KR101679927B1

KR101679927B1 - 전기자동차용 냉각 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101679927B1
Application number: KR1020140175974A
Authority: KR
Inventors: 정태희; 정태영; 이무연; 서재형
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사; 동아대학교 산학협력단
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-12-06
Also published as: KR20160069848A; US20160159246A1; CN105667298B; US9796292B2; DE102015216489A1; CN105667298A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 전력변환부품, 모터, 라디에이터와 전자식 워터펌프를 구비하여 상기 전력변환부품의 냉각을 수행하는 냉각부를 포함하는 전기자동차용 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각부와 연동하여 차량의 공조를 수행하는 공조부; 상기 공조부를 통해 들어오는 공기의 온도를 감지하는 온도 감지부; 상기 냉각부에 흐르는 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수 온도 감지부; 및 목표 공기유량 및 목표 냉각수 유량을 산출하여 상기 냉각부의 냉각을 제어하는 냉각 제어 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

전기자동차용 냉각 시스템 및 그 방법{System for cooling in electric vehicle and method thereof}

본 발명은 전기자동차용 냉각 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 라디에이터 팬 속도와 전자식 워터펌프 구동속도를 자동 조절하여 냉각시스템의 효율 향상 및 소비전력을 절감시킬 수 있는 기술이다.

일반적으로 전기자동차는 나날이 심각해져 가는 대기오염을 방지하기 위한 대비책과 한정된 유체 에너지를 새로운 에너지원으로 대체하고자 하는 목적에서 개발된 것으로, 배터리의 전원으로 모터를 구동시켜 일정 차속 이상의 주행성을 확보하여 이동수단으로서의 역할을 담당하고 있다.

이러한 전기 자동차는 전기 에너지를 발생시키는 배터리와 배터리에서 발생하는 전기 에너지를 모터로 공급하는 모터구동시스템으로 구성된다.

전기자동차의 모터구동시스템은 인버터, 컨버터, 모터제어유닛, 모터, OBC 등 전력변환부품으로 구성되며 이러한 전력변환부품들은 고온의 열을 발생시키는 장비로서 OBC는 충전시에 발열되고 인버터, 컨버터, 모터제어유닛, 모터는 주행 및 전장품 작동 시 발열된다.

이러한 발열은 전력변환부품들의 성능 및 수명에 악영향을 미치므로, 냉각시스템을 구비하여 발열을 해소하고 있다.

종래에는 전자장치 내부 다수의 온도센서를 통해 전자식 워터펌프의 출력 유량 값을 결정하고 전자장치의 불충분한 냉각을 방지하거나, 모터의 동작을 제어하는 모터 컨트롤 유닛에 의하여 전기펌프의 동작이 제어되어 기존 메인 컨트롤 유닛에 작용하는 부하를 분산시키고 모터 컨트롤 유닛에 의해 전기 펌프가 제어되지 않는 경우 메인 컨트롤 유닛에 의하여 전기펌프를 제어하는 기술 등이 있다.

이러한 종래 기술들은 효과적인 냉각제어에 대해 개시하고 있으나 과냉각으로 인한 소비전력 증가 문제를 고려하지 않고 있다.

본 발명의 실시예는 요구 냉각수 유량과 요구 공기 풍량을 계산하여 라디에이터 냉각팬 속도와 전자식 워터 펌프의 구동속도를 자동조절하여 냉각 효율을 향상시키고 소비전력을 절감시킬 수 있는 전기자동차용 냉각 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.

또한, 상기 공조부를 통해 들어오는 공기의 풍속을 감지하는 풍속 감지부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 풍속 감지부는 상기 공조부의 입력단에 구비할 수 있다.

또한, 상기 온도 감지부는, 상기 공조부의 입력단에 구비할 수 있다.

또한, 상기 온도 감지부는, 상기 공조부와 상기 라디에이터 사이에 구비할 수 있다.

