KR102614129B1 - 차량용 전력계의 냉각 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

제1 냉각수 순환 경로에 포함된 제1 냉각대상과 제1 냉각수 펌프; 상기 제1 냉각수 순환 경로에 포함되며 상기 제1 냉각대상에 대한 냉각수의 바이패스 경로를 형성하는 제1 3-웨이 밸브; 제2 냉각수 순환 경로에 포함된 제2 냉각대상과 제2 냉각수 펌프; 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로를 개폐 상태에 따라 상호 연통 또는 차단하는 제2 3-웨이 밸브; 상기 제1 냉각대상의 온도에 기반하여 상기 제1 3-웨이 밸브와 상기 제2 3-웨이 밸브의 개폐 상태를 조정하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

차량용 전력계의 냉각 시스템 및 방법{COOLING SYSTEM AND METHOD FOR ELECTRIC POWER SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량용 전력계의 냉각 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수냉각 방식 배터리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리에 충전 전력을 제공하는 차량 탑재형 충전기의 폐열을 이용하여 저온의 배터리를 승온시키는 구조의 차량 전력계에서 배터리의 추가적인 온도 상승이 요구되지 않는 온도가 되면 차량 탑재형 충전기의 폐열에 의한 배터리의 온도 상승을 억제하고 배터리 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 전력계의 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이다.
지구 온난화와 환경 오염 등의 문제가 심각하게 대두 되면서 자동차 산업 분야에서도 환경 오염을 최대한 감소시킬 수 있는 친환경 차량에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있으며 그 시장도 점차 확대되고 있다.
친환경 차량으로서 기존의 화석 연료를 연소시켜 구동력을 발생시키는 엔진 대신 전기 에너지를 이용하여 구동력을 생성하는 전동기를 적용한 전기 차량, 하이브리드 차량 및 플러그인 하이브리드 차량이 세계적으로 출시되고 있는 상황이다. 이러한 전기 에너지를 이용한 친환경 차량들 중 전기 차량과 플러그인 하이브리드 차량은 계통(grid)에 연결된 외부 충전 설비로부터 전력을 제공받아 차량에 구비된 배터리를 충전하고, 배터리의 충전된 전력을 이용하여 차량 구동에 필요한 운동 에너지를 생산한다.
친환경 차량은 배터리와 배터리의 충전을 위한 차량 탑재형 충전기(On-Board Charger: OBC)를 구비하며, OBC는 외부 충전 설비에서 제공되는 교류 전력을 배터리 충전을 위한 직류 전력으로 변환하여 배터리에 제공한다. 배터리의 효율적인 충전을 위해서는 배터리의 온도를 적절하게 유지하여야 하므로 배터리 온도를 적절하게 유지하기 위한 장치들이 친환경 차량에 구비될 수 있다.
예를 들어, 영하의 추운 환경에서 배터리를 충전하는 경우에 배터리 충전 효율이 매우 저하되므로 배터리의 온도를 상승시키기 위한 히터 등이 구비될 수 있으며, 배터리 충전에 의한 발열로 인해 배터리의 온도가 고온이 되는 경우에도 배터리 충전 효율이 저하되므로 배터리를 냉각하기 위한 시스템이 구비될 수 있다. 특히, 배터리의 온도를 상승시키기 위해 별도의 히터를 가동하는데 소모되는 전력을 감소시키기 위해 배터리에 매우 인접하게 OBC를 배치하여 OBC의 가동에 의해 발생하는 열을 이용하여 배터리 온도를 상승시키는 구조도 개발되었다.
