KR101047413B1 - 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치 및 방법 - Google Patents

전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차의 재운행 시간을 설정한 후, 배터리 충전시 발생하는 열 및 그 주변의 잠열을 차량의 초기 시동시 실내로 공급하여 냉난방 성능을 극대화시킬 수 있도록 한 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 다수의 배터리 셀이 배열 저장된 배터리 케이스의 입구측에 장착되는 블로워와; 상기 배터리의 주변에 설치되는 배터리 온도 유지용 열교환기와; 상기 배터리 충방전 시간과, 블로워의 온/오프, 열교환기의 온/오프 제어를 위한 제어부와; 상기 배터리 충방전 시간 및 차량의 주행 시간을 입력하는 입력부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치 및 방법을 제공한다.
Figure R1020090110683
전기자동차, 배터리, 충전, 실내, 냉난방, 열교환기

Description

전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치 및 방법{Air-conditioning device and method using battery charging control of electric vehicle}
본 발명은 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차의 재운행 시간을 설정한 후, 배터리 충전시 발생하는 열 및 그 주변의 잠열을 차량의 초기 시동시 실내로 공급하여 냉난방 성능을 극대화시킬 수 있도록 한 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치 및 방법에 관한 것이다.
전기모터만을 이용하여 주행하는 순수 전기자동차, 그리고 내연기관과 전기모터를 포함하는 두 종류 이상의 동력을 이용하여 주행하는 하이브리드 자동차는 연비 향상 및 배기가스 저감 등을 실현할 수 있는 친환경 미래형 차량이라 하겠다.
이러한 전기자동차 및 하이브리드 차량에는 전기모터 및 DC/DC 컨버터 등의 구동을 위한 에너지원으로 고전압 배터리가 탑재되어 있고, 주행시 회생제동에 의 하여 자체 충전되기도 한다.
최근에는 차량의 주행 동력으로 전기력을 더 극대화시킨 플러그 인 하이브리드 자동차이 개발되고 있으며, 이 플러그인 하이브리드 차량은 전기 배터리 힘만으로 장거리까지 운행하고, 그 뒤에는 기존 가솔린 연료를 이용한 엔진으로 주행을 한다.
플러그 인 하이브리드 또는 전기자동차에 탑재된 배터리 전력이 소진되는 경우, 일반 가정용 전원으로 소정 시간 이상 충전하면, 마치 휴대전화를 충전하여 사용하는 것과 같이 다시 주행을 할 수 있다.
이러한 플러그 인 하이브리드 또는 전기자동차의 충전 과정은 첨부한 도 에 도시된 바와 같이, 차체의 일측 및 타측에 형성된 저속 및 고속 충전포트에 가정용 전원(예를 들어, 심야전기)을 사용하는 충전 플러그를 꼿아서 일정시간 동안 충전이 진행되는 과정과, 배터리의 만충전이 이루어지면 추가의 충전없이 현재 충전량을 유지시키는 과정으로 이루어진다.
이렇게 차량의 주행 전에 배터리에 대한 100% 충전이 종료되어, 차량은 언제든지 주행을 할 수 있는 준비 상태가 된다.
상기와 같은 전기자동차용 배터리 충전시, 배터리에서 열이 발생되는 바, 열발생을 방지하는 별도의 냉각 및 과열 보호 수단들이 구비되어 있지만, 배터리 주변의 열이 쉽게 배출되지 못하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전기자동차의 재운행 시간을 설정한 후, 재운행 시간 전에 전기자동차의 배터리 충전이 이루어지도록 하되, 1차 및 2차 충전 과정을 구분하여 주행 직전에 충전시 배터리에서 발생된 열로 배터리 주변의 유체를 예열 또는 냉각하여 실내로 유입되도록 함으로써, 차량의 주행 초기 냉난방 성능을 향상시킬 수 있도록 한 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치 및 방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예로서, 다수의 배터리 셀이 배열 저장된 배터리 케이스의 입구측에 장착되는 블로워와; 상기 배터리의 주변에 설치되어 배터리에서 발생된 열과 열교환하는 열교환기와; 상기 배터리 충방전 시간과, 블로워의 온/오프, 열교환기의 온/오프 제어를 위한 제어부와; 상기 배터리 충방전 시간 및 차량의 주행 시간을 입력하는 입력부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 블로워의 단수 조절을 위하여 배터리 온도 및 실내 온도를 감지하는 온도센서가 더 포함된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 열교환기의 유체 통로내에는 열전소자가 더 부착된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예로서, 전기자동차의 배터리 충전시, 자동차의 주행 시점을 설정하는 단계와; 주행 시점 이전에 만충전이 이루어지는 배터리의 충전 시간을 1차 및 2차 충전 시간으로 설정하는 단계와; 배터리에 대한 1차 충전이 이루어짐과 동시에 배터리의 1차 충전시 발생되는 열이 1차로 축열되는 단계와; 배터리에 대한 2차 충전으로 만충전이 이루어짐과 동시에 배터리의 2차 충전시 발생되는 열이 2차로 축열되는 단계와; 차량의 시동시, 1차 및 2차 축열된 열이 배터리 주변의 열교환기와의 열교환을 한 후, 실내로 공급되어 초기 주행시의 냉난방이 이루어지는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 배터리 케이스내로 유입되는 차가운 외부공기가 1차 및 2차 축열된 열과 열교환한 열교환기를 통과하여, 온도 상승되면서 실내로 유입되어 난방이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 배터리 케이스내로 유입되는 더운 외부공기가 1차 및 2차 축열된 열을 빼앗은 열교환기의 열전소자(펠티어 소자)의 흡열측을 통과하여, 온도 하강되면서 실내로 유입되어 냉방이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 별도의 보조 냉/난방 장치 없이, 설정된 주행 시간내에 이루어지는 배터리 충전 단계를 시간별로 1차 및 2차 단계로 조정하여, 차량의 운행 초기 냉방/난방 성능을 향상시킬 수 있다.