또한, 상기 냉각수 온도 감지부는, 상기 라디에이터의 입력측에 구비되는 제 1 냉각수 온도센서; 및 상기 라디에이터의 출력측에 구비되는 제 2 냉각수 온도센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각수 온도 감지부는, 상기 전자식 워터펌프의 출력측에 구비되는 제 1 냉각수 온도센서; 상기 모터의 출력측에 구비되는 제 2 냉각수 온도센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각 제어 컨트롤러는, 상기 전력변환부품의 온도가 미리 정한 안전온도 이상이고 주행모드인 경우 라디에이터 입구측 냉각수 물성치, 상기 라디에이터 입구측과 출구측의 온도차, 상기 전력변환부품의 발열량을 이용하여 상기 목표 냉각수 유량을 산출하고, 상기 목표 냉각수 유량에 따라 상기 전자식 워터펌프의 RPM을 결정할 수 있다.

또한, 상기 냉각 제어 컨트롤러는, 상기 전자식 워터펌프의 현재 RPM이 최대값이거나, 상기 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우 상기 목표 공기 유량을 산출하여 상기 목표 공기 유량에 따라 상기 라디에이터의 팬의 레벨을 제어할 수 있다.

또한, 상기 냉각 제어 컨트롤러는, 라디에이터 입구측 냉각수 물성치, 상기 공조부로 들어오는 공기의 풍속 및 온도, 상기 라디에이터 입구측의 냉각수 온도, 상기 전력변환부품의 발열량을 이용하여 상기 목표 공기 유량을 산출할 수 있다.

또한, 상기 냉각 제어 컨트롤러는, 라디에이터 입구측 냉각수 물성치, 상기 라디에이터와 상기 공조부 사이의 중간온도, 상기 전력변환부품의 발열량, 상기 라디에티어의 입구측의 냉각수 온도를 이용하여 상기 목표 공기 유량을 산출할 수 있다.

또한, 상기 냉각 제어 컨트롤러는, 상기 전자식 워터펌프의 현재 RPM이 최대값이거나, 상기 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우 상기 라디에이터 팬의 레벨을 제 1 레벨로 설정한 후, 상기 전력변환 부품 온도 또는 상기 라디에이터의 출구측 냉각수 온도가 증가하는 경우 상기 라디에이터의 팬의 레벨을 제 2 레벨 로 설정할 수 있다.

본 발명에 따른 전기자동차용 냉각 방법은 공조부, 전력변환부품, 모터, 라디에이터와 전자식 워터펌프를 구비하여 상기 전력변환부품의 냉각을 수행하는 냉각부를 포함하는 전기자동차용 냉각 시스템의 냉각 방법에 있어서, 상기 전력변환부품의 온도가 안전온도 이상이고 주행모드 상태인지를 판단하는 단계; 상기 전력변환부품의 온도가 안전온도 이상이고 주행모드 상태이면 목표 냉각수 유량을 산출하여 상기 목표 냉각수 유량에 따라 상기 전자식 워터펌프의 구동을 제어하는 단계; 및 상기 전자식 워터펌프가 최대로 구동되거나 상기 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우 상기 라디에이터의 팬을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 라디에이터의 팬을 제어하는 단계는, 상기 라디에이터 입구측 냉각수 물성치, 상기 공조부로 들어오는 공기의 풍속 및 온도, 상기 라디에이터 입구측의 냉각수 온도, 상기 전력변환부품의 발열량을 이용하여 상기 목표 공기 유량을 산출하는 단계; 및 상기 목표 공기 유량을 이용하여 상기 라디에이터 팬의 레벨을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 라디에이터의 팬을 제어하는 단계는, 상기 라디에이터 입구측 냉각수 물성치, 상기 라디에이터와 상기 공조부 사이의 중간온도, 상기 전력변환부품의 발열량, 상기 라디에티어의 입구측의 냉각수 온도를 이용하여 상기 목표 공기 유량을 산출하는 단계; 및 상기 목표 공기 유량을 이용하여 상기 라디에이터 팬의 레벨을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 라디에이터의 팬을 제어하는 단계는, 상기 전자식 워터펌프의 현재 RPM이 최대값이거나, 상기 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우인지를 판단하는 단계; 상기 전자식 워터펌프의 현재 RPM이 최대값이거나, 상기 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우 상기 라디에이터 팬의 레벨을 제 1레벨로 설정하는 단계; 및 상기 전력변환 부품 온도 또는 상기 라디에이터의 출구측 냉각수 온도가 증가하는 경우 상기 라디에이터의 팬의 레벨을 제 2 레벨로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 기술은 전기자동차용 냉각 시스템의 과냉각을 방지하여 냉각 효율을 향상시키고 소비전력을 절감시키며 전력변환부품들의 성능 및 수명을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉작 제어 조건을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 냉각 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 냉각 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 단일의 라디에이터 및 전자식 워터펌프가 장착되고 인버터, 모터, 모터제어유닛, OBC 등으로 이루어진 전기자동차의 구동시스템에서 전력변환부품을 효율적으로 냉각시키는 제어 기술을 개시한다.

