KR102381753B1 - 전력 공급 장치 및 그 제어 방법, 전기 자동차 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력 공급 장치 및 그 제어 방법, 전기 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 저전압 직류-직류 변환부의 온도를 검출하기 위한 온도 센서에 장애가 발생하면 냉각수의 온도를 검출하기 위한 온도 센서의 검출 결과로부터 저전압 직류-직류 변환부의 온도를 추정하여 저전압 직류-직류 변환부의 냉각 제어를 수행할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 전력 공급 장치의 제어 방법은, 제 1 전력 변환부가 구비되고 상기 제 1 전력 변환부가 냉각수에 의해 냉각되는 전력 공급 장치의 제어 방법에 있어서, 제 1 온도 센서를 이용하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도 검출하는 단계와; 제 2 온도 센서를 이용하여 상기 냉각수의 온도를 검출하는 단계와; 상기 제 1 온도 센서에 의한 상기 제 1 전력 변환부의 온도 검출이 이루어지지 않을 때, 상기 제 2 온도 센서에 의해 검출되는 상기 냉각수의 온도에 기초하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하는 단계와; 상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도에 기초하여 상기 전력 공급 장치의 냉각 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 자동차에 관한 것으로, 전기 에너지를 동력으로 사용하는 친환경 자동차에 관한 것이다.
환경 보호의 이슈가 지속적으로 발생하면서 최근 친환경 자동차(하이브리드 자동차 또는 전기 자동차)의 공급이 시작되고 있다. 친환경 자동차는 모터 및 엔진의 동력에 의해 구동되거나(하이브리드 자동차), 모터의 동력에 의해 구동된다(전기 자동차).
하이브리드 자동차는 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진과 배터리의 전력을 사용하여 동력을 발생시키는 모터로부터 구동력을 얻는다.
하이브리드 자동차에는 모터를 구동하기 위한 전력을 제공하는 고전압 배터리가 구비된다. 고전압 배터리는 자동차의 운행 중에 충전과 방전이 반복적으로 이루어진다.
하이브리드 자동차에서 고전압 배터리 및 전력 제어 시스템은 하나로 모듈화되어 자동차의 뒷좌석 시트 밑이나 트렁크 룸 내에 설치된다.
전력 제어 시스템은 저전압 직류-직류 변환부(Low Voltage DC-DC Converter, LDC)를 포함한다. LDC는 고전압 배터리의 고압의 직류 전압을 더 낮은 전압의 직류로 변환한다. LDC는 고전압 배터리의 높은 직류 전압(DC)을 교류로 만들고 이 교류를 코일과 트랜스, 커패시터 등을 통해 강압한 후 정류하여 더 낮은 전압의 직류(DC)로 변환한다. LDC에 의해 강압된 직류 전압은 저전압을 필요로 하는 각 전장 부하에 공급된다.
고전압 배터리의 직류 전압은 인버터에 의해 소정의 위상 및 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환된 후 모터에 공급된다. 이와 같은 LDC 및 인버터는 하나의 모듈로 조립된다.
LDC와 인버터는 전력 변환 과정에서 다량의 열이 발생한다. 따라서 LDC와 인버터의 과열을 방지하기 위해서는 LDC 및 인버터의 출력을 제한하여 LDC와 인버터의 온도를 내장 집적 회로가 견딜 수 있는 한계 내의 온도로 유지될 수 있도록 한다. 만약 LDC의 온도를 검출하는 온도 센서가 LDC의 온도를 정상적으로 검출하지 못하게 되면, LDC의 과열을 방지하기 위해 미리 설정된 값으로 LDC의 출력을 제한한다. 이 경우 LDC의 출력이 실제로 필요한 것보다 더 크게 제한될 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저전압 직류-직류 변환부의 온도를 검출하기 위한 온도 센서에 장애가 발생하면 냉각수의 온도를 검출하기 위한 온도 센서의 검출 결과로부터 저전압 직류-직류 변환부의 온도를 추정하여 저전압 직류-직류 변환부의 냉각 제어를 수행할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 전력 공급 장치의 제어 방법은, 제 1 전력 변환부가 구비되고 상기 제 1 전력 변환부가 냉각수에 의해 냉각되는 전력 공급 장치의 제어 방법에 있어서, 제 1 온도 센서를 이용하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도 검출하는 단계와; 제 2 온도 센서를 이용하여 상기 냉각수의 온도를 검출하는 단계와; 상기 제 1 온도 센서에 의한 상기 제 1 전력 변환부의 온도 검출이 이루어지지 않을 때, 상기 제 2 온도 센서에 의해 검출되는 상기 냉각수의 온도에 기초하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하는 단계와; 상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도에 기초하여 상기 전력 공급 장치의 냉각 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
상술한 전력 공급 장치에서 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하는 것은, 상기 냉각수의 실제 온도와 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도, 상기 냉각수의 검출 온도 사이의 온도 관련 데이터로부터 상기 냉각수의 검출 온도에 기초하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하는 것이다.
