하여 상기 공조 서브시스템 및 상기 배터리 냉각서브시스템 중에서 적어도 하나의 작동을 제어함으로써 배터리측 냉각수의 온도를 조절할 수 있다.

Description

차량용 배터리 온도 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING A TEMPERATURE OF VEHICLE BATTERY}
본 발명은 차량용 배터리 온도 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리의 충전 시에 배터리의 온도를 배터리의 충전 또는 급속충전에 적합하도록 최적으로 제어할 수 있는 차량용 배터리 온도 제어방법에 관한 것이다.
최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드(Hybrid) 차량으로 구분된다.
기존의 전기차량 및 하이브리드차량은 실내의 차가운 공기를 이용한 공랭식 배터리 냉각시스템을 적용하여 왔으며, 최근에는 300km(200마일) 이상으로 AER(All Electric Range)를 연장하기 위하여 배터리를 수냉식으로 냉각하는 수냉식 배터리 냉각시스템에 대한 연구가 진행중에 있다. 구체적으로, 공조시스템 및 라디에이터 등을 이용하여 배터리를 수냉식으로 냉각하는 구조를 채택함으로써 에너지 밀도를 증대시킬 수 있다. 또한, 수냉식 배터리냉각시스템은 배터리셀들 사이의 간격을 줄임으로써 컴팩트한 배터리시스템(battery system)을 구현할 수 있고, 배터리셀들 사이의 온도를 균일하게 유지함으로써 배터리의 성능 및 내구성을 향상할 수 있다.
상술한 수냉식 배터리냉각시스템을 구현하기 위하여 전기모터 및 전장부품을 냉각하는 파워트레인 냉각서브시스템(power train cooling subsystem)과, 배터리를 냉각하는 배터리 냉각서브시스템(battery cooling subsystem)과, 차량의 승객실의 공기를 가열 내지 냉각하는 공조 서브시스템을 통합한 차량용 열관리시스템에 대한 연구가 진행되고 있다.
한편, 배터리의 급속충전 시에 배터리의 온도에 따라 최대 충전용량이 상이해지므로 그 충전시간이 서로 상이해질 수 있다. 이에 배터리의 충전 시에 최소 충전시간 동안 최대 충전용량을 충전하도록(즉, 배터리의 급속충전을 달성하도록) 배터리의 온도를 최적으로 제어할 필요가 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 배터리의 온도를 배터리의 충전 또는 급속충전에 적합하도록 최적으로 제어할 수 있는 차량용 배터리 온도 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매가 순환하는 냉매루프를 가진 공조 서브시스템과, 배터리측 냉각수가 순환하는 배터리측 냉각수루프를 가진 배터리 냉각서브시스템과, 상기 냉매루프를 순환하는 냉매 및 상기 배터리측 냉각수루프를 순환하는 배터리측 냉각수 사이에서 열을 전달하도록 구성된 배터리칠러를 포함한 차량용 열관리시스템을 이용하여 배터리 온도를 제어하는 차량용 배터리 온도 제어방법으로, 배터리의 충전 시에, 배터리 온도 및 배터리의 SOC를 측정하고, 상기 측정된 배터리 온도 및 배터리의 SOC를 기초로 배터리의 충전을 위한 타겟온도를 결정하고, 상기 공조 서브시스템의 작동여부, 외부온도 및 배터리 온도 사이의 비교, 측정된 배터리온도 및 배터리 타겟온도 사이의 비교에 기초하여 상기 공조 서브시스템 및 상기 배터리 냉각서브시스템 중에서 적어도 하나의 작동을 제어함으로써 배터리측 냉각수의 온도를 조절할 수 있다.
차량의 외부온도가 설정된 온도 보다 높은 조건에서, 상기 공조 서브시스템이 냉방모드로 작동할 때, 상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 이하인지를 판단하고, 상기 배터리 온도가 타겟온도 이하인 것으로 판단되면, 상기 배터리칠러로 유입되는 냉매의 유량을 최소유량을 유지할 수 있다. 상기 배터리 온도가 상기 타겟온도를 초과할 때 차량의 실내온도가 보정된 냉방요구온도 이하인지를 판단하고, 상기 실내온도가 상기 보정된 냉방요구온도 이하인 것으로 판단되면, 배터리칠러로 유입되는 냉매의 유량을 최소유량 보다 상대적으로 증가시키며 상기 보정된 냉방요구온도는 사용자에 의해 설정된 냉방요구온도에 보정값이 더해진 값일 수 있다.
상기 차량의 외부온도가 설정된 온도 보다 높은 조건에서 상기 공조 서브시스템이 냉방모드로 작동하지 않을 때, 상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 이상인 지를 판단하고, 상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 미만인 것으로 판단되면 배터리측 냉각수를 가열하도록 상기 배터리 냉각서브시스템의 히터를 제어할 수 있다.
상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 이상인 것으로 판단되면 상기 차량의 외부온도가 상기 배터리 온도 미만인 지를 판단하며, 상기 차량의 외부온도가 상기 배터리 온도 미만인 것으로 판단되면, 외기에 의해 배터리측 냉각수를 냉각하도록 상기 배터리 냉각서브시스템의 작동을 제어할 수 있다.
차량의 외부온도가 설정된 온도 보다 낮은 조건에서 상기 공조 서브시스템이 난방모드로 작동하고 상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 미만일 때, 배터리측 냉각수의 온도가 냉매의 온도 이상인 지를 판단하고, 상기 배터리측 냉각수의 온도가 상기 냉매의 온도 이상인 것으로 판단되면 배터측 냉각수를 가열하도록 상기 배터리 냉각서브시스템의 히터를 제어할 수 있다.
상기 배터리측 냉각수의 온도가 상기 냉매의 온도 보다 낮은 것으로 판단되면 냉매에 의해 배터리측 냉각수를 가열하도록 상기 공조 서브시스템의 작동 및 상기 배터리 냉각서브시스템의 작동을 제어할 수 있다.
상기 차량의 외부온도가 설정된 온도 보다 낮은 조건에서 상기 공조 서브시스템이 난방모드로 작동하지 않고 상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 미만일 때, 상기 차량의 외부온도가 배터리 온도를 초과하는 것인지를 판단하고, 상기 차량의 외부온도가 배터리 온도를 초과하는 것으로 판단되면, 외기에 의해 배터리측 냉각수를 가열하도록 상기 배터리 냉각서브시스템의 작동을 제어할 수 있다.
상기 차량의 외부온도가 상기 배터리 온도 이하인 것으로 판단되면, 배터리측 냉각수를 가열하도록 상기 배터리 냉각서브시스템의 히터를 제어할 수 있다.
본 발명에 의하면, 공조 서브시스템의 작동여부, 외부온도 및 배터리 온도 사이의 비교, 측정된 배터리온도 및 배터리 타겟온도 사이의 비교에 기초하여 공조 서브시스템 및 배터리 냉각서브시스템 중에서 적어도 하나의 작동이 제어됨으로써 배터리 냉각수루프를 순환하는 배터리측 냉각수의 온도를 조절할 수 있고, 이에 배터리 온도를 배터리의 충전에 최적화된 타겟온도에 부합하도록 조절할 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량의 외부조건이 상대적으로 고온이고 공조 서브시스템이 냉방모드로 작동하는 조건에서, 배터리 온도 및 타겟온도 사이의 비교에 기초하여 배터리칠러로 유입되는 냉매의 유량을 가변함으로써 배터리측 냉각수의 온도 및 배터리 온도를 조절할 수 있고, 이에 배터리 온도를 배터리의 충전에 최적화된 타겟온도에 부합하도록 조절할 수 있다.
본 발명에 의하면, 여름철 등과 같이 외부온도가 상대적으로 높은 조건에서 차량의 배터리를 충전할 경우, 차량은 주로 충전소 또는 주차장 등과 같이 실내공간에서 주차하므로 외부온도가 주행할 때에 비해 상대적으로 낮아질 수 있고, 이에 따라 외부온도가 배터리 온도 보다 낮아질 수 있다. 이와 같이, 차량이 실내공간에서 주차할 때, 외부온도가 배터리 온도 보다 상대적으로 낮은 경우, 배터리측 냉각서브시스템의 제1배터리펌프 및 제2배터리펌프, 냉각팬 등을 적절히 이용함으로써 외기에 의해 배터리측 냉각수를 냉각할 수 있고, 이를 통해 공조 서브시스템을 작동시키지 않으므로 그 소모동력을 절약할 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량의 외부조건이 상대적으로 고온이고 공조 서브시스템이 냉방모드로 작동하지 않는 조건에서, 배터리 온도가 타겟온도 미만인 경우 배터리 냉각서브시스템의 히터에 의해 배터리측 냉각수를 적절히 가열할 수 있고, 이를 통해 배터리 온도를 적절히 조절할 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량의 외부조건이 상대적으로 저온이고 공조 서브시스템이 난방모드로 작동하는 조건에서, 배터리 온도와 타겟온도 사이의 비교, 및 배터리측 냉각수의 온도와 냉매의 온도 사이의 비교에 기초하여 공조 서브시스템의 일부 구성의 작동, 및 배터리 냉각서브시스템의 일부 구성의 작동을 제어함으로써 배터리측 냉각수의 온도 및 배터리 온도를 적절히 조절할 수 있다.
본 발명에 의하면, 겨울철 등과 같이 외부온도가 상대적으로 낮은 조건에서 차량의 배터리를 충전할 경우, 차량은 주로 충전소 또는 주차장 등과 같이 실내공간에서 주차하므로 외부온도가 주행할 때에 비해 상대적으로 높아질 수 있고, 이에 따라 외부온도가 배터리 온도 보다 높아질 수 있다. 이와 같이, 차량이 실내공간에서 주차할 때, 외부온도가 배터리 온도 보다 상대적으로 높은 경우, 배터리측 냉각서브시스템의 제1배터리펌프 및 제2배터리펌프, 냉각팬 등을 적절히 이용함으로써 외기에 의해 배터리측 냉각수를 냉각할 수 있고, 이를 통해 공조 서브시스템을 작동시키지 않으므로 그 소모동력을 절약할 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량의 외부온도가 상대적으로 낮고 공조 서브시스템이 난방모드로 작동하지 않으며 배터리 온도가 타겟온도 이하일 때, 배터리 냉각서브시스템의 히터에 의해 배터리측 냉각수를 가열함으로써 배터리 온도를 상대적으로 승온시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 온도제어방법을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 차량용 배터리 온도제어방법을 도시한 순서도로서, 차량의 승객실에 대한 냉방여부를 판단하는 것을 포함한다.
도 4는 도 3에 대한 변형 실시예에 따른 차량용 배터리 온도제어방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 차량용 배터리 온도제어방법을 도시한 순서도로서, 차량의 승객실에 대한 난방여부를 판단하는 것을 포함한다.
도 6은 도 5에 대한 변형실시예에 따른 차량용 배터리 온도제어방법을 도시한 순서도이다.
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.
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.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리시스템은, 냉매가 순환하는 냉매루프(21)를 포함한 공조 서브시스템(11, HVAC subsystem)과, 배터리(41)를 냉각하기 위한 배터리측 냉각수가 순환하는 배터리 냉각수루프(22)를 포함한 배터리 냉각서브시스템(12, battery cooling subsystem)과, 파워트레인의 전기모터(51) 및 전장부품(52)을 냉각하는 파워트레인측 냉각수가 순환하는 파워트레인 냉각수루프(23)를 포함한 파워트레인 냉각서브시스템(13, power train cooling subsystem)을 포함할 수 있다.