또한, 본 발명은 전력부품의 흡열량과 라디에이터 팬의 방열량이 동일하다는 열평형 개념을 바탕으로 냉각 제어 기술을 개시한다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 구성도이다. 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 A/C 컨덴서(10)와 라디에이터(1) 사이의 냉각용량에서 A/C 컨덴서(10)의 발열량을 빼주어 라디에이터의 실제 발열량을 계산하도록 한다. 즉 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 A/C 컨덴서(10) 발열량을 이용하여 라디에이터(1) 공기측 냉각용량을 계산하고 냉각수측 냉각용량을 계산한다.

이를 위해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 냉각부(8), 배터리(9), 공조부(13), 냉각수온도센서(14), 풍속센서(17), 외기온도 센서(18), 냉매온도센서(19), 냉각팬 제어부(15a), 전자식 워터펌프 제어부(15b), 냉각 제어 컨트롤러(161)를 포함한다.

냉각부(8)는 라디에이터(radiator;1), 냉각팬(fan;2), 레저버(reservoir;3), 전자식 워터펌프(water pump;4), 전력변환부(5), 모터(6), OBC(on-board charger;7)를 구비한다.

라디에이터(1)는 엔진 주변을 순환하는 냉각수가 공기의 흐름에 의해 냉각되는 관을 의미한다.

냉각팬(2)은 라디에이터(1)와 연결되어 날개바퀴를 돌려 공기 등의 기체를 움직여 라디에이터(1)가 냉각수를 냉각시키는 것을 돕기 위해 방열판으로 공기를 끌어들인다.

레저버(3)는 냉각수 탱크로써 일정량의 냉각수가 남겨진다. 전자식 워터펌프(4)는 냉각수를 강제로 순환시키기 위한 펌프이다.

전력변환부(5)는 전기를 제어하는 EPCU(electronic power control unit)로서 인버터, 컨버터, 모터 제어 유닛, 고전압 분배기 등을 포함한다.

모터(6)는 전기자동차를 구동시킨다.

OBC(7)는 탑재형 충전기로서 배터리(9)의 충전을 수행한다.

배터리(9)는 전기를 충전 또는 방전한다.

공조부(13)는 에어컨 및 히터를 제어하여 차량 내 냉방, 난방, 제습 등을 쾌적한 상태로 제어하여 차량 실내 공간을 쾌적한 상태로 유지시킨다. 공조부(13)는 A/C 컨덴서(Condenser;10), 증발기(evaporator ;11), FATC(Full Automatic Temperature Control ;12)를 포함한다.

A/C 컨덴서(10)는 냉각팬(2)과 더불어 공기를 응축한다.

증발기(11)는 저온·저압으로 감압된 액체 냉매를 유입하여 주위의 공간 또는 피냉각 물체와 열교환시킴으로써 액체증발에 의한 열흡수로 냉동하는 기기이다.

FATC(12)는 전자동 온도조절장치로서 송풍방향, 송풍량, 실내온도 및 외기온도의 유입상태를 자동으로 조절하여 외부 상태에 관계없이 쾌적한 실내공간을 유지시킨다.