이러한 OBC에서 발생하는 열을 이용하여 배터리를 승온시키는 구조는 버려지는 폐열을 활용하여 에너지 소모를 감소시킬 수 있다는 점에서 효율성이 높으나, 배터리의 온도가 상온 이상으로 상승된 경우에도 OBC의 폐열로 인해 배터리 온도가 상승하게 되므로 냉각수의 온도를 감소시키기 위해 냉각 시스템에 마련된 칠러(chiller)를 가동하여야 하는 시간이 길어져 오히려 배터리 온도 관리를 위한 에너지 소모를 증가시키게 되는 문제가 발생할 수 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2016-0003148 A KR 10-2014-0048359 A
이에 본 발명은, 배터리에 충전 전력을 제공하는 차량 탑재형 충전기의 폐열을 이용하여 저온의 배터리를 승온시키는 구조의 차량 전력계에서 배터리의 추가적인 온도 상승이 요구되지 않는 온도가 되면 차량 탑재형 충전기의 폐열에 의한 배터리의 온도 상승을 억제하고 배터리 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 전력계의 냉각 시스템 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
제1 냉각수 순환 경로에 포함된 제1 냉각대상과 제1 냉각수 펌프;
상기 제1 냉각수 순환 경로에 포함되며 상기 제1 냉각대상에 대한 냉각수의 바이패스 경로를 형성하는 제1 3-웨이 밸브;
제2 냉각수 순환 경로에 포함된 제2 냉각대상과 제2 냉각수 펌프;
상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로를 개폐 상태에 따라 상호 연통 또는 차단하는 제2 3-웨이 밸브;
상기 제1 냉각대상의 온도에 기반하여 상기 제1 3-웨이 밸브와 상기 제2 3-웨이 밸브의 개폐 상태를 조정하는 컨트롤러;
를 포함하는 차량용 전력계의 냉각 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에는, 상기 바이패스 경로를 통과한 냉각수를 제공받도록 상기 제1 냉각대상의 후단에 배치되는 제3 냉각대상을 더 포함하며, 상기 제3 냉각대상에서 발생된 열에 의해 상기 제1 냉각대상이 승온될 수 있도록 상기 제3 냉각대상은 상기 제1 냉각대상에 인접하여 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 냉각대상의 온도가 사전 설정된 제1 기준온도와 상기 제1 기준온도 보다 높은 제2 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 제1 냉각대상으로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 냉각대상의 온도가 상기 제2 기준온도와 상기 제2 기준온도 보다 높은 제3 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되고 상기 제1 냉각대상으로 냉각수가 제공되지 않도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 제1 냉각수 순환 경로에서 상기 제1 냉각대상의 전단에 배치되어 냉각수의 온도를 하강시키는 칠러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 냉각대상의 온도가 상기 제3 기준온도보다 높은 경우, 상기 칠러를 가동시키며, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 제1 냉각대상으로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 분리되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 제1 냉각대상을 승온시키는 히터를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 냉각대상의 온도가 상기 제1 기준온도보다 낮은 경우, 상기 히터를 가동시키며, 상기 제1 냉각수 펌프 및 상기 제2 냉각수 펌프를 가동시키지 않을 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
제1 냉각수 순환 경로에 포함된 배터리, 상기 배터리를 충전하며 배터리 충전 동작시 발생하는 열에 의해 상기 배터리를 승온시키도록 상기 배터리에 인접 배치된 충전기 및 제1 냉각수 펌프;
상기 제1 냉각수 순환 경로에 포함되며, 계패 상태에 의해 상기 배터리 및 상기 배터리에 대한 냉각수의 바이패스 경로에 선택적으로 냉각수를 제공하는 제1 3-웨이 밸브;
제2 냉각수 순환 경로에 포함된 전력 전자 부품과 제2 냉각수 펌프;
상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로를 개폐 상태에 따라 상호 연통 또는 차단하는 제2 3-웨이 밸브;
상기 배터리의 온도에 기반하여 상기 제1 3-웨이 밸브와 상기 제2 3-웨이 밸브의 개폐 상태를 조정하는 컨트롤러;