즉, 전기자동차의 재운행(주행) 시간을 미리 설정한 후, 설정된 주행시간 이전에 전기자동차의 배터리 충전이 1차 및 2차 충전 과정을 구분하여 진행함과 더불어 주행 직전에 배터리 충전시 발생된 열로 외기를 예열 또는 냉각하여, 주행 직후 실내로 유입되도록 함으로써, 차량의 주행 초기 실내 냉난방 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 탑재되는 배터리의 충전 단계를 1차 및 2차로 구별하여 만충전시킴에 따라, 배터리 사용 시간(내구성)을 증대할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충전 과정을 설명하는 개략도이다.
전기자동차 또는 하이브리드 차량에는 주행모터 구동을 위하여 다수의 셀로 이루어진 배터리(10) 모듈이 탑재되어 있고, 이 배터리들은 소정의 배터리 케이스(12)내에 일정한 정렬 상태를 이루며 설치되어 있다.
상기 배터리 케이스(12)의 일측 및 타측에는 각각 공기유입구(14) 및 공기배출구(16)가 형성되어 있는 바, 이 공기유입구(14)에는 외기 흡입을 위한 블로워(18)가 장착되어 있다.
상기 블로워(18)의 구동으로 배터리 케이스(12)내에 외기를 유입시키는 이유는 배터리(10)의 충방전시 배터리 셀에서 발열하는 현상으로 인하여 각 배터리 셀의 온도가 서로 달라지는 동시에 각 셀의 온도에 따라 충방전 성능이 달라지므로, 배터리 셀을 적정의 작동온도(예를들어, 25~40℃ 범위)로 냉각시키기 위함에 있다.
본 발명에 따르면, 각 배터리 셀에서 발생되는 발열량을 실내 냉난방에 이용하고자, 상기 배터리 케이스(12)의 공기배출구(16)를 실내쪽과 연결되는 덕트(20)와 연결하게 되고, 배터리 케이스(12)내에서 외기가 통과하는 배터리(10) 주변 위치에 열교환기(22)를 설치하게 된다.
또한, 본 발명의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치는 배터리(10)의 충방전 시간 및 차량의 주행 예정시간을 입력하는 입력부(24)와, 배터리 온도 및 실내외 온도를 감지하는 온도센서(26,27,28)를 포함하고, 상기 입력부(24)와 온도센서(26,27,28)의 신호에 따라 상기 배터리(10)의 충방전 시간, 블로워(18)의 온/오프 및 단수, 열교환기(22)의 온/오프 등을 제어하는 제어부(30)를 포함한다.
또한, 외기가 통과하는 상기 열교환기(22)의 유체 통로내에 펠티어 소자와 같은 열전소자(미도시됨)가 더 부착된다.
상기 열전소자는 두 금속 사이에 에너지 흐름의 불연속 현상이 발생하여 기전력이 발생하면, 이 기전력에 의해 한쪽 금속은 차가운 상태(흡열측)가 되고, 다 른 한쪽 금속은 차가워진 금속이 열을 빼앗긴 만큼 열을 발생(발열측)시키는 펠티어 효과를 갖는 것으로서, 상기 열교환기(22)의 유체 통로내에 설치되어 외기를 냉방을 위해 냉각시키는 역할을 하게 된다.
상기와 같은 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 방법을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 방법을 설명하는 순서도이다.
전기자동차의 운행을 마친 후, 먼저 배터리의 충방전 시간 및 차량의 주행 예정시간을 입력하는 입력부(24: 예를 들어, 차량내 계기조작 스위치류, 무선 시동키, 이동통신 가능한 기기 등)를 이용하여 자동차의 재주행 시점을 설정하고, 배터리의 충전 시간을 1차 및 2차로 구분하여 입력한다.
이에, 상기 제어부(30)의 충전 제어에 의거, 전기자동차의 재주행 시간 이전에 배터리에 대한 1차 및 2차 충전이 이루어져 배터리의 만충전이 이루어지는 바, 예를 들어 1차 충전을 배터리 충전량이 일정량이 되도록 우선 실시하고, 이후 2차 충전으로 만충전이 이루어지도록 한다.