냉각수온도센서(14)는 라디에이터(1)로 입력되는 냉각수와 라디에이터(1)에서 출력되는 냉각수의 온도를 센싱한다. 이를 위해, 냉각수온도센서(14)는 라디에이터(1)의 입구 및 출구에 구비된다.

풍속센서(17)는 입력되는 외부 공기의 풍속을 센싱하고 외기온도 센서(18)는 입력되는 외부 공기의 외기온도를 센싱한다. 이를 위해, 풍속센서(17) 및 외기온도 센서(18)는 A/C 컨덴서(10)의 앞단에 구비되어 A/C 컨덴서(10)를 통과하기 전의 공기의 풍속 및 온도를 센싱한다.

냉매온도센서(19)는 A/C 컨덴서(10)에 입력되는 냉매와 출력되는 냉매의 온도를 센싱하기 위해 A/C 컨덴서(10)의 입구 및 출구측에 구비된다.

냉각팬 제어부(15a)는 냉각 제어 컨트롤러(161)의 제어하에 냉각팬(20)의 구동을 제어한다.

전자식 워터펌프 제어부(15b)는 냉각 제어 컨트롤러(161)의 제어하에 전자식 워터펌프(4)의 구동을 제어한다.

냉각 제어 컨트롤러(161)는 전력변환부품(5)의 현재 온도가 안전온도 이상인지를 판단하고 현재 온도가 안전온도 이상인 경우 현재 차량의 주행모드 여부를 판단하여 차량이 주행모드가 아닌 경우 전자식 워터펌프(5)의 RPM을 최소치로 설정하여 전자식 워터펌프(5)를 최소한으로 구동시킨다. 한편 차량 주행모드인 경우에는 냉각 제어 컨트롤러(161)가 전력변환부품(5)의 발열량(Q_Heat _value)을 산출한다.

또한, 냉각제어 컨트롤러(161)는 전력변환부품(5)의 온도가 미리 정한 안전온도 이상이고 주행모드인 경우 라디에이터 입구측 냉각수 물성치(

), 라디에이터 입구측과 출구측의 온도차, 전력변환부품의 발열량(Q_Heat _value), 컨덴서의 발열량(Q_condenser)을 이용하여 목표 냉각수 유량(V_Rad _{, in,air})을 산출하고, 목표 냉각수 유량에 따라 전자식 워터펌프의 RPM을 결정한다

이때, 목표 냉각수 유량(V_Rad _, _in _, _air)은 아래 수학식 1을 통해 산출된다.

상기 수학식 1에서 Cp는 J/kg·K 단위로 비열을 의미하고, ρ는 kg/m3 단위로 밀도를 의미하며, 비열과 밀도값은 라디에이터 물성치 값으로 미리 정한 실험치를 이용할 수 있다. T_Rad _, _in _, _water는 라디에이터 입구측 냉각수 온도를 의미하고 T_{Rad,out,water}는 라디에이터 출구측 냉각수 온도를 의미한다.

또한, 냉각제어 컨트롤러(161)는 전자식 워터펌프의 현재 RPM이 최대값이거나, 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우 상기 목표 공기 유량을 산출하여 목표 공기 유량에 따라 라디에이터(1)의 팬(2)의 레벨을 제어한다. 이때, 목표 공기 유량(V_in _, _air _, _goal)은 아래 수학식 2를 참조하여 산출한다.

Q_heat _value는 발열량을 의미하고, Qcondenser는 콘덴서 발열량이고, T_in _, _air는 외기온도를 의미하고 V_in _, _air는 풍속을 의미하며 T_Rad _, _in _, _water는 라이데이터 입구측 냉각수온도를 의미하고 C_p는 비열, ρ는 밀도를 의미한다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 구성도이다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 A/C 컨덴서(10)를 통과하는 공기온도 정보를 직접 전달받아 라디에이터(1)의 공기측 냉각용량을 직접 계산하고 A/C 컨덴서(10)의 영향도를 고려한다. 즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 라디에이터(1)의 전면 공기온도를 이용하여 공기측 냉각 용량을 계산하고 냉각수측 냉각용량을 계산한다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 도 1에서 온도센서(18)의 위치가 A/C 컨덴서(10)의 출력단, 즉 A/C 컨덴서(10)와 라디에이터(1) 사이에 위치하여 A/C 컨덴서(10)를 통과한 외부공기의 온도를 센싱한다. 또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 냉매온도센서(19)를 구비하지 않는다.