를 포함하는 차량용 전력계의 냉각 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 충전 중 상기 배터리의 온도가 사전 설정된 제1 기준온도와 상기 제1 기준온도 보다 높은 제2 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 배터리로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 충전 중 상기 배터리의 온도가 상기 제2 기준온도와 상기 제2 기준온도 보다 높은 제3 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되고 상기 배터리 냉각수가 제공되지 않도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 제1 냉각수 순환 경로에서 상기 제1 냉각대상의 전단에 배치되어 냉각수의 온도를 하강시키는 칠러를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 충전 중 상기 배터리의 온도가 상기 제3 기준온도보다 높은 경우, 상기 칠러를 가동시키며, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 배터리로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 분리되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서 본 발명은,
전술한 것과 같은 본 발명에 따른 냉각 시스템을 이용한 차량용 전력계의 냉각 방법에 있어서,
상기 충전기가 가동되어 상기 배터리의 충전이 개시되면, 상기 배터리의 온도를 검출하는 단계;
상기 배터리의 온도가 사전 설정된 제1 기준온도와 상기 제1 기준온도 보다 높은 제2 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 배터리로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 단계;
상기 배터리의 온도가 상기 제2 기준온도와 상기 제2 기준온도 보다 높은 제3 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되고 상기 배터리 냉각수가 제공되지 않도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 단계;
상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 충전 중 상기 배터리의 온도가 상기 제3 기준온도보다 높은 경우, 상기 배터리 전단에 배치되어 냉각수의 온도를 하강시키는 칠러를 가동시키며, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 배터리로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 분리되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 단계;
를 포함하는 차량용 전력계의 냉각 방법을 제공한다.
상기 차량용 전력계의 냉각 시스템 및 방법에 따르면, 배터리에 충전 전력을 제공하는 차량 탑재형 충전기의 폐열을 이용하여 저온의 배터리를 승온시키는 구조의 차량 전력계에서, 배터리의 승온이 요구되지 않는 온도까지 배터리의 온도가 상승한 경우 배터리를 바이패스한 냉각수를 차량 탑재형 충전기로 제공하여 차량 탑재형 충전기의 폐열에 의한 배터리의 온도 상승을 억제할 수 있다.
이를 통해, 상기 차량용 전력계의 냉각 시스템 및 방법에 따르면, 상온에서 배터리의 온도 상승을 지연시켜 배터리의 충전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력계의 냉각 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력계의 냉각 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 차량용 전력계의 냉각 시스템 및 방법을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력계의 냉각 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력계의 냉각 시스템은, 냉각수가 흐르는 냉각수 배관과 밸브(V1, V2) 등의 연결에 의해 형성되는 복수의 냉각수 순환 경로를 갖도록 구현될 수 있다.
먼저, 제1 냉각수 순환 경로(P1)에는 냉각 대상으로서 배터리(11)와 차량 탑재형 충전기(On-Board Charger: OBC)(13)가 포함될 수 있으며, 제1 냉각수 순환 경로(P1)로 냉각수를 순환시키기 위해 제1 워터펌프(Electric Water Pump: EWP)(15)가 포함될 수 있다. 냉각수 순환 방향을 기준으로 OBC(13)는 배터리(11)의 후단에 배치될 수 있다. 특히, 배터리(11) 충전 중 OBC(13)에서 발생하는 열을 이용하여 저온 상태의 배터리(11)를 승온시킬 수 있도록 OBC(13)는 배터리(11)에 인접하여 배치될 수 있다.
배터리(11)에는 냉각수 순환 경로를 결정하는데 사용되는 배터리 온도를 검출하기 위한 온도센서(111)와 매우 낮은 온도에서 강제로 배터리(11)를 가열하여 배터리 온도를 승온시키기 위한 히터(113)이 구비될 수 있다.