공조 서브시스템(11)은 냉매루프(21)를 순환하는 냉매에 의해 차량의 승객실의 공기를 가열 내지 냉각하도록 구성될 수 있다. 냉매루프(21)는 증발기(31), 압축기(32), 내측 응축기(33, interior condenser), 난방측 팽창밸브(16), 수냉식 열교환기(70), 외측 열교환기(35), 및 냉방측 팽창밸브(15)에 유체적으로 연결될 수 있다. 도 1에서, 냉매는 냉매루프(21)를 통해 압축기(32), 내측 응축기(33), 난방측 팽창밸브(16), 수냉식 열교환기(70), 외측 열교환기(35), 냉방측 팽창밸브(15), 증발기(31) 순으로 통과할 수 있다.
증발기(31)는 냉방측 팽창밸브(15)로부터 공급받은 냉매를 증발시키도록 구성될 수 있다. 즉, 냉방측 팽창밸브(15)에 의해 팽창된 냉매는 증발기(31)에서 공기로부터 열을 흡수하고 증발할 수 있다. 이에, 공조 서브시스템(11)의 냉방작동 시에, 증발기(31)는 외측 열교환기(35)에 의해 냉각되고 냉방측 팽창밸브(15)에 의해 팽창된 냉매를 이용하여 공기를 냉각할 수 있고, 증발기(31)에 의해 냉각된 공기가 승객실로 흘러들어갈 수 있다.
압축기(32)는 증발기(31) 및/또는 배터리칠러(37)로부터 공급받은 냉매(refrigerant received from)를 압축하도록 구성될 수 있다. 일 예에 따르면, 압축기(32)는 전기에너지에 의해 구동하는 전동식 압축기일 수 있다.
내측 응축기(33)는 압축기(32)로부터 공급받은 냉매를 응축하도록 구성될 수 있다. 즉, 압축기(32)에 의해 압축된 냉매는 내측 응축기(33)에서 공기로 열을 전달하고 응축될 수 있다. 이에, 내측 응축기(33)는 압축기(32)에 의해 압축된 냉매를 이용하여 공기를 가열할 수 있고, 내측 응축기(33)에 의해 가열된 공기가 승객실로 흘러갈 수 있다.
외측 열교환기(35)는 차량의 전방 그릴에 인접하게 배치될 수 있고, 외측 열교환기(35)는 외부에 노출되어 있으므로 외측 열교환기(35) 및 외기 사이에서 열이 전달될 수 있다. 공조 서브시스템(11)의 냉방작동 시에 외측 열교환기(35)는 내측 응축기(33)로부터 공급받은 냉매를 응축하도록 구성될 수 있다. 즉, 외측 열교환기(35)는 공조 서브시스템(11)의 냉방작동 시에 열을 외기로 전달함으로써 냉매를 응축하는 외측 응축기의 기능을 할 수 있다. 공조 서브시스템(11)의 난방작동 시에 외측 열교환기(35)는 수냉식 열교환기(70)로부터 공급받은 냉매를 증발하도록 구성될 수 있다. 즉, 외측 열교환기(35)는 공조 서브시스템(11)의 난방작동 시에 열을 외기로부터 흡열함으로써 냉매를 증발하는 외측 증발기의 기능을 할 수 있다. 특히, 외측 열교환기(35)는 냉각팬(75)에 의해 강제로 송풍되는 외기와 열교환함으로써 외측 열교환기(35) 및 외기 사이의 열전달율이 더 높아질 수 있다.
수냉식 열교환기(70)는 공조 서브시스템(11)의 냉매루프(21), 배터리 냉각서브시스템(12)의 배터리 냉각수루프(22), 및 파워트레인 냉각서브시스템(13)의 파워트레인 냉각수루프(23) 사이에서 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 수냉식 열교환기(70)는 냉매루프(21) 상에서 실내측 응축기(33) 및 실외측 열교환기(35) 사이에 배치될 수 있다. 수냉식 열교환기(70)는 파워트레인 냉각수루프(23)와 유체적으로 연결된 제1통로(71)와, 배터리 냉각수루프(22)와 유체적으로 연결된 제2통로(72)와, 냉매루프(21)와 유체적으로 연결된 제3통로(73)를 포함할 수 있다.
수냉식 열교환기(70)는 공조 서브시스템(11)의 난방작동 시에, 파워트레인 냉각서브시스템(13)으로부터 전달받은 열에 의해 실내측 응축기(33)로부터 공급받은 냉매를 증발시키도록 구성될 수 있다. 즉, 공조 서브시스템(11)의 난방 작동 시에, 수냉식 열교환기(70)는 파워트레인 냉각서브시스템(13)의 전기모터(51a, 51b)들 및 전장부품(52a, 52b, 52c)들으로부터 발생된 폐열을 회수함으로써 냉매를 증발시키는 증발기의 역할을 할 수 있다.
수냉식 열교환기(70)는 공조 서브시스템(11)의 냉방작동 시에, 내측 응축기(24)로부터 수용된 냉매를 응축하도록 구성될 수 있다. 수냉식 열교환기(70)는 배터리 냉각서브시스템(12)의 배터리 냉각수루프(22)를 순환하는 배터리측 냉각수 및 파워트레인 냉각서브시스템(13)의 파워트레인 냉각수루프(23)를 순환하는 파워트레인측 냉각수에 의해 냉매를 냉각하고 응축함으로써 냉매를 응축시키는 응축기의 역할을 할 수 있다.
난방측 팽창밸브(16)는 냉매루프(21) 상에서 수냉식 열교환기(70)의 상류 측에 배치될 수 있다. 구체적으로, 난방측 팽창밸브(16)는 내측 응축기(33) 및 수냉식 열교환기(70) 사이에 배치될 수 있다. 난방측 팽창밸브(16)는 공조 서브시스템(11)의 난방 작동 시에, 수냉식 열교환기(70)로 유입되는 냉매의 흐름 내지 유량 등을 조절할 수 있고, 난방측 팽창밸브(16)는 공조 서브시스템(11)의 난방 작동 시에 내측 응축기(33)로부터 공급받은 냉매를 팽창시키도록 구성될 수 있다.
일 예에 따르면, 난방측 팽창밸브(16)는 구동모터(16a)를 가진 전자팽창밸브(EXV, electronic expansion valve)일 수 있다. 구동모터(16a)는 난방측 팽창밸브(16)의 밸브바디에서 한정된 오리피스를 개폐하도록 이동하는 샤프트를 가질 수 있고, 샤프트의 위치는 구동모터(16a)의 회전방향 및 회전정도 등에 따라 가변될 수 있으며, 이에 의해 난방측 팽창밸브(16)의 오리피스에 대한 개도가 가변될 수 있다. 제어기(100)는 구동모터(16a)의 작동을 제어할 수 있다. 그리고, 난방측 팽창밸브(16)는 완전 개방형 전자팽창밸브(full open type EXV)일 수 있다. 이에 공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동하지 않을 때, 난방측 팽창밸브(16)가 완전히 개방됨으로써 냉매가 난방측 팽창밸브(16)를 통과할 수 있고, 이를 통해 난방측 팽창밸브(16)에 의해 냉매의 팽창이 정지될 수 있다.
난방측 팽창밸브(16)는 제어기(100)에 의해 그 개도가 가변되도록 구성될 수 있고, 난방측 팽창밸브(16)의 개도가 가변됨에 따라 제3통로(73)로 유입되는 냉매의 유량이 가변될 수 있다. 난방측 팽창밸브(16)는 공조 서브시스템(11)의 난방작동 시에 제어기(100)에 의해 제어될 수 있다. 냉방측 팽창밸브(15)는 냉매루프(21) 상에서 외측 열교환기(35) 및 증발기(31) 사이에 배치될 수 있다. 냉방측 팽창밸브(15)가 증발기(31)의 상류측에 배치됨으로써 증발기(31)로 유입되는 냉매의 흐름 내지 유량 등을 조절할 수 있고, 냉방측 팽창밸브(15)는 공조 서브시스템(11)의 냉방 작동 시에 외측 열교환기(35)로부터 공급받은 냉매를 팽창시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 냉방측 팽창밸브(15)는 냉매의 온도 및/또는 압력을 센싱하여 냉방측 팽창밸브(15)의 개도를 조절하는 감온팽창밸브(TXV, Thermal Expansion Valve)일 수 있다. 구체적으로 실시예에 따르면, 냉방측 팽창밸브(15)는 냉매가 냉방측 팽창밸브(15)의 내부유로 흘러들어감을 선택적으로 차단할 수 있는 개폐밸브(15a)를 가진 감온팽창밸브일 수 있고, 개폐밸브(15a)는 솔레노이드 밸브일 수 있다. 개폐밸브(15a)는 제어기(100)에 의해 개폐될 수 있고, 이에 냉매가 냉방측 팽창밸브(15)로 유입됨을 차단(block) 내지 해제(unblock)할 수 있다. 개폐밸브(15a)가 개방될 때 냉매가 냉방측 팽창밸브(15)로 흘러들어감이 허용될 수 있고, 개폐밸브(15a)가 폐쇄될 때 냉매가 냉방측 팽창밸브(15)로 흘러들어감이 차단될 수 있다. 일 예에 따르면, 개폐밸브(15a)는 냉방측 팽창밸브(15)의 밸브바디의 내부에 일체로 장착됨으로써 냉방측 팽창밸브(15)의 내부유로를 개폐하도록 구성될 수 있다. 다른 예에 따르면, 개폐밸브(15a)는 냉방측 팽창밸브(15)의 상류측에 배치됨으로써 냉방측 팽창밸브(15)의 입구를 선택적으로 개폐하도록 구성될 수 있다.
개폐밸브(15a)가 폐쇄될 경우 냉방측 팽창밸브(15)가 차단될 수 있고, 이에 냉매는 냉방측 팽창밸브(15) 및 증발기(31) 측으로 유입되지 않고 배터리칠러(37) 측으로만 유입될 수 있다. 즉, 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a)가 폐쇄될 경우에는 공조 서브시스템(11)의 냉방작동이 실행되지 않고, 배터리칠러(37)만이 냉각되거나 공조 서브시스템(11)의 난방작동이 실행될 수 있다. 개폐밸브(15a)가 개방될 경우 냉매는 냉방측 팽창밸브(15) 및 증발기(31) 측으로 흘러들어갈 수 있다. 즉, 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a)가 개방될 경우에는 공조 서브시스템(11)의 냉방이 실행될 수 있다.
공조 서브시스템(11)은 인렛 및 아웃렛을 가진 공조케이스(30)를 포함할 수 있고, 공조케이스(30)은 차량의 대쉬패널에 장착됨으로써 차량의 전석을 향해 배치될 수 있다. 공조케이스(30)는 차량의 승객실을 향해 공기를 흘러감을 허용하도록 구성될 수 있다. 증발기(31) 및 내측 응축기(33)는 공조케이스(30) 내에 위치할 수 있다. 에어믹싱도어(34a)가 증발기(31) 및 내측 응축기(33) 사이에 배치될 수 있고, PTC히터(34b, Positive Temperature Coefficient heater)가 내측 응축기(33)의 하류 측에 배치될 수 있다.
공조 서브시스템(11)은 냉매루프(21) 상에서 증발기(31) 및 압축기(32) 사이에 배치된 어큐뮬레이터(38)를 더 포함할 수 있고, 어큐뮬레이터(38)는 증발기(31)의 하류 측에 위치할 수 있다. 어큐뮬레이터(38)는 증발기(31)로부터 공급받은 냉매에서 액상의 냉매를 분리함으로써 압축기(32) 내로 액상의 냉매가 유입됨을 방지하도록 구성될 수 있다.