냉각 제어 컨트롤러(162)는 본 발명의 제 1 실시예에서와 동일한 수학식 1로 목표 냉각수 유량을 산출한다. 다만, 목표 공기 유량을 산출함에 있어, A/C 컨덴서(10)와 라디에이터(1)의 사이의 중간온도(T_m)를 이용한다는 점에서 차이가 있다.

냉각 제어 컨트롤러(162)는 라디에이터 입구측 냉각수 물성치(

), 라디에이터와 상기 공조부 사이의 중간온도(T_m), 전력변환부품의 발열량, 라디에티어의 입구측의 냉각수 온도(

)를 이용하여 목표 공기 유량(V_in _, _air _, _goal)을 산출한다.

냉각 제어 컨트롤러(162)는 아래 수학식 3와 같이 목표 공기 유량을 산출한다.

나머지 구성은 도 1과 동일하므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 구성도이다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 냉각수측 냉각용량만을 고려하여 냉각을 제어한다. 이에, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 풍속센서(17), 온도센서(18), 냉매온도 센서(19)를 구비하지 않는다.

냉각 제어 컨트롤러(163)는 냉각제어 컨트롤러(161)와 같이 수학식 1을 통해 목표 냉각수 유량을 산출하나, 목표 공기 유량을 산출하지 않고 라디에이터 팬을 제어한다.

즉, 냉각 제어 컨트롤러(163)는 전자식 워터펌프(5)의 현재 RPM이 최대값이거나, 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우인지를 판단하고, 전자식 워터펌프의 현재 RPM이 최대값이거나, 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우 상기 라디에이터 팬의 레벨을 제 1레벨로 설정하고, 전력변환 부품 온도 또는 라디에이터의 출구측 냉각수 온도가 증가하는 경우 상기 라디에이터의 팬의 레벨을 ”제 2 레벨로 설정한다.

그외 나머지 구성은 도 1과 동일하므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 구성도이다. 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 냉각수측 냉각용량만을 고려하여 냉각시스템을 제어하기 위한 것으로, 냉각수측 냉각용량 계산 시 전력변한 부품부(ePCU;5), 모터(6) 이외 구간 및 장치의 냉각용량을 알 수 없을 경우의 냉각수 온도 센서(14)의 위치를 변경한 예이다.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템은 도 3의 제 3 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템과 그 구성이 동일하고 냉각수 온도 센서(14)의 위치만 달라진다

즉, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 냉각수 온도 센서(14)는 전자식 워터펌프(4)의 출력단과 모터(6)의 출력단에 구비된다. 냉각 제어 컨트롤러(164)는 냉각 제어 컨트롤러(163)와 그 구성이 동일하고 나머지 구성은 도 3과 동일하므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 냉각 제어 방법을 설명하기로 한다.

먼저, 냉각 제어 컨트롤러(161)는 풍속 센서(17), 온도센서(18), 냉매온도 센서(19), 냉각수 온도센서(14) 등에서 센싱된 값들로부터 입력변수를 추출한다(S101).

냉각 제어 컨트롤러(161)는 전력변환부품의 온도가 미리 정한 안전온도이상인지를 판단한다(S102).

상기 과정 S102에서 전력변환부품부(5)의 온도가 미리 정한 안전온도 미만이면 냉각이 불필요하므로 냉각 제어 컨트롤러(161)는 전자식 워터펌프(EWP)의 RPM(revolutions per minute)을 "0"으로 설정하도록 전자식 워터펌프 제어부(15b)를 제어한다(S103).