제2 3-웨이 밸브(V2)는 냉각수 순환 경로를 결정하기 위해 적용될 수 있다. 더욱 구체적으로, 제2 3-웨이 밸브(V2)의 제1 단은 냉각수 흐름 방향을 기준으로 OBC(13)의 후단에 연결되고, 제2 3-웨이 밸브(V2)의 제2 단은 제1 워터펌프(15)의 전단에 연결되며, 제2 3-웨이 밸브(V2)의 제3 단은 제2 냉각수 순환 경로(P2)의 일부분에 연결될 수 있다. 이러한 연결 관계에 의해 제2 3-웨이 밸브(V2)의 개폐 상태가 OBC(13) 및 제1 워터펌프(15) 간 냉각수 흐름이 이루어지도록 조정된 경우에는 후술하는 제2 냉각수 순환 경로(P2)도 형성될 수 있다.
즉, 제2 3-웨이 밸브(V2)의 개폐 상태가 OBC(13) 및 제1 워터펌프(15) 간 냉각수 흐름이 이루어지도록 조정된 경우에는 제1 냉각수 순환 경로(P1)와 제2 냉각수 순환 경로(P2)가 서로 분리되므로 이러한 냉각 모드를 분리 냉각 모드라고 칭할 수도 있다.
제1 냉각수 순환 경로(P1)에는 냉각수가 흐르는 방향에 기준하여 제1 워터펌프(15) 후단에 배치되어 배터리(11)를 바이패스 하여 냉각수가 흐를 수 있도록 냉각수의 바이패스 경로를 형성하는 제1 3-웨이 밸브(V1)가 마련될 수 있다. 구체적으로, 제1 3-웨이 밸브(V1)의 제1 단은 제1 워터펌프(15)의 후단에 연결되고, 제1 3-웨이 밸브(V1)의 제2 단은 배터리(11)의 후단에 연결되며, 제1 3-웨이 밸브(V1)의 제3 단은 배터리(11)의 전단에 연결될 수 있다. 제1 3-웨이 밸브(V1)의 개패상태가 제1 단과 제2 단이 서로 연통되도록 결정되면 냉각수는 배터리(11)를 바이패스 하여 OBC(13)로 흐르게 되고, 제1 3-웨이 밸브(V1)의 개패상태가 제1 단과 제3 단이 서로 연통되도록 결정되면 냉각수는 배터리(11)로 흐르게 된다.
제1 냉각수 순환 경로(P1)에는 칠러(17)가 더 포함될 수 있다. 칠러(17)는 별도의 냉매를 이용하여 냉각수 순환 경로를 흐르는 냉각수의 온도를 하강시키기 위해 마련되는 일종의 냉각기로서, 배터리(11)의 전단에 마련되어 배터리(11)가 사전 설정된 온도 이상의 고온이 될 때 가동하여 배터리(11) 온도 상승을 방지하거나 배터리(11) 온도를 하강시킬 수 있다.
다음으로, 제2 냉각수 순환 경로(P2) 상에는 냉각대상으로서 차량의 전력 전자(Power Electronic: PE) 부품(21)과 제2 냉각수 순환 경로(P2)에서 냉각수를 순환시키기 위한 제2 워터펌프(25)가 마련될 수 잇다. 더하여, 제2 냉각수 순환 경로(P2)에는 냉각수를 저장하고 냉각수의 온도에 따라 냉각수 순환 경로에 흐르는 냉각수의 양을 조정하기 위한 리저버 탱크(27)와, 냉각수 순환 경로에 흐르는 냉각수를 공기와의 열교환을 통해 냉각시키기 쉬한 라디에이터(23)가 마련될 수 있다.
또한, 제2 3-웨이 밸브(V2)의 개폐상태가 OBC(13)측에 연결된 제1 단과 제2 냉각수 순환 경로 상의 일부에 연결된 제3 단이 서로 연통되도록 결정되면, 제1 냉각수 순환 경로(P1)과 제2 냉각수 순환 경로(P2)의 구분이 제거되고, 전술한 배터리(11), OBC(13) 및 PE 부품(21)이 하나의 제3 냉각수 순환 경로(P3)에 의해 냉각된다. 제3 냉각수 순환 경로(P3)는 제1 냉각수 순환 경로(P1)와 제2 냉각수 순환 경로(P2)를 하나로 통합한 경로이므로 이에 의해 냉각수가 순환되는 모드를 통합 냉각 모드로 칭할 수도 있다.