상술한 전력 공급 장치는, 상기 제 1 전력 변환부의 출력을 미리 설정된 복수의 출력으로 변경하면서 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도 및 상기 냉각수의 검출 온도를 측정하여 상기 온도 관련 데이터를 획득한다.
상술한 전력 공급 장치는, 상기 냉각수의 유량을 미리 설정된 복수의 유량으로 변경하면서 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도 및 상기 냉각수의 검출 온도를 측정하여 상기 온도 관련 데이터를 획득한다.
상술한 전력 공급 장치는, 하나의 모듈에 상기 제 1 전력 변환부와 함께 설치되는 제 2 전력 변환부를 더 포함하고; 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정할 때 상기 제 2 전력 변환부의 동작 및 비 동작 여부를 고려하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정한다.
상술한 전력 공급 장치는, 상기 제 2 전력 변환부가 동작할 때 상기 제 2 전력부의 동작에 따른 발열을 고려하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하고; 상기 제 2 전력 변환부가 동작하지 않을 때 상기 제 2 전력부의 동작에 따른 발열을 고려하지 않고 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정한다.
상술한 전력 공급 장치에서, 상기 제 2 전력 변환부는 고전압 배터리의 직류 전압을 소정의 위상 및 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환하기 위한 인버터이다.
상술한 전력 공급 장치에서, 상기 제 1 전력 변환부는 고전압 배터리의 직류 전압을 더 낮은 전압 전압으로 변환하기 위한 저전압 직류-직류 변환부이다.
상술한 전력 공급 장치에서, 상기 전력 공급 장치의 냉각 제어는 상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도에 기초하여 상기 제 1 전력 변환부의 출력을 조정하는 것이다.
상술한 전력 공급 장치는, 상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도가 높을수록 상기 제 1 전력 변환부의 출력을 제한하여 발열을 억제한다.
상술한 전력 공급 장치에서, 상기 전력 공급 장치는 전기 자동차의 모터 및 전장 부품에 전력을 공급하기 위한 것이다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 전력 공급 장치는, 냉각수에 의해 냉각되는 제 1 전력 변환부와; 상기 제 1 전력 변환부의 온도 검출하는 제 1 온도 센서와; 상기 냉각수의 온도를 검출하는 제 2 온도 센서와; 상기 제 1 온도 센서에 의한 상기 제 1 전력 변환부의 온도 검출이 이루어지지 않을 때, 상기 제 2 온도 센서에 의해 검출되는 상기 냉각수의 온도에 기초하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하고, 상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도에 기초하여 전력 공급 장치의 냉각 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.
상술한 전력 공급 장치에서 상기 제어부는, 상기 냉각수의 실제 온도와 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도, 상기 냉각수의 검출 온도 사이의 온도 관련 데이터로부터 상기 냉각수의 검출 온도에 기초하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정한다.
상술한 전력 공급 장치에서 상기 제어부는, 상기 제 1 전력 변환부의 출력을 미리 설정된 복수의 출력으로 변경하면서 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도 및 상기 냉각수의 검출 온도를 측정하여 상기 온도 관련 데이터를 획득한다.
상술한 전력 공급 장치에서 상기 제어부는, 상기 냉각수의 유량을 미리 설정된 복수의 유량으로 변경하면서 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도 및 상기 냉각수의 검출 온도를 측정하여 상기 온도 관련 데이터를 획득한다.
상술한 전력 공급 장치는, 하나의 모듈에 상기 제 1 전력 변환부와 함께 설치되는 제 2 전력 변환부를 더 포함하고; 상기 제어부는 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정할 때 상기 제 2 전력 변환부의 동작 및 비 동작 여부를 고려하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정한다.
상술한 전력 공급 장치에서 상기 제어부는, 상기 제 2 전력 변환부가 동작할 때 상기 제 2 전력부의 동작에 따른 발열을 고려하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하고; 상기 제 2 전력 변환부가 동작하지 않을 때 상기 제 2 전력부의 동작에 따른 발열을 고려하지 않고 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정한다.
상술한 전력 공급 장치에서, 상기 제 2 전력 변환부는 고전압 배터리의 직류 전압을 소정의 위상 및 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환하기 위한 인버터이다.
상술한 전력 공급 장치에서, 상기 제 1 전력 변환부는 고전압 배터리의 직류 전압을 더 낮은 전압 전압으로 변환하기 위한 저전압 직류-직류 변환부이다.
상술한 전력 공급 장치에서 상기 제어부는, 상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도에 기초하여 상기 제 1 전력 변환부의 출력을 조정하여 상기 전력 공급 장치의 냉각 제어를 수행한다.
상술한 전력 공급 장치에서 상기 제어부는, 상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도가 높을수록 상기 제 1 전력 변환부의 출력을 제한하여 발열을 억제한다.