공조 서브시스템(11)은 냉매루프(21)로부터 분기된 분기도관(36)을 더 포함할 수 있다. 분기도관(36)은 냉매루프(21) 상에서 냉방측 팽창밸브(15)의 상류지점으로부터 분기되고 압축기(32)에 연결될 수 있다. 배터리칠러(37)가 분기도관(36)에 유체적으로 연결될 수 있으며, 배터리칠러(37)는 분기도관(36) 및 후술하는 배터리 냉각수루프(22) 사이에서 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 즉, 배터리칠러(37)는 공조 서브시스템(11)의 냉매루프(21) 상에서 순환하는 냉매와 배터리 냉각서브시스템(12)의 배너리 냉각수루프(22) 상에서 순환하는 배터리측 냉각수의 사이에서 열을 전달하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 배터리칠러(37)는 분기도관(36)에 유체적으로 연결된 제1통로(37a) 및 배터리 냉각수루프(22)에 유체적으로 연결된 제2통로(37b)를 포함할 수 있고, 제1통로(37a) 및 제2통로(37b)는 배터리칠러(37) 내에서 서로 인접하거나 접촉하도록 배치될 수 있으며, 제1통로(37a)는 제2통로(37b)에 대해 유체적으로 분리될 수 있다. 이에, 배터리칠러(37)는 제2통로(37b)를 통과하는 배터리측 냉각수 및 제1통로(37a)를 통과하는 냉매 사이에서 열을 전달할 수 있다. 분기도관(36)은 어큐뮬레이터(38)에 유체적으로 연결될 수 있고, 분기도관(36)을 통과하는 냉매가 어큐뮬레이터(38)에 수용될 수 있다.
칠러측 팽창밸브(17)가 분기도관(36) 상에서 배터리칠러(37)의 상류 측에 배치될 수 있다. 칠러측 팽창밸브(17)는 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 흐름 내지 유량 등을 조절할 수 있고, 칠러측 팽창밸브(17)는 외측 열교환기(35)로부터 공급받은 냉매를 팽창시키도록 구성될 수 있다.
일 예에 따르면, 칠러측 팽창밸브(17)는 구동모터(17a)를 가진 전자팽창밸브(EXV, electronic expansion valve)일 수 있다. 구동모터(17a)는 칠러측 팽창밸브(17)의 밸브바디에서 한정된 오리피스를 개폐하도록 이동하는 샤프트를 가질 수 있고, 샤프트의 위치는 구동모터(17a)의 회전방향 및 회전정도 등에 따라 가변될 수 있으며, 이에 의해 칠러측 팽창밸브(17)의 오리피스에 대한 개도가 가변될 수 있다. 제어기(100)는 구동모터(17a)의 작동을 제어할 수 있다. 그리고, 칠러측 팽창밸브(17)는 완전 개방형 전자팽창밸브(full open type EXV)일 수 있다.
칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 가변됨에 따라 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량이 가변될 수 있다. 예컨대, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 기준개도 보다 커질 경우 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량이 기준유량 보다 상대적으로 증가할 수 있고, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 기준 개도 보다 작을 경우 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량이 기준유량과 유사해지거나 기준유량 보다 상대적으로 감소할 수 있다. 여기서, 기준개도는 목표 증발기온도를 유지할 수 있는 칠러측 팽창밸브(17)의 개도일 수 있다. 기준유량은 칠러측 팽창밸브(17)가 기준개도로 개방될 경우 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량일 수 있다. 이에, 칠러측 팽창밸브(17)가 기준개도로 개방될 경우 냉매는 그에 대응하는 기준유량으로 배터리칠러(37)로 유입될 수 있다.
냉방측 팽창밸브(15)의 개도 및 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 제어기(100)에 의해 조절됨에 따라, 냉매는 증발기(31) 및 배터리칠러(37) 측으로 일정 비율로 분배될 수 있고, 이를 통해 공조 서브시스템(11)의 냉방 및 배터리칠러(37)의 냉각이 동시에 또는 선택적으로 실행될 수 있다.
공조 서브시스템(11)은 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73)의 하류지점 및 분기도관(36)을 연결하는 제1냉매 바이패스도관(25)을 포함할 수 있다. 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구는 수냉식 열교환기(70)의 하류지점에 연결될 수 있고, 제1냉매 바이패스도관(25)의 출구는 분기도관(36)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구는 수냉식 열교환기(70) 및 외측 열교환기(35) 사이의 지점에 연결될 수 있고, 제1냉매 바이패스도관(25)의 출구는 분기도관(36) 상에서 배터리칠러(37) 및 압축기(32) 사이의 지점에 연결될 수 있다. 제1쓰리웨이밸브(61)가 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구 및 냉매루프(21) 사이의 연결지점에 배치될 수 있다. 이에, 제1쓰리웨이밸브(61)가 냉매루프(21) 상에서 외측 열교환기(35) 및 수냉식 열교환기(70) 사이에 배치될 수 있다. 제1쓰리웨이밸브(61)가 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구를 개방하도록 스위칭될 경우, 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73)를 통과한 냉매는 제1냉매 바이패스도관(25) 및 어큐뮬레이터(38)를 통해 압축기(32)로 흘러들어갈 수 있다. 즉, 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구가 제1쓰리웨이밸브(61)의 스위칭에 의해 개방될 때, 냉매는 외측 열교환기(35)를 바이패스할 수 있다. 제1쓰리웨이밸브(61)가 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구를 폐쇄하도록 스위칭될 경우, 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73)를 통과한 냉매는 제1냉매 바이패스도관(25)을 통과하지 않고, 외측 열교환기(35)로 흘러들어갈 수 있다. 즉, 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구가 제1쓰리웨이밸브(61)의 스위칭에 의해 폐쇄될 때, 냉매는 외측 열교환기(35)를 통과할 수 있다.
제어기(100)가 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a), 난방측 팽창밸브(16), 칠러측 팽창밸브(17), 압축기(32) 등의 개별적인 작동을 제어하도록 구성될 수 있고, 이를 통해 공조 서브시스템(11)은 제어기(100)에 의해 그 전체적인 작동이 제어될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어기(100)는 FATC(Full Automatic Temperature Control System)일 수 있다.
공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동할 때, 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a)가 개방되고, 냉매는 압축기(32), 내측 응축기(33), 난방측 팽창밸브(16), 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73), 외측 열교환기(35), 냉방측 팽창밸브(15), 증발기(31) 순으로 순환할 수 있다.
공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동할 때, 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a)가 폐쇄되고, 냉매는 압축기(32), 내측 응축기(33), 난방용 팽창밸브(16), 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73), 외측 열교환기(35), 칠러측 팽창밸브(17), 배터리칠러(37)의 제1통로(37a), 압축기(32) 순으로 순환할 수 있다. 한편, 공조 서브시스템(11)의 난방작동 시에, 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a)가 폐쇄되고 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구가 제1쓰리웨이밸브(61)의 스위칭에 의해 개방될 때, 냉매는 압축기(32), 내측 응축기(33), 난방용 팽창밸브(16), 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73), 압축기(32) 순으로 순환할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공조서브시스템(11)은 냉매루프(21)로부터 분기된 분기도관(26)을 더 포함할 수 있다. 분기도관(26)은 냉매루프(21) 상에서 난방측 팽창밸브(16) 및 수냉식 열교환기(70) 사이의 일측지점으로부터 분기되고, 분기도관(26)은 냉방측 팽창밸브(15)의 상류지점까지 연장될 수 있다. 개폐밸브(27)가 분기도관(26)에 개폐가능하게 배치될 수 있다. 공조서브시스템(11)의 난방 작동 도중에 승객실에 대한 제습이 요구될 때, 개폐밸브(27)가 개방됨에 따라 난방측 팽창밸브(16)로부터 수냉식 열교환기(70)로 흘러가는 냉매의 일부는 분기도관(26)을 거쳐 증발기(31)로 흘러갈 수 있고, 이에 증발기(31)로 유입된 냉매는 증발기(31)를 통과한 공기로부터 열을 흡수할 수 있으므로 승객실에 대한 난방 및 제습이 동시에 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공조서브시스템(11)은 차량의 후석을 향해 배치된 리어 공조케이스(130)를 더 포함할 수 있다. 리어 공조케이스(130)는 그 내부에 배치된 리어 증발기(131) 및 리어 PTC히터(134b)를 포함할 수 있다. 리어 증발기(131)는 증발기(31)에 대해 유체적으로 병렬 연결될 수 있고, 리어 PTC히터(134b)는 공기흐름 방향에서 리어 증발기(131)의 하류 측에 위치할 수 있다. 리어 냉방측 팽창밸브(115) 및 리어 개폐밸브(115a)가 리어 증발기(131)에 유체적으로 연결될 수 있다.
배터리 냉각서브시스템(12)은 배터리 냉각수루프(22)를 순환하는 배터리측 냉각수에 의해 배터리(41)를 냉각 내지 승온하도록 구성될 수 있다. 배터리 냉각수루프(22)는 배터리 라디에이터(43), 리저버탱크(48), 제1배터리펌프(44, first battery-side pump), 배터리칠러(37), 히터(42), 배터리(41), 제2배터리펌프(45, second battery-side pump), 및, 수냉식 열교환기(70)에 유체적으로 연결될 수 있다. 도 1에서, 배터리측 냉각수는 배터리 냉각수루프(22)를 통해 배터리 라디에이터(43), 리저버탱크(48), 제1배터리펌프(44, first battery-side pump), 배터리칠러(37), 히터(42), 배터리(41), 제2배터리펌프(45, second battery-side pump), 및, 수냉식 열교환기(70)를 순차적으로 흐를 수 있다.
배터리(41)는 그 내부 또는 외부에 배터리측 냉각수가 통과하는 냉각수통로를 가질 수 있고, 배터리 냉각수루프(22)가 배터리(41)의 냉각수통로에 유체적으로 연결될 수 있다.
히터(42)는 배터리칠러(37) 및 배터리(41) 사이에 배치될 수 있고, 히터(42)는 배터리 냉각수루프(22)를 순환하는 배터리측 냉각수를 가열함으로써 냉각수를 워밍업할 수 있다. 일 예에 따르면, 히터(42)는 전기 히터일 수 있다. 다른 예에 따르면, 히터(42)는 고온의 유체와 열교환에 의해 배터리측 냉각수를 가열하는 히터일 수 있다.
배터리 라디에이터(43)는 차량의 전방 그릴에 인접하게 배치될 수 있고, 배터리 라디에이터(43)는 냉각팬(75)에 의해 강제로 송풍되는 외기를 통해 냉각될 수 있다. 배터리 라디에이터(43)는 외측 열교환기(35)에 인접할 수 있다.
제1배터리펌프(44)는 배터리측 냉각수가 배터리 냉각수루프(22)의 적어도 일부를 따라 순환하도록 구성될 수 있고, 제2배터리펌프(45)는 배터리측 냉각수가 배터리 냉각수루프(22)의 적어도 일부를 따라 순환하도록 구성될 수 있다.
리저버탱크(48)는 배터리 라디에이터(43)의 출구 및 제2배터리펌프(45)의 입구 사이에 배치될 수 있다.
실시예에 따르면, 배터리 냉각수루프(22)는 제1연결도관(22c) 및 제2연결도관(22d)을 통해 연결된 제1냉각수도관(22a)과 제2냉각수도관(22b)을 포함할 수 있다. 제1냉각수도관(22a)은 배터리 라디에이터(43), 리저버탱크(48), 제1배터리펌프(44), 수냉식 열교환기(70)에 유체적으로 연결될 수 있고, 제2냉각수도관(22b)은 배터리칠러(37), 히터(42), 배터리(41), 제2배터리펌프(45)에 유체적으로 연결될 수 있다.