컨트롤러(31)는 배터리(11)의 온도(예를 들어, 온도 센서(111)에서 검출된 배터리(11)의 온도 검출값)을 기반으로 제1 3-웨이 밸브(V1)와 제2 3-웨이 밸브(V2)를 제어하여 냉각수 순환 경로(또는 냉각 모드)를 결정하고 히터(113)의 가동 여부, 워터펌프(15, 25)의 가동 여부를 결정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력계의 냉각 방법을 도시한 흐름도이다. 이하에서 이루어지는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력계의 냉각 방법에 대한 설명을 통해 전술한 것과 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력계의 냉각 시스템의 동작과 작용 효과가 이해될 수 있을 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 전력계의 냉각 방법은, 외부의 충전 설비가 차량에 연결되고 OBC(13)가 가동되면서 배터리(11)의 충전이 시작되면, 배터리(11)의 온도를 검출하는 단계(S11, S14, S16)로부터 시작될 수 있다. 배터리(11)의 온도 검출은 배터리(11)에 마련된 온도 센서(111)에 이해 이루어질 수 있다. 도 2에 도시된 흐름은 배터리(11)의 온도가 매우 저온인 경우부터 충전과정 동안 지속적으로 상승하는 경우를 예로 설명하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
배터리(11)의 검출 온도가 사전 설정된 제1 기준온도(A, 예를 들어 0℃) 보다 작은 경우(또는 작거나 같은 경우), 배터리(11)가 매우 저온 상태이므로 충전 효율을 향상시키기 위해 강제적인 승온을 시킬 필요가 있다. 이 경우는 배터리(11)에 인접 배치된 OBC(13)에서 발생하는 열을 이용하여 배터리(11)를 승온시키는 경우보다 더 신속한 배터리 온도 상승이 요구되는 경우로써, 컨트롤러(31)는 배터리(11)에 마련된 히터(113)를 가동시켜 배터리(11)를 승온시킨다(S12). 이 단계(S12)에서는 냉각수 흐름이 필요하지 않으므로, 컨트롤러(31)는 제1 및 제2 워터펌프(15, 25)를 가동시키지 않을 수 있다.
배터리(11)의 검출 온도가 제1 기준온도(A) 보다 높고 제2 기준온도(B) 보다 낮은 경우에, 컨트롤러(31)는 제1 3-웨이 밸브(V1)의 개폐상태를 제1 단과 제3 단이 도통된 상태, 즉 배터리(11) 측으로 냉각수 흐름이 이루어질 수 있는 상태로 제어하고, 제2 3-웨이 밸브(V2)를 제1 냉각수 순환 경로(P1)와 제2 냉각수 순환 경로(P2)가 서로 통합된 제3 냉각수 순환 경로(P3)를 형성하여 통합 냉각 모드가 되게 설정할 수 있다(S13).
단계(S13)에서 이루어지는 제1 냉각 제어는 배터리(11)의 온도를 감안하여 컨트롤러(15)가 제1 및 제2 워터펌프(15, 25) 속도를 조정하면서, 통합 냉각 모드의 제3 냉각수 순환 경로P3)를 통해 냉각수를 순환시키는 모드로써, OBC(13)의 폐열을 이용하여 배터리(11)의 승온을 유도할 수 있는 온도 범위에서 이루어지는 제어이다.
배터리(11)의 검출 온도가 제2 기준온도(B) 보다 높고 제3 기준온도(C) 보다 낮은 경우에, 컨트롤러(31)는 전술한 단계(13)에서와 동일하게 제2 3-웨이 밸브(V2)의 개폐상태를 결정하여 통합 냉각 모드로 냉각수가 순환되게 하되, 제1 3-웨이 밸브(V1)의 개폐상태를 제1 단과 제2 단이 연통되도록 조정하여 냉각수가 배터리(11)를 바이패스하여 OBC(13)로 제공되게 할 수 있다(S15).