상술한 전력 공급 장치에서, 상기 전력 공급 장치는 전기 자동차의 모터 및 전장 부품에 전력을 공급하기 위한 것이다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 전기 자동차의 제어 방법은, 저전압 직류-직류 변환부가 구비되고 상기 저전압 직류-직류 변환부가 냉각수에 의해 냉각되는 전력 공급 장치를 구비하는 전기 자동차의 제어 방법에 있어서, 제 1 온도 센서를 이용하여 상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도 검출하는 단계와; 제 2 온도 센서를 이용하여 상기 냉각수의 온도를 검출하는 단계와; 상기 제 1 온도 센서에 의한 상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도 검출이 이루어지지 않을 때, 상기 제 2 온도 센서에 의해 검출되는 상기 냉각수의 온도에 기초하여 상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도를 추정하는 단계와; 상기 저전압 직류-직류 변환부의 추정 온도에 기초하여 상기 전력 공급 장치의 냉각 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 전기 자동차는, 냉각수에 의해 냉각되는 저전압 직류-직류 변환부와; 상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도 검출하는 제 1 온도 센서와; 상기 냉각수의 온도를 검출하는 제 2 온도 센서와; 상기 제 1 온도 센서에 의한 상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도 검출이 이루어지지 않을 때, 상기 제 2 온도 센서에 의해 검출되는 상기 냉각수의 온도에 기초하여 상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도를 추정하고, 상기 저전압 직류-직류 변환부의 추정 온도에 기초하여 전력 공급 장치의 냉각 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저전압 직류-직류 변환부의 온도를 검출하기 위한 온도 센서에 장애가 발생하면 냉각수의 온도를 검출하기 위한 온도 센서의 검출 결과로부터 저전압 직류-직류 변환부의 온도를 추정하여 저전압 직류-직류 변환부의 냉각 제어를 수행할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동차를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 하이브리드 전력 제어부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전력 제어 시스템의 온도 추종 특성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전력 제어 시스템에서 조건 별 온도 특성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 7(A) 및 도 7(B)는 실험을 통해 얻은 LDC의 출력 및 냉각수 유량 별 온도 차를 나타낸 표이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 하이브리드 전력 제어부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전력 제어 시스템의 온도 추종 특성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전력 제어 시스템에서 조건 별 온도 특성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 7(A) 및 도 7(B)는 실험을 통해 얻은 LDC의 출력 및 냉각수 유량 별 온도 차를 나타낸 표이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동차를 나타낸 도면이다. 특히 도 1에 나타낸 자동차(100)는 전기 에너지를 이용하여 모터를 구동하는 친환경 자동차이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 자동차(100)는 본체(110)에 의해 외관이 형성된다. 윈드쉴드(112)는 본체(110)의 앞쪽에 마련된다. 윈드쉴드(112)는 자동차(100)의 탑승자에게 전방 시야를 제공하면서 바람이나 이물질 등으로부터 탑승자를 보호한다. 아웃사이드 미러(114)는 좌측과 우측의 도어(190) 각각에 하나씩 마련될 수 있다. 아웃사이드 미러(114)는 탑승자에게 자동차(100)의 좌우 측면의 시야를 제공한다.
도어(190)는 본체(110)의 좌측과 우측 각각에 열림/닫힘이 가능하도록 마련된다. 도어(190)는 열림 상태에서 탑승자의 출입이 가능하다. 도어(190)가 닫히면 자동차(100)의 내부 공간을 외부로부터 격리시켜서 보호할 수 있다. 도어(190)는 닫힌 상태에서 도어 시건 장치(192)를 통해 잠금/해제될 수 있다. 도어 시건 장치(192)의 잠금/해제는 사용자가 자동차(100)에 접근하여 도어 시건 장치(192)의 버튼이나 레버를 직접 조작하거나, 또는 자동차(100)로부터 떨어진 위치에서 원격 제어기(Remote Controller) 등을 이용할 수도 있다.
전륜(122) 및 후륜(124)은 각각 자동차(100)의 앞쪽과 뒤쪽에 위치한다. 전륜(122) 및 후륜(124)은 엔진(미도시)으로부터 동력을 제공받아 회전한다. 전륜(122) 및 후륜(124)의 회전에 의해 자동차(100)의 주행이 이루어진다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전력 공급 장치를 나타낸 도면이다. 전력 공급 장치는 모터(212)와 전장 부하(214)에 전력을 공급하기 위한 것이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자동차(100)의 전력 공급 시스템은, 고전압 배터리(202)와 저전압 직류-직류 변환부(Low Voltage DC-DC Converter, 이하 LDC)(204), 인버터(206), 보조 배터리(208) 및 제어부(210)를 포함한다.
LDC(204)는 고전압 배터리(202)의 고압의 직류 전압을 더 낮은 전압의 직류로 변환한다. LDC(204)는 고전압 배터리(202)의 높은 직류 전압(DC)을 교류로 만들고 이 교류를 코일과 트랜스, 커패시터 등을 통해 강압한 후 정류하여 더 낮은 전압의 직류(DC)로 변환한다. LDC(204)에 의해 강압된 직류 전압은 저전압을 필요로 하는 각 전장 부하(214)에 공급된다.