제1연결도관(22c)은 제1배터리펌프(44)의 하류지점과 배터리칠러(37)의 제2통로(37b)의 상류지점을 연결하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1연결도관(22c)의 입구는 제1배터리펌프(44)의 하류지점에 연결될 수 있고, 제1연결도관(22c)의 출구는 배터리칠러(37)의 제2통로(37b)의 상류지점에 연결될 수 있다.
제2연결도관(22d)은 제2배터리펌프(45)의 하류지점과 수냉식 열교환기(70)의 제2통로(72)의 상류지점을 연결하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제2연결도관(22d)의 입구는 제2배터리펌프(45)의 하류지점에 연결될 수 있고, 제2연결도관(22d)의 출구는 수냉식 열교환기(70)의 제2통로(72)의 상류지점에 연결될 수 있다.
제1배터리펌프(44)는 배터리 냉각수루프(22)의 제1냉각수도관(22a) 상에서 배터리 라디에이터(43)의 하류지점에 배치될 수 있다.
제2배터리펌프(45)는 배터리 냉각수루프(22)의 제2냉각수도관(22b) 상에서 배터리(41)의 하류지점에 배치될 수 있다.
제1배터리펌프(44) 및 제2배터리펌프(45)는 배터리(41)의 발열상태 및 충전조건, 공조 서브시스템(11)의 작동 조건 등에 따라 개별적이고 선택적으로 작동할 수 있다.
배터리 냉각서브시스템(12)은 제1 및 제2 연결도관(22c, 22d) 중에서 적어도 하나의 연결도관에 장착된 제2쓰리웨이밸브(62)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제2쓰리웨이밸브(62)가 제1연결도관(22c)의 출구에 배치될 수 있다. 즉, 제2쓰리웨이밸브(62)는 제1연결도관(22c)과 제2냉각수도관(22b)이 합류하는 지점에 배치될 수 있다.
제2쓰리웨이밸브(62)가 제1연결도관(22c)의 출구를 개방하도록 스위칭될 경우 제1냉각수도관(22a)은 제1연결도관(22c) 및 제2연결도관(22d)을 통해 제2냉각수도관(22b)에 유체적으로 연결될 수 있고, 이에 배터리측 냉각수는 제1냉각수도관(22a) 및 제2냉각수도관(22b)을 전체적으로 순환할 수 있다.
제2쓰리웨이밸브(62)가 제1연결도관(22c)의 출구를 폐쇄하도록 스위칭될 경우 제1냉각수도관(22a)은 제2냉각수도관(22b)에 대해 유체적으로 분리될 수 있고, 이에 냉매는 제1냉각수도관(22a) 및 제2냉각수도관(22b) 상에서 서로 독립적으로 순환할 수 있다. 구체적으로, 제2쓰리웨이밸브(62)가 제1연결도관(22c)의 출구를 폐쇄하도록 스위칭된 상태에서, 일부의 배터리측 냉각수가 제1배터리펌프(44)에 의해 제1냉각수도관(22a)을 독립적으로 순환함으로써 일부의 배터리측 냉각수는 배터리 라디에이터(43), 리저버탱크(48), 수냉식 열교환기(70)의 제2통로(72) 순으로 흐를 수 있고, 나머지의 배터리측 냉각수는 제2배터리펌프(45)에 의해 제2냉각수도관(22b)을 독립적으로 순환함으로써 나머지의 배터리측 냉각수는 배터리칠러(37)의 제2통로(37b), 히터(42), 배터리(41) 순으로 흐를 수 있다.
배터리 냉각서브시스템(12)은 배터리관리시스템(110, BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)에 의해 제어되도록 구성될 수 있다. 배터리관리시스템(110)은 배터리(41)의 상태를 모니터링하고, 배터리(41)의 온도가 설정온도 이상으로 높아질 경우 배터리(41)의 냉각을 실행하도록 구성될 수 있다. 배터리관리시스템(110)은 제어기(100)에 대해 배터리(41)의 냉각작동을 지시하는 명령을 전송할 수 있고, 이에 제어기(100)는 압축기(32)의 작동 및 칠러측 팽창밸브(17)의 개방을 제어할 수 있다. 배터리(41)의 냉각작동 도중에 공조 서브시스템(11)의 작동이 필요하지 않은 경우에는 제어기(100)는 냉방측 팽창밸브(15)의 폐쇄를 제어할 수 있다. 또한, 필요에 따라 배터리측 냉각수가 제1냉각수도관(22a) 및 제2냉각수도관(22b)을 선택적으로 흐르도록 배터리관리시스템(110)은 제1배터리펌프(44)의 작동, 제2배터리펌프(45)의 작동, 및 제2쓰리웨이밸브(62)의 스위칭을 제어할 수 있다.
파워트레인 냉각서브시스템(13)은 파워트레인 냉각수루프(23)를 순환하는 파워트레인측 냉각수에 의해 전기적 파워트레인의 전기모터(51a, 51b) 및 전장부품(52a, 52b, 52c)을 냉각하도록 구성될 수 있다. 파워트레인 냉각수루프(23)는 파워트레인 라디에이터(53), 리저버탱크(56), 파워트레인펌프(54, powertrain-side pump), 전장부품(52a, 52b, 52c), 전기모터(51a, 51b), 및 수냉식 열교환기(70)의 제1통로(71)에 유체적으로 연결될 수 있다. 도 1을 참조하면, 파워트레인측 냉각수는 파워트레인 냉각수루프(23)를 통해 파워트레인 라디에이터(53), 리저버탱크(56), 파워트레인펌프(54), 전장부품(52a, 52b, 52c), 전기모터(51a, 51b), 및 수냉식 열교환기(70)의 제1통로(71) 순으로 흐를 수 있다.
전기모터(51a, 51b)는 그 내부 또는 외부에 파워트레인측 냉각수가 통과하는 냉각수통로를 가질 수 있고, 파워트레인 냉각수루프(23)는 전기모터(51a, 51b)의 냉각수통로에 유체적으로 연결될 수 있다. 도 1을 참조하면, 전기모터(51a, 51b)는 전륜측 전기모터(51a) 및 후륜측 전기모터(51b)로 이루어질 수 있다.
전장부품(52a, 52b, 52c)은 전기모터(51)의 구동 등과 관련된 하나 이상의 전장부품일 수 있다. 전장부품(52a, 52b, 52c)은 그 내부 또는 외부에 냉각수가 통과하는 냉각수통로를 가질 수 있고, 파워트레인 냉각수루프(23)는 전장부품(52a, 52b, 52c)의 냉각수통로에 유체적으로 연결될 수 있다. 도 1을 참조하면, 전장부품(52a, 52b, 52c)들은 후륜측 인버터(52a), 전륜측 인버터(52b), OBC(On Board Charge)/LDC(52c)으로 이루어질 수 있다.
파워트레인 라디에이터(53)는 차량의 전방그릴에 인접하게 배치될 수 있고, 파워트레인 라디에이터(53)는 냉각팬(75)에 의해 강제로 송풍되는 외기를 통해 냉각될 수 있다. 외측 열교환기(35), 배터리 라디에이터(43), 파워트레인 라디에이터(53)는 차량의 전방 측에 서로 인접하게 배치될 수 있고, 이에 외측 열교환기(35), 배터리 라디에이터(43), 및 파워트레인 라디에이터(53)는 외기와 접촉함으로써 외기와 열교환할 수 있다. 냉각팬(75)은 외측 열교환기(35), 배터리 라디에이터(43), 파워트레인 라디에이터(53)의 후방 측에 배치될 수 있다. 그리고, 액티브에어플랩(88)이 차량의 전방 그릴을 개폐하도록 구성될 수 있고, 액티브에어플랩(88)이 개방됨에 따라 차량의 전방 그릴을 통해 외기가 외측 열교환기(35), 배터리 라디에이터(43), 파워트레인 라디에이터(53)와 직접적으로 접촉함으로써 외측 열교환기(35), 배터리 라디에이터(43), 파워트레인 라디에이터(53)는 외기와 직접적으로 열교환할 수 있다.
리저버탱크(56)가 파워트레인 라디에이터(53)의 하류 측에 배치될 수 있다. 특히, 리저버탱크(56)는 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 파워트레인 라디에이터(53)의 출구 및 파워트레인펌프(54) 사이에 배치될 수 있다.
파워트레인펌프(54)는 전기모터(51a, 51b) 및 전장부품(52a, 52b, 52c)의 상류 측에 배치될 수 있고, 파워트레인펌프(54)는 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 냉각수를 순환시키도록 구성될 수 있다.
파워트레인 냉각서브시스템(13)은 냉각수가 파워트레인 라디에이터(53)를 바이패스함을 허용하는 파워트레인 바이패스도관(55)을 더 포함할 수 있다. 파워트레인 바이패스도관(55)은 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 파워트레인 라디에이터(53)의 상류지점과 파워트레인 라디에이터(53)의 하류지점을 직접적으로 연결함으로써 파워트레인측 냉각수는 파워트레인 바이패스도관(55)을 통해 파워트레인 라디에이터(53)를 바이패스할 수 있다.
파워트레인 바이패스도관(55)의 입구는 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 파워트레인 라디에이터(53)의 입구 및 전기모터(51a, 51b)들 사이의 지점에 연결될 수 있다. 구체적으로, 파워트레인 바이패스도관(55)의 입구는 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 파워트레인 라디에이터(53)의 입구 및 수냉식 열교환기(70)의 제1통로(71) 사이의 지점에 연결될 수 있다. 파워트레인 바이패스도관(55)의 출구는 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 파워트레인 라디에이터(53)의 출구 및 리저버탱크(56) 사이의 지점에 연결될 수 있다.
파워트레인 냉각서브시스템(13)은 파워트레인 바이패스도관(55)의 입구에 배치된 제3쓰리웨이밸브(63)를 포함할 수 있다. 제3쓰리웨이밸브(63)가 파워트레인 바이패스도관(55)의 입구를 개방하도록 스위칭되면 파워트레인측 냉각수는 파워트레인 바이패스도관(55)을 통해 흘러감으로써 파워트레인측 냉각수는 파워트레인 라디에이터(53)를 바이패스할 수 있고, 이에 파워트레인측 냉각수는 수냉식 열교환기(70)의 제1통로(71), 파워트레인 바이패스도관(55), 리저버탱크(56), 파워트레인펌프(54), 전장부품(52a, 52b, 52c), 및 전기모터(51a, 51b) 순으로 순환할 수 있다. 제3쓰리웨이밸브(63)가 파워트레인 바이패스도관(55)의 입구를 폐쇄하도록 스위칭되면 파워트레인측 냉각수는 파워트레인 바이패스도관(55)으로 흘러가지 않고, 이에 파워트레인측 냉각수는 수냉식 열교환기(70)의 제1통로(71), 파워트레인 라디에이터(53), 리저버탱크(56), 파워트레인펌프(54), 전장부품(52a, 52b, 52c), 전기모터(51a, 51b) 순으로 흐를 수 있다.
제3쓰리웨이밸브(63)의 스위칭 및 파워트레인펌프(54)의 작동은 제어기(100)에 의해 제어될 수 있다.
전기모터(51a, 51b) 및 전장부품(52a, 52b, 52c) 등과 같은 파워트레인 컴포넌트, 배터리(41)는 차량이 일정거리를 주행하거나 충전이 이루어진 경우 발열량이 상대적으로 증가할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리시스템은 차량의 실내온도를 측정하는 내부 온도센서(81)와, 차량의 외부온도를 측정하는 외부 온도센서(82)와, 배터리(41)의 온도를 측정하는 배터리 온도센서(83)와, 배터리측 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수 온도센서(84)와, 냉매의 온도를 측정하는 냉매 온도센서(85)를 포함할 수 있다.