한편, 상기 과정 S102에서 전력변환부품부(5)의 온도가 미리 정한 안전온도 이상이면 냉각이 필요한 상태이므로 냉각 제어 컨트롤러(161)는 냉각제어를 위해 현재 차량이 주행모드인지를 판단한다(S104). 차량이 주행모드인 경우 전력변환부품부(5)가 구동중이므로 냉각제어를 수행해야 하고 차량이 주행모드가 아닌 경우 전력변환부품부(5)가 구동 정지 중이므로 최소한의 냉각제어를 수행하는 것으로 무방하다.

즉, 전력변환부품부(5)의 온도가 미리 정한 안전온도 이상인데 차량이 주행모드가 아닌 경우는 차량이 주행하다가 멈춘 경우 전력변환부품부(5)에 잔존열이 남아 있을 수 있어, 최소한의 냉각제어를 수행한다. 이에, 냉각 제어 컨트롤러(161)는 전력변환부품부(5)의 온도가 미리 정한 안전온도 이상인데 차량이 주행모드가 아닌 경우 전자식 워터펌프(4)의 RPM을 최소값으로 설정하도록 전자식 워터펌프 제어부(15b)를 제어한다(S105).

한편, 상기 과정 S104에서 차량이 주행모드인 경우에 냉각 제어 컨트롤러(161)는 냉각제어를 위해 전력변환부품(5)의 발열량을 산출한다(S106). 이때, 발열량(Q_Heat _value)은 미리 실험치로 산출되거나 일반적인 방식으로 산출될 수 있다.

그 후, 냉각 제어 컨트롤러(161)는 상술한 수학식 1을 통해 목표 냉각수 유량(V_Rad _, _in _, _air)을 산출한다(S107).

이어서, 냉각 제어 컨트롤러(161)는 산출된 목표 냉각수 유량(_Vin _, _air)을 이용하여 전자식 워터펌프(4)의 RPM을 결정한다(S108).

그 후, 냉각 제어 컨트롤러(161)는 현재 전자식 워터펌프(4)의 RPM이 최대값이거나, 라디에이터(1)의 출구측 냉각수 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우인지를 판단한다(S109). 이때, 라디에이터 출구측 냉각수 온도에 대한 최대 요구 온도는 사양별로 미리 정해진 값을 이용할 수 있다. 상기 과정 S109에서 전자식 워터펌프(4)의 RPM이 최대값인 경우는 전자식 워터펌프(4)를 최대로 구동하고 있는 경우를 의미한다. 즉, 전자식 워터펌프(4)를 최대로 구동하고 있거나 라디에이터(1)의 출구측 냉각수 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우인 경우 냉각 제어 컨트롤러(161)는 전자식 워터펌프(4)의 구동만으로 냉각이 정상적으로 이루어지지 않는 것으로 판단하고, 라디에이터(1)의 팬을 추가로 동작시키기 위해 상기 과정 S109를 판단한다.

상기 과정 S109에서 어느 하나의 조건을 만족하지 않는 경우 냉각 제어 컨트롤러(161)는 라디에이터 팬(2)의 레벨을 "0"으로 설정하여 라디에이터 팬(2)을 구동시키지 않는다.

반면 상기 과정 S109에서 어느 하나의 조건을 만족하는 경우, 냉각 제어 컨트롤러(161)는 상술한 수학식 2를 이용하여 목표 공기 유량(V_in _, _air _, _goal)을 산출한다(S111).

이와 같이 산출된 목표 공기유량을 이용하여 냉각 제어 컨트롤러(161)는 라디에이터 팬의 레벨을 결정한다(S112).

상기 과정 S111에서 목표 공기 유량(V_in _, _air _, _goal)을 산출할 때, 본 발명의 제 1 실시예에서는 수학식 2와 같이, A/C 컨덴서(10)의 입구측의 풍속센서(17)에 의한 풍속(V_in _, _air), A/C 컨덴서(10)의 입추측의 온도센서(18)에 의한 외기온도(T_in _, _air)를 이용하여 목표 공기 유량을 산출한다.