고전압 배터리(202)의 직류 전압은 인버터(206)에 의해 소정의 위상 및 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환된 후 모터(212)에 공급된다. 모터(212)의 회전력 및 속도는 인버터(206)의 출력 전압에 의해 결정된다. 도 2에서, 제어부(210)는 전력 공급 시스템의 동작 전반을 제어한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 하이브리드 전력 제어부를 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 하이브리드 전력 제어부(Hybrid Power Control Unit)(300)는 LDC(204)와 인버터(206) 등이 브래킷(302)에 하나의 모듈로서 통합된다. LDC(204)와 인버터(206)는 전력 변환 과정에서 다량의 열이 발생한다. LDC(204) 및 인버터(206)가 정상적인 작동 상태를 유지하기 위해서는 LDC(204) 및 인버터(206)의 온도를 내장 집적 회로가 견딜 수 있는 한계 온도 이하로 유지하기 위한 냉각이 요구된다.
이를 위해 LDC(204)의 출력단에는 발열에 유리한 메탈 PCB(Metal Printed Circuit Board)(304)가 설치된다. 메탈 PCB(304)는 알루미늄과 같은 방열 금속 기판을 사용하기 때문에 LDC(204)와 인버터(206) 등에서 발생하는 열을 매우 효과적으로 방출할 수 있다.
또한, 냉각수를 이용한 추가적인 냉각 대책이 마련될 수 있다. 즉, 인버터(206)와 LDC(204), 메탈 PCB(304)를 경유하는 냉각수 유로(306)에 냉각수를 통과시킨다. 냉각수가 냉각수 유로(306)를 통해 흐르는 동안 인버터(206)와 LDC(204), 메탈 PCB(304)에서 발생하는 열이 냉각수에 의해 열 교환이 이루어진다. 이 열 교환에 의해 인버터(206)와 LDC(204), 메탈 PCB(304)의 냉각이 이루어진다.
메탈 PCB(304) 상에는 LDC 온도 센서(제 1 온도 센서)(308) 및 냉각수 온도 센서(제 2 온도 센서)(310)의 두 개의 온도 센서가 설치된다. LDC 온도 센서(308)는 LDC(204) 및 파워 소자 들의 온도를 측정하도록 마련된다. 제어부(210)는 LDC 온도 센서(308)의 온도 검출 결과를 이용하여 LDC(204) 및 파워 소자들의 과열을 방지하기 위한 냉각 제어를 수행한다. 여기서 냉각 제어는, LDC(204)의 온도가 과열되면 LDC(204)의 출력을 낮춰서 LDC(204)의 발열을 억제하는 것을 의미한다. 바람직하게는 LDC(204)의 발열량이 일정 수준 이하로 낮아지도록 LDC(204)의 출력을 제한하는 한다.
냉각수 온도 센서(310)는 냉각수 유로(306)를 흐르는 냉각수의 온도를 측정하도록 마련된다. 냉각수 온도 센서(310)는 LDC 온도 센서(308)가 정상적으로 동작하지 않을 때 LDC 온도 센서(308)의 역할을 대신하도록 하기 위한 것이다. 제어부(210)는, LDC 온도 센서(308)가 정상적으로 동작하지 않아 LDC(204)의 온도 검출이 불가능해지더라도 냉각수 온도 센서(310)가 LDC 온도 센서(308)의 역할을 대신함으로써 LDC(204)의 냉각 제어를 정상적으로 수행할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에서는 사전에 LDC 온도 센서(308) 및 냉각수 온도 센서(310)의 온도 추종 특성 실험을 실시하고, 온도 추종 특성 실험의 결과에 기초하여 냉각수 온도 센서(310)의 온도 검출 결과를 LDC 온도 센서(308)의 온도 검출 결과로 활용할 수 있도록 한다. 이와 같은 냉각수 온도 센서(310)를 이용한 LDC 온도 센서(308)의 페일 세이프(Fail Safe)에 대해서는 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전력 제어 시스템의 온도 추종 특성을 나타낸 도면이다. 도 4의 그래프에서, 가로 축은 시간(초)을 나타내고 세로 축은 온도(℃)를 나타낸다.
지시 부호 402가 가리키는 곡선은 냉각수의 실제 온도이다. 지시 부호 404가 가리키는 곡선은 LDC 온도 센서(308)에 의해 검출되는 LDC(204)의 온도이다. 지시 부호 406이 가리키는 곡선은 냉각수 온도 센서(310)에 의해 검출되는 냉각수의 온도이다.
이 실험은 LDC(204)가 전력 변환을 수행하지 않는 상태에서 냉각수의 온도를 시작 온도 25℃에서 70℃, 10℃의 순서로 변화시키면서 측정한다. 도 4에서 알 수 있듯이, 냉각수의 온도가 25℃→70℃→10℃의 순서로 변화하는 동안 LDC 온도 센서(308)의 검출 온도 및 냉각수 온도 센서(310)의 검출 온도 역시 약 1-2℃의 작은 온도 차이를 두고 냉각수의 온도를 추종한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전력 제어 시스템에서 조건 별 온도 특성을 나타낸 도면이다. 즉, 도 5는 다양한 조건에서 실험을 통해 획득한 냉각수의 실제 온도와 LDC(204)의 온도, 냉각수의 검출 온도를 나타낸 도면이다.