단계(S15)에서 이루어지는 제2 냉각 제어는 배터리(11)가 OBC(13)의 폐열에 의한 승온이 요구되지 않는 온도를 가지면서 동시에 칠러(17)에 의한 냉각수 냉각을 통해 승온을 방지하거나 또는 강온을 시킬 필요는 없는 경우에 이루어지는 제어이다. 이 제2 냉각 제어(S15)를 통해 OBC(13)의 폐열이 배터리(11)의 온도를 상승시키는 것을 차단함으로써 배터리(11)의 승온 속도를 저하시켜 칠러(17)의 가동이 요구되는 온도까지 상승하는 시간을 지연시킬 수 있다. 즉, 제2 냉각 제어(S15)를 통해 칠러(17) 가동을 지연시킴으로써 칠러(17) 가동에 의한 전력 소모를 감소시켜 충전 효율을 상승시킬 수 있게 된다.
한편, 배터리(11)의 온도가 제3 기준온도(C) 보다 더 높은 범위까지 상승하면, 단지 냉각수 순환 만으로 배터리(11)의 온도를 적정하게 유지할 수 없는 것으로 판단하고 컨트롤러(31)는 칠러(17)를 가동시키며, 제1 3-웨이 밸브(V1)의 개폐 상태를 제1 단과 제3 단이 서로 연통되어 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 배터리(11)로 냉각수가 제공되도록 조정하고, 제2 3-웨이 밸브(V2)의 개폐 상태를 제1 단과 제2 단이 서로 연통되어 제1 냉각수 순환 경로(P1)와 제2 냉각수 순환 경로(P2)가 상호 분리되도록 조정할 수 있다(S17). 단계(S17)에서 이루어지는 제3 냉각 제어를 통해 칠러(17)에 의해 냉각된 저온의 냉각수를 배터리(11)로 집중 제공함으로써 충전 중 배터리(11)의 온도의 상승을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
11: 배터리 13: 차량 탑재형 충전기(OBC)
15, 25: 워터펌프(EWP) 17: 칠러
21: 전력전자 부품 23: 라디에이터
27: 리저버 탱크 111: 온도 센서
113: 히터 31: 컨트롤러
V1, V2: 3-웨이 밸브 P1, P2, P3: 냉각수 순환 경로

Claims (12)

  1. 제1 냉각수 순환 경로에 포함된 제1 냉각대상과 제1 냉각수 펌프;
    상기 제1 냉각수 순환 경로에 포함되며 상기 제1 냉각대상에 대한 냉각수의 바이패스 경로를 형성하는 제1 3-웨이 밸브;
    제2 냉각수 순환 경로에 포함된 제2 냉각대상과 제2 냉각수 펌프;
    상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로를 개폐 상태에 따라 상호 연통 또는 차단하는 제2 3-웨이 밸브;
    상기 제1 냉각대상의 온도에 기반하여 상기 제1 3-웨이 밸브와 상기 제2 3-웨이 밸브의 개폐 상태를 조정함으로써, 상기 제1 냉각대상의 승온 또는 냉각을 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하는 차량용 전력계의 냉각 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이패스 경로를 통과한 냉각수를 제공받도록 상기 제1 냉각대상의 후단에 배치되는 제3 냉각대상을 더 포함하며,
    상기 제3 냉각대상에서 발생된 열에 의해 상기 제1 냉각대상이 승온될 수 있도록 상기 제3 냉각대상은 상기 제1 냉각대상에 인접하여 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 전력계의 냉각 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 냉각대상의 온도가 사전 설정된 제1 기준온도와 상기 제1 기준온도 보다 높은 제2 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 제1 냉각대상으로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력계의 냉각 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 냉각대상의 온도가 상기 제2 기준온도와 상기 제2 기준온도 보다 높은 제3 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되고 상기 제1 냉각대상으로 냉각수가 제공되지 않도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력계의 냉각 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 냉각수 순환 경로에서 상기 제1 냉각대상의 전단에 배치되어 냉각수의 온도를 하강시키는 칠러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력계의 냉각 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 냉각대상의 온도가 상기 제3 기준온도보다 높은 경우, 상기 칠러를 가동시키며, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 제1 냉각대상으로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 분리되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력계의 냉각 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 냉각대상을 승온시키는 히터를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 냉각대상의 온도가 상기 제1 기준온도보다 낮은 경우, 상기 히터를 가동시키며, 상기 제1 냉각수 펌프 및 상기 제2 냉각수 펌프를 가동시키지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 전력계의 냉각 시스템.