그런데, 본 발명의 제 2 실시예에서는 수학식 2 대신에 상술한 수학식 3을 이용하여 목표 공기 유량(V_in _, _air _, _goal)을 산출한다. 즉, 본 발명의 제 2 실시예에서는 풍속, 외기온도 대신에 A/C 컨덴서(10)와 라디에이터(1)의 중간온도(T_M)을 이용하여 목표 공기 유량을 산출한다. 이때, 중간온도(T_M)은 A/C 컨덴서(10)와 라디에이터(1) 사이에 구비되는 온도센서(18)에 의해 측정된 값이다.

즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각 시스템은 상기 수학식 3과 같이 A/C 컨덴서(1)를 통과한 중간온도값을 이용하여 목표 공기유량을 산출함으로써 A/C 컨덴서(10)의 발열량을 고려함으로써 더욱 정확한 목표 공기유량을 산출할 수 있다.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 냉각 제어 방법을 설명하기로 한다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기자동차용 냉각 시스템의 냉각 제어 방법의 과정 S201~S210은 도 6의 과정 S101~S110과 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략하고 S211과정부터 설명하기로 한다.

과정 S209에서 냉각 제어 컨트롤러(163)는 현재 전자식 워터펌프(4)의 RPM이 최대값이거나, 라디에이터(1)의 출구측 냉각수 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우로 판단되면, 라디에이터 팬(2)의 레벨을 로우(LOW; 제 1 레벨)로 설정한다(S211)

그 후, 냉각 제어 컨트롤러(163)는 전력변환부품부(5)의 온도 또는 라디에이터 출구측 냉각수 온도가 증가하였는지를 판단하고(S212), 전력변환부품부(5)의 온도가 증가하거나 라디에이터 출구측 냉각수 온도가 증가한 경우 라디에이터 팬(2)의 레벨을 하이레벨(High;제 2 레벨)로 설정한다(S214).

여기서 라디에이터 팬(2)의 로우레벨은 오프가 아니라 온 후의 제 1 레벨을 의미하고 하이레벨은 온이 아니라 온 후의 제 2 레벨을 의미한다.

상술한 도 7의 냉각 제어 방법은 도 4의 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기 자동차용 냉각시스템의 냉각 제어 방법에도 적용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 냉각수 온도 센서, 외기 온도 센서, 풍속센서 등의 위치에 따라 4가지의 실시예를 개시하며, 각 냉각 시스템은 목표 냉각수 유량을 산출하여 전자식 워터펌프를 제어하고 전자식 워터펌프가 최대속도로 구동되면 목표 공기유량을 산출하거나, 전력변환부품 온도 또는 라디에이터 출구측 냉각수 온도의 증가여부로 라디에이터 팬을 제어한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉작 제어 조건을 나타내는 그래프로서, 차량 주행 후 전력변환부품(5)의 온도가 안전온도에 도달하면 전자식 워터펌프의 속도를 증가시키고 전자식 워터펌프의 속도가 최대치가 되면 라디에이터의 팬을 구동 시키기 시작한다. 이때, 라디에이터의 팬은 로우레벨(제 1레벨)에서 하이레벨(제 2 레벨)로 변경된다.