도 5(A)는 LDC(204)의 출력 파워 별 LDC 온도 센서(308) 및 냉각수 온도 센서(310)의 검출 온도의 특성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 5(A)에는, 냉각수의 온도가 각각 25℃ 및 65℃일 때 LDC(204)의 출력 파워를 0W에서 1.8kW 이상까지 증가시키면서 측정한 LDC 온도 센서(308) 및 냉각수 온도 센서(310) 각각의 검출 온도를 나타내었다. 도 5(A)에 나타낸 바와 같이, LDC(204)의 출력 파워가 증가할수록 LDC 온도 센서(308)의 검출 온도와 냉각수 온도 센서(310)의 검출 온도 사이의 온도 차(도 5(A)의 Δ 값)도 비교적 선형적으로 함께 증가한다.
LDC(204)의 출력 파워의 변화에 따라 온도 차(Δ 값) 역시 일정하게 증가하기 때문에 LDC(204)의 출력 파워와 냉각수의 실제 온도, LDC 온도 센서(308)의 검출 온도와 냉각수 온도 센서(310)의 검출 온도의 관계에 대한 신뢰할 수 있는 데이터를 여러 번의 실험을 통해 확보하고, 확보된 데이터에 기초하여 냉각수 온도 센서(310)의 온도 검출 결과를 LDC 온도 센서(308)의 온도 검출 결과로 활용하면 LDC 온도 센서(308)의 페일 세이프를 구현할 수 있다.
도 5(B)는 냉각수의 유량 별 LDC 온도 센서(308) 및 냉각수 온도 센서(310)의 검출 온도의 특성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 5(B)에는, 냉각수의 온도가 각각 25℃ 및 65℃이고 LDC(204)의 출력 파워가 각각 1.8kW 및 1.8kW+모터 최대 출력일 때 냉각수의 유량을 12LPM과 8LPM, 4LPM으로 단계적으로 감소시키면서 측정한 LDC 온도 센서(308) 및 냉각수 온도 센서(310) 각각의 검출 온도를 나타내었다. 도 5(B)에 나타낸 바와 같이, 냉각수의 유량이 감소할수록 LDC 온도 센서(308)의 검출 온도와 냉각수 온도 센서(310)의 검출 온도 사이의 온도 차(도 5(B)의 Δ 값)도 비교적 선형적으로 함께 증가한다.
냉각수의 유량의 변화에 따라 온도 차(Δ 값) 역시 일정하게 증가하기 때문에 냉각수의 유량과 냉각수의 실제 온도, LDC 온도 센서(308)의 검출 온도와 냉각수 온도 센서(310)의 검출 온도의 관계에 대한 신뢰할 수 있는 데이터를 여러 번의 실험을 통해 확보하고, 확보된 데이터에 기초하여 냉각수 온도 센서(310)의 온도 검출 결과를 LDC 온도 센서(308)의 온도 검출 결과로 활용하면 LDC 온도 센서(308)의 페일 세이프를 구현할 수 있다.
LDC(204)와 모터(212)가 동시에 동작할 때 LDC 온도 센서(308)의 검출 온도와 냉각수 온도 센서(310)의 검출 온도 사이의 온도 차(도 5(A) 및 도 5(B)의 Δ 값)는 더 증가한다. 모터(212)가 구동하기 위해서는 인버터(206)의 동작이 수반되고, 인버터(206)가 동작할 때 인버터(206)에서는 열이 발생한다. 인버터(206)는 LDC(204)에 인접해 있기 때문에, 인버터(206)에서 발생하는 열이 인접한 LDC(204)에 영향을 미쳐서 LDC(204)의 온도를 더 상승시킨다. 이로 인해 LDC(204)와 모터(212)가 동시에 동작할 때 LDC 온도 센서(308)의 검출 온도와 냉각수 온도 센서(310)의 검출 온도 사이의 온도 차(도 5(A) 및 도 5(B)의 Δ 값)는 더 증가한다.
따라서 냉각수 온도 센서(310)가 LDC 온도 센서(308)의 역할을 대신하도록 하는 페일 세이프 구현 시 인버터(206)의 동작 여부를 반영하면 더욱 정확한 냉각 제어를 수행할 수 있다. 이를 위해 본 발명의 실시 예에서는, 인버터(206)가 동작하지 않을 때에는 도 5(A)에 나타낸 데이터만을 이용하여 페일 세이프를 구현하고, 인버터(206)가 동작할 때에는 도 5(A)의 데이터뿐만 아니라 도 5(B)의 데이터도 함께 고려하여 더욱 확실한 페일 세이프를 구현한다. 물론, 인버터(206)가 동작하지 않을 때에도 도 5(A)의 데이터 및 도 5(B)의 데이터를 함께 고려하여 페일 세이프를 구현할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 제어 방법을 나타낸 도면이다. 도 6에 나타낸 제어 방법에서는, LDC 온도 센서(308)가 정상적으로 LDC(204)의 온도를 검출하지 못할 때 냉각수 온도 센서(310)의 온도 검출 결과를 이용하여 LDC(204)의 냉각 제어를 수행한다.