내부 온도센서(81)는 승객실 내에 배치됨으로써 실내온도를 실시간으로 측정할 수 있고, 내부 온도센서(81)에 의해 측정된 실내온도는 공조 서브시스템(11)의 최적 제어에 활용될 수 있다.
외부 온도센서(82)는 차량의 전방 그릴에 인접하게 배치됨으로써 차량의 외부온도를 측정할 수 있고, 외부 온도센서(82)에 의해 측정된 외부온도는 공조 서브시스템(11)의 최적 제어에 활용될 수 있다.
배터리 온도센서(83)는 배터리(41)에 장착됨으로써 배터리(41)의 온도를 측정할 수 있고, 배터리 온도센서(83)에 의해 측정된 배터리 온도(T1)는 배터리 냉각서브시스템(12)의 최적 제어에 활용될 수 있다.
냉각수 온도센서(84)는 배터리 냉각수루프(22) 상에서 배터리 냉각수의 흐름방향을 따라 배터리칠러(37)의 상류측에 배치될 수 있다. 이에, 냉각수 온도센서(84)는 배터리칠러(37)의 상류지점에서 배터리측 냉각수의 온도를 측정할 수 있다.
냉매 온도센서(85)는 냉매루프(21) 상에 냉매의 흐름방향 상에서 수냉식 열교환기(70) 및 제1쓰리웨이밸브(61) 사이에 배치될 수 있다. 이에, 냉매 온도센서(85)는 배터리칠러(37)의 상류지점 및 압축기(32)의 상류지점에서 냉매의 온도를 측정할 수 있다.
제어기(100)는 실내온도센서(81), 실외온도센서(82), 배터리 온도센서93), 냉각수 온도센서(84), 냉매 온도센서(85) 등을 이용하여 공조 서브시스템(11), 배터리 냉각서브시스템(12), 및 파워트레인 냉각서브시스템(13)의 작동을 적절히 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 온도 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 배터리(41)의 충전여부를 판단한다(S1). 차량의 내비게이션에서 충전소를 목적지로 지정하는 지의 여부 또는 차량의 충전도어를 개방여부를 검출함으로써 배터리(41)의 충전여부를 판단할 수 있다. 즉, 탑승자가 차량의 내비게이션에 충전소를 차량의 목적지로 지정하거나 차량의 충전도어를 개방할 경우 제어기(100)는 배터리(41)의 충전을 실행하는 것으로 판단할 수 있다.
S1단계에서 배터리(41)의 충전이 실행되는 것으로 판단되면 배터리 온도센서(83)에 의해 배터리 온도(T1)를 측정하고, 배터리관리시스템(110)에 의해 배터리(41)의 잔존용량(SOC, State Of Charge)을 측정 내지 예측한다(S2).
측정된 SOC 및 배터리 온도(T1)에 기초하여 배터리(41)의 충전 또는 급속충전에 최적화된 타겟온도(T)를 결정한다(S3). 타겟온도(T)는 SOC 및 배터리 온도에 기초한 타겟온도 포인트(target temperature point)이거나 타겟온도 레인지(target temperature range)일 수 있다. SOC, 배터리 온도(T1), 및 타겟온도(T) 사이의 관계는 다양한 테스트를 통해 룩업테이블(lookup table) 형태로 생성될 수 있고, 룩업테이블은 주어진 SOC 및 배터리 온도(T1)에 대응한 타겟온도(T)를 제공할 수 있으며, 룩업테이블은 제어기(100)의 메모리에 저장될 수 있다. 예컨대, SOC가 10~50%이고, 배터리 온도(T1)가 28℃인 경우, 타겟온도(T)는 30℃(타겟온도 포인트)이거나 25~35℃(타겟온도 레인지)일 수 있다.
공조 서브시스템(11)의 작동여부를 판단하고, 차량의 외부온도(TO) 및 배터리 온도(T1)를 비교하며, 배터리 온도(T1) 및 타겟온도(T)를 비교한다(S4).
공조 서브시스템(11)의 작동여부, 외부온도(TO) 및 배터리 온도(T1) 사이의 비교, 배터리 온도(T1) 및 타겟온도(T) 사이의 비교에 기초하여, 제어기(100)에 의해 공조 서브시스템(11) 및 배터리 냉각서브시스템(12)을 선택적으로 제어함으로써 배터리 냉각수루프(22)를 순환하는 배터리측 냉각수의 온도를 조절함(S5)으로써 배터리 온도를 제어할 수 있다.
도 3은 차량의 승객실에 대한 냉방여부를 판단하는 것을 포함한 차량용 배터리 온도 제어방법을 도시한 순서도이다. 예컨대, 여름철 등과 같이 차량의 외부온도가 설정된 기준온도 보다 상대적으로 높은 조건에서, 차량의 충전 도중에 공조 서브시스템(11)의 냉방작동 여부, 차량의 외부온도(TO) 및 배터리 온도(T1) 사이의 비교, 배터리 온도(T1) 및 타겟온도(T) 사이의 비교에 기초하여, 제어기(100)에 의해 공조 서브시스템(11)의 작동 및 배터리 냉각서브시스템(12)의 작동을 선택적으로 제어함으로써 배터리 냉각수루프(22)를 순환하는 배터리측 냉각수의 온도를 조절할 수 있다.
도 3을 참조하면, 배터리(41)에 대한 충전을 실행할지 여부를 판단한다(S11). 차량의 충전도어를 개방여부를 검출함으로써 배터리(41)에 대한 충전이 실행되는지 여부를 판단할 수 있다.
S11단계에서 배터리(41)의 충전이 실행되는 것으로 판단되면 배터리관리시스템(110)에 의해 배터리(41)의 잔존용량(SOC, State Of Charge)을 측정 내지 예측한다(S12).
측정된 배터리(41)의 SOC에 기초하여 배터리(41)의 충전 또는 급속충전을 위한 최적의 배터리 온도에 해당하는 타겟온도(T)를 결정한다(S13).
공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동하는 여부를 판단한다(S14).
S14단계에서 공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동하는 것으로 판단되면, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이하(T1≤T)인지를 판단한다(S15). 배터리 온도(T1)는 배터리 온도센서(83)에 의해 측정될 수 있다.
S15단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이하(T1≤T)인 것으로 판단되면, 배터리칠러(37)로 냉매가 유입됨을 차단하거나 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량을 최소화한다(S15-1).
일 예에 따르면, 칠러측 팽창밸브(17)를 완전히 폐쇄할 경우, 냉매가 배터리칠러(37)로 유입됨을 차단할 수 있고, 이에 반해 증발기(31)로 유입되는 냉매의 유량이 상대적으로 증가함으로써 증발기(31)에 의한 냉방성능이 최대성능을 유지할 수 있다.
다른 예에 따르면, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도를 최소개도로 유지함으로써 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량을 최소유량으로 유지할 수 있다. 최소유량은 배터리칠러(37)에 의해 냉각되는 배터리측 냉각수의 냉각성능을 최소화할 수 있는 유량일 수 있다. 특히, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 최소개도로 유지됨에 따라 냉방측 팽창밸브(15)를 통해 증발기(31)로 유입되는 냉매의 유량은 상대적으로 증가할 수 있고, 이에 증발기(31)에 의한 냉방성능이 상대적으로 증가할 수 있다.
냉매가 배터리칠러(37)로 유입되지 않거나 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량이 최소유량으로 유지될 때, 배터리칠러(37)에 의한 배터리측 냉각성능이 최소화될 수 있고, 그 이후에, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 실질적으로 동일한지를 판단한다(S17). 구체적으로, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 완전히 동일하거나 유사한지를 판단한다. 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 실질적으로 동일한 것으로 판단되면 제어기(100)는 배터리 온도(T1)가 배터리(41)의 충전에 최적화된 타겟온도(T)에 도달한 것으로 확인할 수 있다.
S15단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)를 초과한 것으로 판단되면(T1> T), 차량의 실내온도(TI)가 보정된 냉방요구온도(TK) 이하인지를 판단한다(S15-2). 보정된 냉방요구온도(TK)는 사용자가 직접 설정한 냉방요구온도(TS)에 보정값(a)이 더해진 값(TK = TS + ａ)일 수 있다. 즉, 보정된 냉방요구온도(TK)는 사용자가 설정한 냉방요구온도(TS) 보다 보정값(a) 만큼 높아진 온도이고, 차량의 실내온도(TI)를 보정된 냉방요구온도(TK)와 비교함으로써 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량을 조절할 수 있고, 이를 통해 배터리측 냉각수의 온도를 조절할 수 있다.
S15-2단계에서 차량의 실내온도(TI)가 보정된 냉방요구온도(TK) 이하인 것으로 판단되면, 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량을 최소유량 보다 상대적으로 증가시킨다(S15-3). 일 예에 따르면, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도를 최소개도 보다 상대적으로 일정값 만큼 증가시킴으로써 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량을 최소유량 보다 상대적으로 증가시킬 수 있다. 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 최소개도 보다 상대적으로 증가함에 따라 냉방측 팽창밸브(15)를 통해 증발기(31)로 유입되는 냉매의 유량은 상대적으로 감소할 수 있고, 이에 증발기(31)에 의한 냉방성능이 상대적으로 감소하므로 차량의 승객실에 대한 냉방이 희생될 수 있다. 다른 예에 따르면, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도를 차량의 실내온도(TI) 및 보정된 냉방요구온도(TK) 사이의 차이값에 기초하여 증가시킴으로써 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의유량을 상대적으로 증가시킬 수 있다. 본 발명의 제어방법은 S15-3단계 이후에 S14단계로 리턴된다.
S15-2단계에서 차량의 실내온도(TI)가 보정된 냉방요구온도(TK) 보다 높은 것으로 판단되면, 본 발명의 제어방법은 S14단계로 리턴된다.
상술한 바와 같이, 차량의 외부조건이 상대적으로 고온이고 공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동하는 조건에서, 배터리 온도(T1) 및 타겟온도(T) 사이의 비교에 기초하여 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량을 가변함으로써 배터리측 냉각수의 온도 및 배터리 온도(T1)를 조절할 수 있다.
S14단계에서 공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동하지 않는 것으로 판단되면, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)인지를 판단한다(S16).
S16단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상인(T1≥T) 것으로 판단되면, 차량의 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1) 미만(TO < T1)인 지를 판단한다(S16-1).
S16-1단계에서 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1) 미만인(TO < T1) 것으로 판단되면, 냉각팬(75)을 작동시킴과 동시에 배터리 냉각서브시스템(12)의 제1배터리펌프(44) 및 제2배터리펌프(45)를 작동시킴으로써 외기에 의해 배터리측 냉각수를 냉각한다(S16-2). 이에, 배터리측 냉각수가 외기와 열교환함(외기로 열을 방출함)으로써 배터리측 냉각수가 적정온도로 냉각될 수 있다. 추가적으로, 차량의 전방그릴에 위치한 액티브에어플랩(88)을 개방함으로써 외기가 배터리 라디에이터(43)와 직접적으로 접촉할 수 있고, 이에 배터리측 냉각수의 냉각성능이 보다 향상될 수 있다. 여름철 등과 같이 외부온도가 상대적으로 높은 조건에서 차량의 배터리를 충전할 경우, 차량은 주로 충전소 또는 주차장 등과 같이 실내공간에서 주차하므로 외부온도(TO)가 주행할 때에 비해 상대적으로 낮아질 수 있고, 이에 따라 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1) 보다 낮아질 수 있다. 이와 같이, 차량이 실내공간에서 주차할 때, 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1) 보다 상대적으로 낮은 경우, 배터리측 냉각서브시스템(12)의 제1배터리펌프(44) 및 제2배터리펌프(45), 냉각팬(75) 등을 적절히 이용함으로써 외기에 의해 배터리측 냉각수를 냉각할 수 있고, 이를 통해 공조 서브시스템(11)을 작동시키지 않으므로 그 소모동력을 절약할 수 있다.