상술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

전력변환부품, 모터, 라디에이터와 전자식 워터펌프를 구비하여 상기 전력변환부품의 냉각을 수행하는 냉각부를 포함하는 전기자동차용 냉각 시스템에 있어서,
상기 냉각부와 연동하여 차량의 공조를 수행하는 공조부;
상기 공조부를 통해 들어오는 공기의 온도를 감지하는 온도 감지부;
상기 냉각부에 흐르는 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수 온도 감지부; 및
목표 공기유량 및 목표 냉각수 유량을 산출하여 상기 냉각부의 냉각을 제어하는 냉각 제어 컨트롤러를 포함하되, 상기 냉각 제어 컨트롤러는 상기 전자식 워터펌프의 현재 RPM이 최대값이거나, 상기 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우 상기 목표 공기유량을 산출하여 상기 목표 공기유량에 따라 상기 라디에이터의 팬의 레벨을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 공조부를 통해 들어오는 공기의 풍속을 감지하는 풍속 감지부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 풍속 감지부는 상기 공조부의 입력단에 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 시스템.
청구항 1에서,
상기 온도 감지부는,
상기 공조부의 입력단에 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 시스템.
청구항 1에서,
상기 온도 감지부는,
상기 공조부와 상기 라디에이터 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 시스템.
청구항 1에서,
상기 냉각수 온도 감지부는,
상기 라디에이터의 입력측에 구비되는 제 1 냉각수 온도센서;
상기 라디에이터의 출력측에 구비되는 제 2 냉각수 온도센서
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각수 온도 감지부는,
상기 전자식 워터펌프의 출력측에 구비되는 제 1 냉각수 온도센서;
상기 모터의 출력측에 구비되는 제 2 냉각수 온도센서
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 냉각 제어 컨트롤러는,
상기 전력변환부품의 온도가 미리 정한 안전온도 이상이고 주행모드인 경우 라디에이터 입구측 냉각수 물성치, 상기 라디에이터 입구측과 출구측의 온도차, 상기 전력변환부품의 발열량을 이용하여 상기 목표 냉각수 유량을 산출하고, 상기 목표 냉각수 유량에 따라 상기 전자식 워터펌프의 RPM을 결정하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 냉각 제어 컨트롤러는,
라디에이터 입구측 냉각수 물성치, 상기 공조부로 들어오는 공기의 풍속 및 온도, 상기 라디에이터 입구측의 냉각수 온도, 상기 전력변환부품의 발열량을 이용하여 상기 목표 공기 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각 제어 컨트롤러는,
라디에이터 입구측 냉각수 물성치, 상기 라디에이터와 상기 공조부 사이의 중간온도, 상기 전력변환부품의 발열량, 상기 라디에이터의 입구측의 냉각수 온도를 이용하여 상기 목표 공기 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 냉각 제어 컨트롤러는,
상기 전자식 워터펌프의 현재 RPM이 최대값이거나, 상기 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우 상기 라디에이터 팬의 레벨을 제 1레벨로 설정한 후, 상기 전력변환 부품 온도 또는 상기 라디에이터의 출구측 냉각수 온도가 증가하는 경우 상기 라디에이터의 팬의 레벨을 제 2 레벨으로 설정하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 시스템.
공조부, 전력변환부품, 모터, 라디에이터와 전자식 워터펌프를 구비하여 상기 전력변환부품의 냉각을 수행하는 냉각부를 포함하는 전기자동차용 냉각 시스템의 냉각 방법에 있어서,
상기 전력변환부품의 온도가 안전온도 이상이고 주행모드 상태인지를 판단하는 단계;
상기 전력변환부품의 온도가 안전온도 이상이고 주행모드 상태이면 목표 냉각수 유량을 산출하여 상기 목표 냉각수 유량에 따라 상기 전자식 워터펌프의 구동을 제어하는 단계;
상기 전자식 워터펌프의 현재 RPM이 최대값이거나, 상기 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우인지를 판단하는 단계;
상기 전자식 워터펌프의 현재 RPM이 최대값이거나, 상기 라디에이터 출구측 냉각수의 온도가 최대 요구 온도 이상인 경우 라디에이터 팬의 레벨을 제 1 레벨로 설정하는 단계; 및
상기 전력변환부품의 온도 또는 상기 라디에이터의 출구측 냉각수 온도가 증가하는 경우 라디에이터의 팬의 레벨을 제 2 레벨로 설정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 라디에이터 입구측 냉각수 물성치, 상기 공조부로 들어오는 공기의 풍속 및 온도, 상기 라디에이터 입구측의 냉각수 온도, 상기 전력변환부품의 발열량을 이용하여 목표 공기 유량을 산출하는 단계; 및
상기 목표 공기 유량을 이용하여 상기 라디에이터 팬의 레벨을 제어하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 라디에이터 입구측 냉각수 물성치, 상기 라디에이터와 상기 공조부 사이의 중간온도, 상기 전력변환부품의 발열량, 상기 라디에이터의 입구측의 냉각수 온도를 이용하여 목표 공기 유량을 산출하는 단계; 및
상기 목표 공기 유량을 이용하여 상기 라디에이터 팬의 레벨을 제어하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 냉각 방법.
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