제어부(210)는 LDC 온도 센서(308)를 이용하여 LDC(204)의 온도 검출을 시도한다(602).
제어부(210)는 LDC 온도 센서(308)가 정상적으로 동작하여 LDC(204)의 온도를 정상적으로 검출하는지를 확인한다(604).
만약 LDC 온도 센서(308)에 의한 LDC(204)의 온도 검출이 정상적으로 이루어지면(604의 '아니오'), 제어부(210)는 LDC(204)의 온도 검출을 계속한다. LDC(204)의 온도 검출이 정상적으로 이루어지면, 제어부(210)는 LDC 온도 센서(308)에 의해 검출되는 LDC(204)의 온도 검출 결과를 직접 반영하여 LDC(204)의 냉각 제어를 수행한다.
만약 LDC 온도 센서(308)에 장애가 발생하여 LDC(204)의 온도 검출이 정상적으로 이루어지지 않으면(604의 '예'), 제어부(210)는 냉각수 온도 센서(310)의 검출 값(An)을 획득한다(606). LDC 온도 센서(308)에 장애가 발생하면 제어부(210)는 냉각수 온도 센서(310)에 의해 검출되는 냉각수 온도 검출 값(An)을 획득한다. 이는 제어부(210)가 냉각수 온도 센서(310)의 검출 값(An)을 이용하여 장애가 발생한 LDC 온도 센서(308)를 대체하기 위함이다.
제어부(210)는 냉각수 온도 센서(310)의 검출 값(An)에 기초하여 제 1 온도 관련 데이터(Bn)를 산출한다(608). 도 7(A) 및 도 7(B)는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 온도 관련 데이터(Bn) 및 제 2 온도 관련 데이터(Cn)를 나타낸 도면이다. 도 7(A) 및 도 7(B)는 실험을 통해 얻은 LDC(204)의 출력(kW) 및 냉각수 유량(LPM) 별 온도 차(ΔT1)(ΔT2)를 나타낸 표이다. 도 7(A)의 제 1 온도 관련 데이터(Bn)는 인버터(206)가 동작하지 않을 때의 온도 차(LDC 온도 - 냉각수 온도)이다. 도 7(B)의 제 2 온도 관련 데이터(Cn)는 <인버터 동작 시의 온도 차(LDC 온도 - 냉각수 온도) - 인버터 비 동작시의 온도 차(LDC 온도 - 냉각수 온도)>이다. 따라서 인버터(206)가 비 동작 중일 때에는 도 7(A)의 제 1 온도 관련 데이터(Bn)를 이용하고, 인버터(206)가 동작 중일 때에는 도 7(B)의 제 2 온도 관련 데이터(Cn)를 이용한다. 참고로, 냉각수의 유량은 수냉식 워터 펌프(EWP)의 모터의 회전수(RPM)로부터 계산할 수 있다. 또한 도 7(A) 및 도 7(B)에 나타낸 표의 값을 구하기 위한 실험에서 모터(212)(또는 인버터(206))는 가장 악조건이라고 할 수 있는 최대 출력으로 동작시킨다.
다시 도 6으로 돌아와서, 제어부(210)는 인버터(206)의 동작 여부(즉 모터(212)의 동작 여부)를 확인한다(610).
만약 인버터(206)가 동작 중이라면(610의 '예'), 제어부(210)는 도 7(B)에 나타낸 제 2 온도 관련 데이터(Cn)를 산출한다(612). 제 2 온도 관련 데이터(Cn)의 산출은, 현재 인버터(206)가 동작 중이므로 인버터(206)의 동작을 고려한 제 2 온도 관련 데이터(Cn)를 이용하여 냉각 제어를 수행하기 위함이다.
제어부(210)는 인버터(206)가 동작 중임을 고려하여 냉각 제어를 수행하기 위해 LDC(204)의 온도를 추정한다(614). 제어부(210)는 냉각수 온도 검출 값(An)과 제 1 온도 관련 데이터(Bn), 제 2 온도 관련 데이터(Cn)를 모두 취합하여 LDC(204)의 온도를 추정한다(예를 들면 An+Bn+Cn).
인버터(206)가 동작 중일 때를 고려한 LDC(204)의 추정 온도(An+Bn+Cn)가 확보되면, 제어부(210)는 확보된 추정 온도(An+Bn+Cn)에 기초하여 냉각 제어를 수행한다(616).