  8. 제1 냉각수 순환 경로에 포함된 배터리, 상기 배터리를 충전하며 배터리 충전 동작시 발생하는 열에 의해 상기 배터리를 승온시키도록 상기 배터리에 인접 배치된 충전기 및 제1 냉각수 펌프;
    상기 제1 냉각수 순환 경로에 포함되며, 개폐 상태에 의해 상기 배터리 및 상기 배터리에 대한 냉각수의 바이패스 경로에 선택적으로 냉각수를 제공하는 제1 3-웨이 밸브;
    제2 냉각수 순환 경로에 포함된 전력 전자 부품과 제2 냉각수 펌프;
    상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로를 개폐 상태에 따라 상호 연통 또는 차단하는 제2 3-웨이 밸브;
    상기 배터리의 온도에 기반하여 상기 제1 3-웨이 밸브와 상기 제2 3-웨이 밸브의 개폐 상태를 조정함으로써, 상기 배터리의 승온 또는 냉각을 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하는 차량용 전력계의 냉각 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 충전 중 상기 배터리의 온도가 사전 설정된 제1 기준온도와 상기 제1 기준온도 보다 높은 제2 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 배터리로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력계의 냉각 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 충전 중 상기 배터리의 온도가 상기 제2 기준온도와 상기 제2 기준온도 보다 높은 제3 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되고 상기 배터리로 냉각수가 제공되지 않도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력계의 냉각 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 냉각수 순환 경로에서 상기 배터리의 전단에 배치되어 냉각수의 온도를 하강시키는 칠러를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 충전 중 상기 배터리의 온도가 상기 제2 기준온도보다 높은 제3 기준온도보다 높은 경우, 상기 칠러를 가동시키며, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 배터리로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 분리되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전력계의 냉각 시스템.
  12. 청구항 8의 냉각 시스템을 이용한 차량용 전력계의 냉각 방법에 있어서,
    상기 충전기가 가동되어 상기 배터리의 충전이 개시되면, 상기 배터리의 온도를 검출하는 단계;
    상기 배터리의 온도가 사전 설정된 제1 기준온도와 상기 제1 기준온도 보다 높은 제2 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 배터리로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 단계;
    상기 배터리의 온도가 상기 제2 기준온도와 상기 제2 기준온도 보다 높은 제3 기준온도 사이인 경우, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되고 상기 배터리 냉각수가 제공되지 않도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 연통되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 단계;
    상기 컨트롤러는, 상기 배터리의 충전 중 상기 배터리의 온도가 상기 제3 기준온도보다 높은 경우, 상기 배터리 전단에 배치되어 냉각수의 온도를 하강시키는 칠러를 가동시키며, 상기 바이패스 경로로 냉각수가 제공되지 않고 상기 배터리로 냉각수가 제공되도록 상기 제1 3-웨이 밸브를 조정하고, 상기 제1 냉각수 순환 경로와 상기 제2 냉각수 순환 경로가 상호 분리되도록 상기 제2 3-웨이 밸브를 조정하는 단계;
    를 포함하는 차량용 전력계의 냉각 방법.
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