S16-2단계 이후에, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 실질적으로 동일한 지 여부를 판단한다(S17). 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 완전히 동일하거나 유사한지를 판단한다. 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 실질적으로 동일한 것으로 판단되면 제어기(100)는 배터리 온도(T1)가 배터리(41)의 충전에 최적화된 타겟온도(T)에 도달한 것으로 확인할 수 있다.
S16-1단계에서 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1) 이상(TO ≥ T1)인 것으로 판단되면, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 실질적으로 동일한 지 여부를 판단한다(S17). 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 완전히 동일하거나 유사한지를 판단한다. 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 실질적으로 동일한 것으로 판단되면 제어기(100)는 배터리 온도(T1)가 배터리(41)의 충전에 최적화된 타겟온도(T)에 도달한 것으로 확인할 수 있다.
S16단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 미만인(T1<T) 것으로 판단되면, 배터리 냉각서브시스템(12)의 히터(42)를 작동시킴으로써 배터리측 냉각수를 히터(42)에 의해 가열하고(S16-3), 이에 배터리측 냉각수의 온도가 상대적으로 승온될 수 있다. 이와 같이, 차량의 외부온도가 상대적으로 높고 공조 서브시스템(11)이 작동하지 않는 조건일 때, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 보다 낮을 때, 배터리 냉각서브시스템(12)의 히터(42)에 의해 배터리측 냉각수의 온도를 상대적으로 승온시킴으로써 배터리 온도(T1)를 상대적으로 승온시킬 수 있다.
도 4는 도 3에 대한 변형실시예에 따른 차량용 배터리 온도제어방법을 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 배터리(41)에 대한 충전을 실행할지 여부를 판단한다(S21). 차량의 충전도어를 개방여부를 검출함으로써 배터리(41)에 대한 충전이 실행되는지 여부를 판단할 수 있다.
S21단계에서 배터리(41)의 충전이 실행되는 것으로 판단되면 배터리관리시스템(110)에 의해 배터리(41)의 잔존용량(SOC, State Of Charge)을 측정 내지 예측한다(S22).
측정된 배터리(41)의 SOC에 기초하여 배터리(41)의 충전 또는 급속충전을 위한 최적의 배터리 온도에 해당하는 타겟온도(T)를 결정한다(S23).
공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동하는 여부를 판단한다(S24).
S24단계에서 공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동하는 것으로 판단되면, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이하인지를 판단한다(S25). 배터리 온도(T1)는 배터리 온도센서(83)에 의해 측정될 수 있다.
S25단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이하(T1≤T)인 것으로 판단되면, 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량을 최소화함(S25-1)으로써 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량이 최소유량으로 유지될 수 있다. 최소유량은 배터리칠러(37)에 의해 냉각되는 배터리측 냉각수의 냉각성능을 최소화할 수 있는 유량일 수 있다. 구체적으로, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도를 최소개도로 유지함으로써 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량은 최소유량일 수 있다. 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 최소개도로 유지됨에 따라 냉방측 팽창밸브(15)를 통해 증발기(31)로 유입되는 냉매의 유량은 상대적으로 증가할 수 있고, 이에 증발기(31)에 의한 냉방성능이 최대로 증가할 수 있다.
배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량이 최소유량으로 유지될 때, 배터리칠러(37)에 의한 배터리측 냉각성능이 최소화될 수 있다. 그 이후에, 본 발명의 제어방법은 종료된다.
S25단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)를 초과한 것으로 판단되면(T1 > T), 차량의 실내온도(TI)가 보정된 냉방요구온도(TK) 이하인(TI ≤ TK(= TS + a))지를 판단한다(S25-2). 보정된 냉방요구온도(TK)는 사용자가 직접 설정한 냉방요구온도(TS)에 보정값(a)이 더해진 값(TK = TS + ａ)일 수 있다. 즉, 보정된 냉방요구온도(TK)는 사용자가 설정한 냉방요구온도 보다 보정값(a) 만큼 높아진 온도이고, 차량의 실내온도(TI)를 보정된 냉방요구온도(TK)와 비교함으로써 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량을 조절할 수 있고, 이를 통해 배터리측 냉각수의 온도를 조절할 수 있다.
S25-2단계에서 차량의 실내온도(TI)가 보정된 냉방요구온도(TK) 이하인 것으로 판단되면, 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량을 최소유량 보다 상대적으로 증가시킨다(S25-3). 구체적으로, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 최소개도 보다 상대적으로 일정값 만큼 증가함으로써 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량이 최소유량 보다 상대적으로 증가할 수 있다. 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 최소개도 보다 상대적으로 증가함에 따라 냉방측 팽창밸브(15)를 통해 증발기(31)로 유입되는 냉매의 유량은 상대적으로 감소할 수 있고, 이에 증발기(31)에 의한 냉방성능이 상대적으로 감소하므로 차량의 승객실에 대한 냉방이 희생될 수 있다. 본 발명의 제어방법은 S25-3단계 이후에 S24단계로 리턴된다.
S25-2단계에서 차량의 실내온도(TI)가 보정된 냉방요구온도(TK) 보다 높은 것으로 판단되면, 본 발명의 제어방법은 S24단계로 리턴된다.
상술한 바와 같이, 차량의 외부조건이 상대적으로 고온이고 공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동하는 조건에서, 배터리 온도(T1) 및 타겟온도(T) 사이의 비교에 기초하여 배터리칠러(37)로 유입되는 냉매의 유량을 가변함으로써 배터리측 냉각수의 온도 및 배터리 온도(T1)를 조절할 수 있다.
S24단계에서 공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동하지 않는 것으로 판단되면, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)인지를 판단한다(S26).
S26단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상인(T1≥T) 것으로 판단되면, 차량의 외부온도(To)가 배터리 온도(T1) 미만인(To < T1) 지를 판단한다(S26-1).
S26-1단계에서 외부온도(To)가 배터리 온도(T1) 미만인(To < T1) 것으로 판단되면, 냉각팬(75)을 작동시킴과 동시에 배터리 냉각서브시스템(12)의 제1배터리펌프(44) 및 제2배터리펌프(45)를 작동시킴으로써 배터리측 냉각수를 외기에 의해 냉각시킨다(S26-2). 구체적으로, 냉각팬(75), 제1배터리펌프(44), 및 제2배터리펌프(45)가 작동함에 따라 배터리측 냉각수가 외기와 열교환할 수 있고, 이에, 배터리측 냉각수는 외기로 열을 방출함으로써 배터리측 냉각수가 적정온도로 냉각될 수 있다. 추가적으로, 차량의 전방그릴에 위치한 액티브 에어플랩(미도시)을 개방함으로써 외기가 배터리 라디에이터(43)를 통과할 수 있고, 이에 배터리측 냉각수의 냉각성능이 보다 향상될 수 있다. 여름철 등과 같이 외부온도가 상대적으로 높은 조건에서 차량의 배터리를 충전할 경우, 차량은 주로 충전소 또는 주차장 등과 같이 실내공간에서 주차하므로 외부온도(TO)가 주행할 때에 비해 상대적으로 낮아질 수 있고, 이에 따라 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1) 보다 낮아질 수 있다. 이와 같이, 차량이 실내공간에서 주차할 때, 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1) 보다 상대적으로 낮은 경우, 배터리측 냉각서브시스템(12)의 제1배터리펌프(44) 및 제2배터리펌프(45), 냉각팬(75) 등을 적절히 이용함으로써 외기에 의해 배터리측 냉각수를 냉각할 수 있고, 이를 통해 공조 서브시스템(11)을 작동시키지 않으므로 그 소모동력을 절약할 수 있다.
S26-2단계 이후에, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이하인지(T1≤T)를 판단한다(S27). S27단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이하인 것으로 판단되면, 본 발명의 제어방법은 종료된다. S27단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)를 초과하면 본 발명의 제어방법은 S26-1단계로 리턴된다.
S26-1단계에서 외부온도(To)가 배터리 온도(T1) 이상인(To ≥ T1) 것으로 판단되면, 본 발명의 제어방법은 종료된다.
S26단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 보다 낮은(T1 < T) 것으로 판단되면, 배터리 냉각서브시스템(12)의 히터(42)를 작동시킴으로써 배터리측 냉각수를 히터(42)에 의해 가열한다(S26-3). 배너티측 냉각수가 히터(42)에 의해 가열됨으로써 배터리측 냉각수의 온도가 상대적으로 승온된다. 이와 같이, 차량의 외부온도가 상대적으로 높고 공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동하지 않으며 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 보다 낮을 때, 배터리 냉각서브시스템(12)의 히터(42)에 의해 배터리측 냉각수의 온도를 상대적으로 승온됨으로써 배터리 온도(T1)를 적절히 상승시킬 수 있다.
S26-3단계 이후에는 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)인지를 판단하고(S26-4), S26-4단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상이면 본 발명의 제어방법은 종료된다. S26-4단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 미만이면 S26-3단계로 리턴된다.
도 5는 차량의 승객실에 대한 난방여부를 판단하는 것을 포함한 차량용 배터리 온도 제어방법을 도시한 순서도이다. 예컨대, 겨울철 등과 같이 차량의 외부온도가 설정된 온도 보다 상대적으로 낮은 조건에서, 차량의 충전 도중에 공조 서브시스템(11)의 난방작동 여부, 외부온도(TO) 및 배터리 온도(T1) 사이의 비교, 배터리 온도(T1) 및 타겟온도(T) 사이의 비교에 기초하여, 제어기(100)에 의해 공조 서브시스템(11) 및 배터리 냉각서브시스템(12)을 선택적으로 제어함으로써 배터리측 냉각수루프(22)를 순환하는 배터리측 냉각수의 온도를 조절할 수 있다.
도 5를 참조하면, 배터리(41)에 대한 충전을 실행할지 여부를 판단한다(S31). 차량의 충전도어를 개방여부를 검출함으로써 배터리(41)에 대한 충전을 실행할지 여부를 판단할 수 있다.
S31단계에서 배터리(41)의 충전이 실행되는 것으로 판단되면 배터리관리시스템(110)에 의해 배터리(41)의 잔존용량(SOC, State Of Charge)을 측정 내지 예측한다(S32).
측정된 배터리(41)의 SOC에 기초하여 배터리(41)의 충전 또는 급속충전을 위한 최적의 배터리 온도에 해당하는 타겟온도(T)를 결정한다(S33).
공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동하는 여부를 판단한다(S34).
S34단계에서 공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동하는 것으로 판단되면, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)인지를 판단한다(S35).
S35단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)인 것으로 판단되면 본 발명의 제어방법을 종료한다. 이와 같이, 차량의 외부온도가 상대적으로 낮고 공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동할 때, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)이면, 제어기(100)는 배터리 온도(T1)가 배터리(41)의 충전에 최적화된 타겟온도(T) 이상인 것을 확인할 수 있다.
S35단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 미만인(T1<T) 것으로 판단되면 배터리측 냉각수의 온도(TB)가 냉매의 온도(TR) 이상(TB≥TR)인 지를 판단한다(S35-1). 배터리측 냉각수의 온도(TB)는 냉각수 온도센서(84)에 의해 배터리칠러(37)의 상류지점에서 측정될 수 있고, 냉매의 온도(TR)는 냉매 온도센서(85)에 의해 배터리칠러(37)의 상류지점에서 측정될 수 있다.