앞서 언급한 610의 단계에서, 만약 인버터(206)가 동작하지 않는다면(610의 '아니오'), 제어부(210)는 인버터(206)가 비 동작 중임을 고려하여 냉각 제어를 수행하기 위해 LDC(204)의 온도를 추정한다(618). 제어부(210)는 냉각수 온도 검출 값(An)과 제 1 온도 관련 데이터(Bn)만을 취합하여 LDC(204)의 온도를 추정한다(예를 들면 An+Bn). 냉각수 온도 검출 값(An)과 제 1 온도 관련 데이터(Bn)만을 취합하여 LDC(204)의 온도를 추정하는 것은 인버터(206)가 비 동작 중이므로 인버터(206)가 동작 중임을 고려한 제 2 온도 관련 데이터(Cn)를 이용할 필요가 없기 때문이다.
인버터(206)가 비 동작 중일 때를 고려한 LDC(204)의 추정 온도(An+Bn)가 확보되면, 제어부(210)는 확보된 추정 온도(An+Bn)에 기초하여 냉각 제어를 수행한다(616).
이처럼, 본 발명의 실시 예에 따르면, LDC 온도 센서(308)에 장애가 발생하여 LDC(204)의 온도 검출이 정상적으로 이루어지지 않을 때에는 냉각수 온도 센서(310)를 활용함으로써 LDC 온도 센서(308)를 대체할 수 있다. 반대로, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 냉각수 온도 센서(310)에 장애가 발생하여 냉각수의 온도 검출이 정상적으로 이루어지지 않을 때에는 LDC 온도 센서(308)를 활용함으로써 냉각수 온도 센서(310)를 대체할 수도 있다. 이 경우에는 사전에 LDC 온도 센서(308) 및 냉각수 온도 센서(310)의 온도 추종 특성 실험을 실시하고, 온도 추종 특성 실험의 결과에 기초하여 LDC 온도 센서(308)의 온도 검출 결과를 냉각수 온도 센서(310)의 온도 검출 결과로 활용할 수 있도록 한다.
위의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 위에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 전기 자동차
112 : 윈드 쉴드
114 : 사이드 미러
122, 124 : 차륜
152 : 안테나
190 : 도어
192 : 도어 시건 장치
202 : 고전압 배터리
204 : LDC
206 : 인버터
208 : 보조 배터리
210 : 제어부
212 : 모터
214 : 전장 부하
302 : 브래킷
304 : 메탈 PCB
306 : 냉각수 유로
308 : LDC 온도 센서
310 : 냉각수 온도 센서
402 : 냉각수의 실제 온도
404 : LDC의 검출 온도
406 : 냉각수의 검출 온도
112 : 윈드 쉴드
114 : 사이드 미러
122, 124 : 차륜
152 : 안테나
190 : 도어
192 : 도어 시건 장치
202 : 고전압 배터리
204 : LDC
206 : 인버터
208 : 보조 배터리
210 : 제어부
212 : 모터
214 : 전장 부하
302 : 브래킷
304 : 메탈 PCB
306 : 냉각수 유로
308 : LDC 온도 센서
310 : 냉각수 온도 센서
402 : 냉각수의 실제 온도
404 : LDC의 검출 온도
406 : 냉각수의 검출 온도
Claims (24)
- 제 1 전력 변환부가 구비되고 상기 제 1 전력 변환부가 냉각수에 의해 냉각되는 전력 공급 장치의 제어 방법에 있어서,
제 1 온도 센서를 이용하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도 검출하는 단계와;
제 2 온도 센서를 이용하여 상기 냉각수의 온도를 검출하는 단계;
상기 제 1 전력 변환부의 출력을 미리 설정된 복수의 출력으로 변경하면서 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도 및 상기 냉각수의 검출 온도를 측정하여 온도 관련 데이터를 획득하는 단계;
상기 제 1 온도 센서에 의한 상기 제 1 전력 변환부의 온도 검출이 이루어지지 않을 때, 상기 제 2 온도 센서에 의해 검출되는 상기 냉각수의 실제 온도와 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도, 상기 냉각수의 검출 온도 사이의 상기 온도 관련 데이터로부터 상기 냉각수의 검출 온도 에 기초하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하는 단계와;
상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도에 기초하여 상기 전력 공급 장치의 냉각 제어를 수행하는 단계를 포함하는 전력 공급 장치의 제어 방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 냉각수의 유량을 미리 설정된 복수의 유량으로 변경하면서 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도 및 상기 냉각수의 검출 온도를 측정하여 상기 온도 관련 데이터를 획득하는 전력 공급 장치의 제어 방법. - 제 1 항에 있어서,
하나의 모듈에 상기 제 1 전력 변환부와 함께 설치되는 제 2 전력 변환부를 더 포함하고;
상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정할 때 상기 제 2 전력 변환부의 동작 및 비 동작 여부를 고려하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하는 전력 공급 장치의 제어 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 전력 변환부가 동작할 때 상기 제 2 전력 변환부의 동작에 따른 발열을 고려하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하고;