이때, 상기 배터리(10)에 대한 1차 충전이 이루어짐과 동시에 배터리(10)의 1차 충전시 발생되는 열이 배터리 케이스(12)내에 1차로 축열되고, 상기 배터리(10)에 대한 2차 충전으로 만충전이 이루어짐과 동시에 배터리(10)의 2차 충전시 발생되는 열이 배터리 케이스(12)내에 2차로 축열되어, 배터리 케이스(12)내로 유입되는 외기와 열교환을 하게 된다.
보다 상세하게는, 배터리 온도를 측정하는 온도센서(26) 및 외기온 측정센서(27)의 검출 결과, 동절기와 같이 배터리 케이스(12)내로 유입되는 외부공기가 0℃ 이하 또는 배터리 온도 이하로 차가운 상태이면, 상기 제어부(30)에서 열교환기(22)를 가동시키게 되고, 따라서 1차 및 2차 축열된 열이 열교환기(22)와 열교환을 하게 되어, 결과적으로 열교환기(22)를 통과한 외부공기는 온도 상승되면서 실내로 유입되어 난방이 이루어지게 된다.
이와 같이, 동절기시 전기자동차의 초기 시동과 동시에 난방이 이루어져, 전기자동차의 초기 난방 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 하절기시 실내온도가 냉방을 필요로 하는 온도(예를 들어, 30℃ 이상)로 검출되면, 상기 제어부(30)에서 열교환기(22)를 가동시키는 동시에 열교환기(22)의 유체통로에 설치된 열전소자에 전류가 인가된다.
따라서, 상기 배터리 케이스(12)내로 유입되는 더운 외부공기가 1차 및 2차 축열된 열을 빼앗은 열교환기(22)의 열전소자(펠티어 소자)의 흡열측 즉, 축열된 열을 흡열하여 차가워진 상태의 흡열측 금속을 통과하여, 그 온도가 하강되면서 실내로 유입되어 냉방이 이루어지게 된다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 전기자동차의 재운행(주행) 시간을 미리 설정한 후, 설정된 주행시간 이전에 배터리 충전이 1차 및 2차 충전 과정을 구분하여 진행함과 더불어 주행 직전에 배터리 충전시 발생된 열을 축열하여 외기를 예열 또는 냉각시켜, 주행 직후 실내로 유입되도록 함으로써, 차량의 주행 초기 실내 냉난방 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 탑재되는 배터리의 충전 단계를 1차 및 2차로 구별하여 만충전시킴에 따라, 배터리 사용 시간(내구성)을 증대시킬 수 있다.
한편, 실내 냉난방을 위한 차량의 주행 시간을 설정하지 않고, 충전 단계를 별도로 설정할 수 있는 바, 도 3의 순서도에서 보는 바와 같이 경제형 또는 긴급형 충전모드를 선택하여, 차량 주행 이전에 2개 단계 이상으로 단계적으로 진행되는 경제형 충전이 이루어지도록 하거나, 빠른 재주행을 원하는 경우에는 배터리 급속 만충전이 진행되는 긴급형 충전이 이루어지도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 장치를 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충전 과정을 설명하는 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 방법을 설명하는 순서도,
도 4는 종래의 전기자동차용 배터리 충전 과정을 설명하는 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 배터리
12 : 배터리 케이스
14 : 공기유입구
16 : 공기배출구
18 : 블로워
20 : 덕트
22 : 열교환기
24 : 입력부
26 : 배터리 온도센서
27 : 외기온 센서
28 : 실내온도센서
30 : 제어부

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 전기자동차의 배터리 충전시, 자동차의 주행 시점을 설정하는 단계;
    주행 시점 이전에 만충전이 이루어지는 배터리의 충전 시간을 1차 및 2차 충전 시간으로 설정하는 단계;
    배터리에 대한 1차 충전이 이루어짐과 동시에 배터리의 1차 충전시 발생되는 열이 1차로 축열되는 단계;
    배터리에 대한 2차 충전으로 만충전이 이루어짐과 동시에 배터리의 2차 충전시 발생되는 열이 2차로 축열되는 단계;
    차량의 시동시, 1차 및 2차 축열된 열이 배터리 주변의 열교환기와의 열교환을 한 후, 실내로 공급되어 초기 주행시의 냉난방이 이루어지는 단계;
    로 이루어지며,
    상기 배터리 케이스내로 유입되는 차가운 외부공기가 1차 및 2차 축열된 열과 열교환한 열교환기를 통과하여, 온도 상승되면서 실내로 유입되어 난방이 이루어지고,
    상기 배터리 케이스내로 유입되는 더운 외부공기가 1차 및 2차 축열된 열을 빼앗은 열교환기의 열전소자(펠티어 소자)의 흡열측을 통과하여, 온도 하강되면서 실내로 유입되어 냉방이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 충전 제어를 이용한 실내 냉난방 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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