S35-1단계에서 배터리측 냉각수의 온도(TB)가 냉매의 온도(TR) 이상(TB≥TR)인 것으로 판단되면 배터리 냉각서브시스템(12)의 히터(42)를 작동시킴으로써 배터측 냉각수를 히터(42)에 의해 가열한다(S35-2). 이때, 공조 서브시스템(11)의 제1쓰리웨이밸브(61)가 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구를 개방하도록 스위칭함으로써 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73)를 통과한 냉매는 제1냉매 바이패스도관(25)을 통해 압축기(32)로 흘러들어갈 수 있다. 또한, 제2쓰리웨이밸브(62)가 제1연결도관(22c)의 출구를 폐쇄하도록 스위칭됨과 동시에 제2배터리펌프(45)가 작동함으로써 제1냉각수도관(22a)이 제2냉각수도관(22b)에 대해 유체적으로 분리될 수 있고, 배터리측 냉각수는 제1냉각수도관(22a)을 순환할 수 있다. 그리고, PTC히터(34b)는 사용자에 의해 설정된 난방요구온도에 부합하는 작동온도를 유지함으로써 공조 서브시스템(11)은 설정된 난방요구온도를 충족하도록 난방모드로 작동할 수 있다. 본 발명의 제어방법은 S35-2단계 이후에 S35단계로 리턴된다.
S35-1단계에서 배터리측 냉각수의 온도(TB)가 냉매의 온도(TR) 보다 낮은(TB < TR) 것으로 판단되면 공조 서브시스템(11)의 제1쓰리웨이밸브(61)가 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구를 폐쇄하도록 스위칭함과 동시에 제2배터리펌프(45)가 작동함으로써 상대적으로 고온인 냉매가 배터리측 냉각수를 가열한다(S35-3). 구체적으로, 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73)를 통과한 냉매는 외측 열교환기(35)를 통해 배터리칠러(37)의 제1통로(37a)로 흘러들어감으로써 배터리칠러(37)의 제2통로(37b)를 통과하는 배터리측 냉각수는 냉매로부터 열을 흡수할 수 있다. 즉, 배터리측 냉각수는 상대적으로 고온인 냉매에 의해 가열될 수 있다. 이와 같이, 배터리측 냉각수가 냉매에 의해 가열되므로 히터(42)가 작동할 필요가 없고, 이에 히터(42)의 소모전력이 낭비됨을 방지할 수 있다. 그리고, 냉매가 배터리칠러(37)에서 방열됨에 따라 공조 서브시스템(11)에 의한 난방성능이 상대적으로 저하되므로 PTC히터(34b)의 작동온도는 사용자에 의해 설정된 난방요구온도에 부합하도록 상대적으로 증가할 수 있지만, 제어기(100)는 PTC히터(34b)의 작동온도가 설정된 난방요구온도에 비례하여 증가함을 차단할 수 있고, 이를 통해 승객실로 흘러들어오는 공기의 온도가 상대적으로 낮아질 수 있다. 즉, 배터리측 냉각수의 온도(TB)가 냉매의 온도(TR) 보다 낮을 경우 승객실에 대한 난방이 희생될 수 있다. 이와 같이, 차량의 외부조건이 상대적으로 저온이고 공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동하는 조건에서, 배터리 온도(T1)와 타겟온도(T) 사이의 비교, 및 배터리측 냉각수의 온도(TB)와 냉매의 온도(TR) 사이의 비교에 기초하여 공조 서브시스템(11)의 일부 구성(제1쓰리웨이밸브(61))의 작동, 및 배터리 냉각서브시스템(12)의 일부 구성(제1배터리펌프(45), 히터(42))의 작동을 제어함으로써 배터리측 냉각수의 온도 및 배터리 온도(T1)를 적절히 조절할 수 있고, 특히 히터(42)의 작동을 정지하고 PTC히터(34b)의 작동온도를 상대적으로 낮춤으로써 그 소모전력을 절약할 수 있다.
본 발명의 제어방법은 S35-3단계 이후에는 S35-1단계로 리턴된다.
S34단계에서 공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동하지 않는 것으로 판단되면, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)인지를 판단한다(S36).
S36단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 미만(T1 < T)인 것으로 판단되면, 차량의 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1)를 초과하는(TO > T1) 것인지를 판단한다(S36-1). 겨울철 등과 같이 외부온도가 상대적으로 낮을 때 차량의 배터리를 충전할 경우, 차량은 주로 충전소 또는 주차장 등과 같이 실내공간에서 주차하므로 외부온도(TO)가 주행할 때에 비해 상대적으로 높아질 수 있다.
S36-1단계에서 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1)를 초과하는(TO > T1) 것으로 판단되면, 냉각팬(75)을 작동시킴과 동시에 배터리 냉각서브시스템(12)의 제1배터리펌프(44) 및 제2배터리펌프(45)를 작동시킴으로써 외기에 의해 배터리측 냉각수를 가열한다(S36-2). 즉, 배터리측 냉각수가 외기와 열교환함(외기로 열을 흡수함)으로써 배터리측 냉각수가 적정온도로 가열될 수 있다. 이와 같이, 외기에 의해 배터리측 냉각수가 가열되므로 히터(42)가 작동할 필요가 없고, 이에 히터(42)의 소모전력이 낭비됨을 방지할 수 있다. 추가적으로, 차량의 전방그릴에 위치한 액티브 에어플랩(미도시)을 개방함으로써 외기가 배터리 라디에이터(43)를 통과할 수 있고, 이에 배터리측 냉각수의 가열성능이 보다 향상될 수 있다. 이때, 파워트레인 냉각서브시스템(13)의 파워트레인펌프(54)를 작동시킴으로써 배터리측 냉각수는 전기모터(51a, 51b) 및 전장부품(52a, 52b, 52c) 등과 같은 파워트레인 컴포넌트의 폐열을 수냉식 열교환기(70)를 통해 흡수할 수 있다. 이에, 배터리측 냉각수의 가열성능이 향상됨으로써 배터리 온도를 신속하게 상승시킬 수 있다. 겨울철 등과 같이 외부온도가 상대적으로 낮은 조건에서 차량의 배터리를 충전할 경우, 차량은 주로 충전소 또는 주차장 등과 같이 실내공간에서 주차하므로 외부온도(TO)가 주행할 때에 비해 상대적으로 높아질 수 있고, 이에 따라 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1) 보다 높아질 수 있다. 이와 같이, 차량이 실내공간에서 주차할 때, 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1) 보다 상대적으로 높은 경우, 배터리측 냉각서브시스템(12)의 제1배터리펌프(44) 및 제2배터리펌프(45), 냉각팬(75) 등을 적절히 이용함으로써 외기에 의해 배터리측 냉각수를 냉각할 수 있고, 이를 통해 공조 서브시스템(11) 및 히터(42)를 작동시키지 않으므로 그 소모동력을 절약할 수 있다.
S36-2단계 이후에, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 실질적으로 동일한 지 여부를 판단한다(S37). 구체적으로, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 완전히 동일하거나 유사한지를 판단한다. 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 실질적으로 동일한 것으로 판단되면 제어기(100)는 배터리 온도(T1)가 배터리(41)의 충전에 최적화된 타겟온도(T)에 도달한 것으로 확인할 수 있다.
S36-1단계에서 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1) 이하(TO ≤ T1)인 것으로 판단되면, 배터리 냉각서브시스템(12)의 히터(42)를 작동시킴으로써 배터리측 냉각수의 온도를 히터(42)에 의해 가열한다(S36-3). 이와 같이, 차량의 외부온도가 상대적으로 낮고 공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동하지 않으며 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이하일 때, 배터리 냉각서브시스템(12)의 히터(42)에 의해 배터리측 냉각수를 가열함으로써 배터리 온도(T1)를 상대적으로 승온시킬 수 있다.
S36-3단계 이후에, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 실질적으로 동일한 지 여부를 판단한다(S37). 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 완전히 동일하거나 유사한지를 판단한다. 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T)와 실질적으로 동일한 것으로 판단되면 제어기(100)는 배터리 온도(T1)가 배터리(41)의 충전에 최적화된 타겟온도(T)에 도달한 것으로 확인할 수 있다.
S36단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1 ≥ T)인 것으로 판단되면, 본 발명의 제어방법을 종료한다.
도 6은 도 5에 대한 변형실시예에 따른 차량용 배터리 온도제어방법을 도시한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 배터리(41)에 대한 충전을 실행할지 여부를 판단한다(S41). 차량의 충전도어를 개방여부를 검출함으로써 배터리(41)에 대한 충전을 실행할지 여부를 판단할 수 있다.
S41단계에서 배터리(41)의 충전이 실행되는 것으로 판단되면 배터리관리시스템(110)에 의해 배터리(41)의 잔존용량(SOC, State Of Charge)을 측정 내지 예측한다(S42).
측정된 배터리(41)의 SOC에 기초하여 배터리(41)의 충전 또는 급속충전을 위한 최적의 배터리 온도에 해당하는 타겟온도(T)를 결정한다(S43).
공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동하는 여부를 판단한다(S44).
S44단계에서 공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동하는 것으로 판단되면, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)인지를 판단한다(S45).
S45단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)인 것으로 판단되면 본 발명의 제어방법이 종료된다.
S45단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 보다 낮은(T1<T) 것으로 판단되면 배터리측 냉각수의 온도(TB)가 냉매의 온도(TR) 이상(TB≥TR)인 지를 판단한다(S45-1). 배터리측 냉각수의 온도(TB)는 냉각수 온도센서(84)에 의해 배터리칠러(37)의 상류지점에서 측정될 수 있고, 냉매의 온도(TR)는 냉매 온도센서(85)에 의해 배터리칠러(37)의 상류지점에서 측정될 수 있다.
S45-1단계에서 배터리측 냉각수의 온도(TB)가 냉매의 온도(TR) 이상(TB≥TR)인 것으로 판단되면 배터리 냉각서브시스템(12)의 히터(42)를 작동시킴으로써 히터(42)에 의해 배터리측 냉각수를 가열한다(S45-2). 이때, 공조 서브시스템(11)의 제1쓰리웨이밸브(61)가 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구를 개방하도록 스위칭함으로써 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73)를 통과한 냉매는 제1냉매 바이패스도관(25)을 통해 압축기(32)로 흘러들어갈 수 있다. 또한, 제2쓰리웨이밸브(62)가 제1연결도관(22c)의 출구를 폐쇄하도록 스위칭됨과 동시에 제2배터리펌프(45)가 작동함으로써 제1냉각수도관(22a)이 제2냉각수도관(22b)에 대해 유체적으로 분리될 수 있고, 배터리측 냉각수는 제1냉각수도관(22a)을 순환할 수 있다. 그리고, PTC히터(34b)는 사용자에 의해 설정된 난방요구온도에 부합하는 작동온도를 유지함으로써 공조 서브시스템(11)은 설정된 난방요구온도를 충족하도록 난방모드로 작동할 수 있다. 본 발명의 제어방법은 S45-2단계 이후에 S45단계로 리턴된다.
S45-1단계에서 배터리측 냉각수의 온도(TB)가 냉매의 온도(TR) 보다 낮은(TB < TR) 것으로 판단되면 제1냉매 바이패스도관(25)의 입구를 폐쇄하도록 공조 서브시스템(11)의 제1쓰리웨이밸브(61)를 스위칭함과 동시에 제2배터리펌프(45)를 작동시킴으로써 상대적으로 고온인 냉매에 의해 배터리측 냉각수를 가열한다(S45-3). 구체적으로, 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73)를 통과한 냉매는 외측 열교환기(35)를 통해 배터리칠러(37)의 제1통로(37a)로 흘러들어가고, 배터리칠러(37)의 제2통로(37b)를 통과하는 배터리측 냉각수는 냉매로부터 열을 흡수할 수 있다. 이에 배터리측 냉각수는 냉매에 의해 상대적으로 가열될 수 있다. 그리고, 냉매가 배터리칠러(37)에서 방열됨에 따라 공조 서브시스템(11)에 의한 난방성능이 상대적으로 저하되므로 PTC히터(34b)의 작동온도는 사용자에 의해 설정된 난방요구온도에 부합하도록 상대적으로 증가할 수 있지만, 제어기(100)는 PTC히터(34b)의 작동온도가 설정된 난방요구온도에 비례하여 증가함을 차단할 수 있고, 이를 통해 승객실로 흘러들어오는 공기의 온도가 상대적으로 저하될 수 있다. 즉, 배터리측 냉각수의 온도(TB)가 냉매의 온도(TR) 보다 낮을 경우 승객실에 대한 난방이 희생될 수 있다. 이와 같이, 차량의 외부조건이 상대적으로 저온이고 공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동하는 조건에서, 배터리 온도(T1)와 타겟온도(T) 사이의 비교, 및 배터리측 냉각수의 온도(TB)와 냉매의 온도(TR) 사이의 비교에 기초하여 공조 서브시스템(11)의 일부 구성(제1쓰리웨이밸브(61))의 작동, 및 배터리 냉각서브시스템(12)의 일부 구성(제1배터리펌프(45), 히터(42))의 작동을 제어함으로써 배터리측 냉각수의 온도 및 배터리 온도(T1)를 조절할 수 있다.
본 발명의 제어방법은 S45-3단계 이후에는 S45-1단계로 리턴된다.
S44단계에서 공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동하지 않는 것으로 판단되면, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)인지를 판단한다(S46).
S46단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 미만(T1 < T)인 것으로 판단되면, 차량의 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1)를 초과하는(TO > T1) 것인지를 판단한다(S46-1). 겨울철 등과 같이 외부온도가 상대적으로 낮을 때 차량의 배터리를 충전할 경우, 차량은 주로 충전소 또는 주차장 등과 같이 실내공간에서 주차하므로 외부온도(TO)가 주행할 때에 비해 상대적으로 높아질 수 있다.
S46-1단계에서 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1)를 초과하는(TO > T1) 것으로 판단되면, 냉각팬(75)을 작동시킴과 동시에 배터리 냉각서브시스템(12)의 제1배터리펌프(44) 및 제2배터리펌프(45)를 작동시킴으로써 외기에 의해 배터리측 냉각수를 가열한다(S46-2). 즉, 배터리측 냉각수가 외기와 열교환함(외기로 열을 흡수함)으로써 배터리측 냉각수가 적정온도로 가열될 수 있다. 이와 같이 배터치그 냉각수가 외기에 의해 가열될 수 있으므로 히터(42)를 작동할 필요가 없고, 이에 히터(42)의 소모전력이 낭비됨을 방지할 수 있다. 추가적으로, 차량의 전방그릴에 위치한 액티브 에어플랩(미도시)을 개방함으로써 외기가 배터리 라디에이터(43)를 통과할 수 있고, 이에 배터리측 냉각수의 가열성능이 보다 향상될 수 있다. 이때, 파워트레인 냉각서브시스템(13)의 파워트레인펌프(54)를 작동시킴으로써 배터리측 냉각수는 전기모터(51a, 51b) 및 전장부품(52a, 52b, 52c) 등과 같은 파워트레인 컴포넌트의 폐열을 수냉식 열교환기(70)를 통해 흡수할 수 있다. 이에, 배터리측 냉각수의 가열성능이 향상됨으로써 배터리 온도를 신속하게 상승시킬 수 있다. 이와 같이, 차량의 외부조건이 상대적으로 저온이고 공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동하는 조건에서, 배터리 온도(T1)와 타겟온도(T) 사이의 비교, 및 배터리측 냉각수의 온도(TB)와 냉매의 온도(TR) 사이의 비교에 기초하여 공조 서브시스템(11)의 일부 구성(제1쓰리웨이밸브(61))의 작동, 및 배터리 냉각서브시스템(12)의 일부 구성(제1배터리펌프(45), 히터(42))의 작동을 제어함으로써 배터리측 냉각수의 온도 및 배터리 온도(T1)를 적절히 조절할 수 있고, 특히 PTC히터(34b)의 작동온도를 상대적으로 낮고, 히터(42)의 작동을 정지함으로써 그 소모전력을 절약할 수 있다.
S46-2단계 이후에, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)인지를 판단한다(S47). 차량의 외부온도가 상대적으로 낮고 공조 서브시스템(11)이 작동하지 않으며, 차량의 외부온도가 배터리 온도 보다 높을 때, 배터리측 냉각수가 외기에 의해 열을 충분히 흡수할 경우, 제어기(100)는 배터리 온도(T1)가 배터리(41)의 충전에 최적화된 타겟온도(T) 이상인 것을 확인할 수 있다.
S46-1단계에서 외부온도(TO)가 배터리 온도(T1) 이하(TO ≤ T1)인 것으로 판단되면, 배터리 냉각서브시스템(12)의 히터(42)를 작동시킴으로써 히터(42)에 의해 배터리측 냉각수를 가열한다(S46-3). 이와 같이, 차량의 외부온도가 상대적으로 낮고 공조 서브시스템(11)이 작동하지 않으며 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이하일 때, 배터리 냉각서브시스템(12)의 히터(42)에 의해 배터리측 냉각수를 가열함으로써 배터리 온도(T1)를 상대적으로 승온시킬 수 있다.
S46-3단계 이후에, 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1≥T)인지를 판단한다(S47). 차량의 외부온도가 상대적으로 낮고 공조 서브시스템(11)이 작동하지 않으며, 차량의 외부온도가 배터리 온도이하일 때, 배터리측 냉각수가 히터(42)에 의해 열을 충분히 흡수할 경우, 제어기(100)는 배터리 온도(T1)가 배터리(41)의 충전에 최적화된 타겟온도(T) 이상인 것을 확인할 수 있다.
S46단계에서 배터리 온도(T1)가 타겟온도(T) 이상(T1 ≥ T)인 것으로 판단되면, 본 발명의 제어방법을 종료한다.
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.
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.
11: 공조 서브시스템 12: 배터리 냉각서브시스템
13: 파워트레인 냉각서브시스템 15: 냉방측 팽창밸브
16: 난방측 팽창밸브 21: 냉매루프
22: 배터리 냉각수루프 23: 파워트레인 냉각수루프
30: 공조덕트 31: 증발기
32: 압축기 33: 내측 응축기
35: 외측 열교환기 36: 분기도관
37: 배터리칠러 41: 배터리
42: 히터 43: 배터리 라디에이터
44: 제1배터리펌프 45: 제2배터리펌프
48: 리저버탱크 51a, 51b: 전기모터
52a, 52b, 52c: 전장부품 53: 파워트레인 라디에이터
54: 파워트레인펌프 56: 리저버탱크
61: 쓰리웨이밸브 70: 수냉식 열교환기
81: 내부 온도센서 82: 외부 온도센서
83: 배터리 온도센서 84: 냉각수 온도센서
85: 냉매 온도센서

Claims (9)

  1. 배터리의 충전 시에, 배터리 온도 및 배터리의 SOC를 측정하고,
    상기 측정된 배터리 온도 및 배터리의 SOC를 기초로 배터리의 충전을 위한 타겟온도를 결정하고,
    상기 공조 서브시스템의 작동여부, 외부온도 및 배터리 온도 사이의 비교, 측정된 배터리온도 및 배터리 타겟온도 사이의 비교에 기초하여 공조 서브시스템 및 배터리 냉각서브시스템 중에서 적어도 하나의 작동을 제어함으로써 배터리측 냉각수의 온도를 조절하고,
    상기 공조 서브시스템은 냉매가 순환하는 냉매루프를 가지며, 상기 배터리 냉각서브시스템은 배터리측 냉각수가 순환하는 배터리측 냉각수루프를 가진 차량용 배터리 온도 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    차량의 외부온도가 설정된 온도 보다 높은 조건에서, 상기 공조 서브시스템이 냉방모드로 작동할 때,
    상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 이하인지를 판단하고,
    상기 배터리 온도가 타겟온도 이하인 것으로 판단되면, 배터리칠러로 유입되는 냉매의 유량을 최소유량으로 유지하고,
    상기 배터리칠러는 상기 냉매루프를 순환하는 냉매 및 상기 배터리측 냉각수루프를 순환하는 배터리측 냉각수 사이에서 열을 전달하도록 구성된 차량용 배터리 온도 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리 온도가 상기 타겟온도를 초과할 때, 차량의 실내온도가 보정된 냉방요구온도 이하인지를 판단하고,
    상기 실내온도가 상기 보정된 냉방요구온도 이하인 것으로 판단되면, 배터리칠러로 유입되는 냉매의 유량을 최소유량 보다 상대적으로 증가시키며,
    상기 보정된 냉방요구온도는 사용자에 의해 설정된 냉방요구온도에 보정값이 더해진 값인 차량용 배터리 온도 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량의 외부온도가 설정된 온도 보다 높은 조건에서, 상기 공조 서브시스템이 냉방모드로 작동하지 않을 때,
    상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 이상인 지를 판단하고,
    상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 미만인 것으로 판단되면 배터리측 냉각수를 가열하도록 상기 배터리 냉각서브시스템의 히터를 제어하는 차량용 배터리 온도 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 이상인 것으로 판단되면 상기 차량의 외부온도가 상기 배터리 온도 미만인 지를 판단하며,
    상기 차량의 외부온도가 상기 배터리 온도 미만인 것으로 판단되면, 외기에 의해 배터리측 냉각수를 냉각하도록 상기 배터리 냉각서브시스켐의 작동을 제어하는 차량용 배터리 온도 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    차량의 외부온도가 설정된 온도 보다 낮은 조건에서, 상기 공조 서브시스템이 난방모드로 작동하고 상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 미만일 때,
    배터리측 냉각수의 온도가 냉매의 온도 이상인 지를 판단하고,
    상기 배터리측 냉각수의 온도가 상기 냉매의 온도 이상인 것으로 판단되면 배터측 냉각수를 가열하도록 상기 배터리 냉각서브시스템의 히터를 제어하는 차량용 배터리 온도 제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 배터리측 냉각수의 온도가 상기 냉매의 온도 보다 낮은 것으로 판단되면 냉매에 의해 배터리측 냉각수를 가열하도록 상기 공조 서브시스템의 작동을 제어하는 차량용 배터리 온도 제어방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량의 외부온도가 설정된 온도 보다 낮은 조건에서, 상기 공조 서브시스템이 난방모드로 작동하지 않고 상기 배터리 온도가 상기 타겟온도 미만일 때,
    상기 차량의 외부온도가 배터리 온도를 초과하는 것인지를 판단하고,
    상기 차량의 외부온도가 배터리 온도를 초과하는 것으로 판단되면, 외기에 의해 배터리측 냉각수를 가열하도록 상기 배터리 냉각서브시스템의 작동을 제어하는 차량용 배터리 온도 제어방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량의 외부온도가 상기 배터리 온도 이하인 것으로 판단되면, 배터리측 냉각수를 가열하도록 상기 배터리 냉각서브시스템의 히터를 제어하는 차량용 배터리 온도 제어방법.
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