상기 제 2 전력 변환부가 동작하지 않을 때 상기 제 2 전력 변환부의 동작에 따른 발열을 고려하지 않고 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하는 전력 공급 장치의 제어 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 전력 변환부는 고전압 배터리의 직류 전압을 소정의 위상 및 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환하기 위한 인버터인 전력 공급 장치의 제어 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전력 변환부는 고전압 배터리의 직류 전압을 더 낮은 전압 전압으로 변환하기 위한 저전압 직류-직류 변환부인 전력 공급 장치의 제어 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전력 공급 장치의 냉각 제어는 상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도에 기초하여 상기 제 1 전력 변환부의 출력을 조정하는 것인 전력 공급 장치의 제어 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도가 높을수록 상기 제 1 전력 변환부의 출력을 제한하여 발열을 억제하는 전력 공급 장치의 제어 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전력 공급 장치는 전기 자동차의 모터 및 전장 부품에 전력을 공급하기 위한 것인 전력 공급 장치의 제어 방법. - 냉각수에 의해 냉각되는 제 1 전력 변환부와;
상기 제 1 전력 변환부의 온도 검출하는 제 1 온도 센서와;
상기 냉각수의 온도를 검출하는 제 2 온도 센서와;
상기 제 1 전력 변환부의 출력을 미리 설정된 복수의 출력으로 변경하면서 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도 및 상기 냉각수의 검출 온도를 측정하여 온도 관련 데이터를 획득하고,
상기 제 1 온도 센서에 의한 상기 제 1 전력 변환부의 온도 검출이 이루어지지 않을 때, 상기 제 2 온도 센서에 의해 검출되는 상기 냉각수의 실제 온도와 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도, 상기 냉각수의 검출 온도 사이의 상기 온도 관련 데이터로부터 상기 냉각수의 검출 온도 에 기초하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하고, 상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도에 기초하여 전력 공급 장치의 냉각 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 전력 공급 장치. - 삭제
- 삭제
- 제 12 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 냉각수의 유량을 미리 설정된 복수의 유량으로 변경하면서 상기 제 1 전력 변환부의 검출 온도 및 상기 냉각수의 검출 온도를 측정하여 상기 온도 관련 데이터를 획득하는 전력 공급 장치. - 제 12 항에 있어서,
하나의 모듈에 상기 제 1 전력 변환부와 함께 설치되는 제 2 전력 변환부를 더 포함하고;
상기 제어부는 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정할 때 상기 제 2 전력 변환부의 동작 및 비 동작 여부를 고려하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하는 전력 공급 장치. - 제 16 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제 2 전력 변환부가 동작할 때 상기 제 2 전력 변환부의 동작에 따른 발열을 고려하여 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하고;
상기 제 2 전력 변환부가 동작하지 않을 때 상기 제 2 전력 변환부의 동작에 따른 발열을 고려하지 않고 상기 제 1 전력 변환부의 온도를 추정하는 전력 공급 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 2 전력 변환부는 고전압 배터리의 직류 전압을 소정의 위상 및 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환하기 위한 인버터인 전력 공급 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 전력 변환부는 고전압 배터리의 직류 전압을 더 낮은 전압 전압으로 변환하기 위한 저전압 직류-직류 변환부인 전력 공급 장치. - 제 12 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도에 기초하여 상기 제 1 전력 변환부의 출력을 조정하여 상기 전력 공급 장치의 냉각 제어를 수행하는 전력 공급 장치. - 제 20 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제 1 전력 변환부의 추정 온도가 높을수록 상기 제 1 전력 변환부의 출력을 제한하여 발열을 억제하는 전력 공급 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 전력 공급 장치는 전기 자동차의 모터 및 전장 부품에 전력을 공급하기 위한 것인 전력 공급 장치. - 저전압 직류-직류 변환부가 구비되고 상기 저전압 직류-직류 변환부가 냉각수에 의해 냉각되는 전력 공급 장치를 구비하는 전기 자동차의 제어 방법에 있어서,
제 1 온도 센서를 이용하여 상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도 검출하는 단계와;
제 2 온도 센서를 이용하여 상기 냉각수의 온도를 검출하는 단계와;
상기 저전압 직류-직류 변환부의 출력을 미리 설정된 복수의 출력으로 변경하면서 상기 저전압 직류-직류 변환부의 검출 온도 및 상기 냉각수의 검출 온도를 측정하여 온도 관련 데이터를 획득하는 단계;
상기 제 1 온도 센서에 의한 상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도 검출이 이루어지지 않을 때, 상기 제 2 온도 센서에 의해 검출되는 상기 냉각수의 실제 온도와 상기 저전압 직류-직류 변환부의 검출 온도, 상기 냉각수의 검출 온도 사이의 상기 온도 관련 데이터로부터 상기 냉각수의 검출 온도 에 기초하여 상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도를 추정하는 단계와;
상기 저전압 직류-직류 변환부의 추정 온도에 기초하여 상기 전력 공급 장치의 냉각 제어를 수행하는 단계를 포함하는 전기 자동차의 제어 방법. - 냉각수에 의해 냉각되는 저전압 직류-직류 변환부와;
상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도 검출하는 제 1 온도 센서와;
상기 냉각수의 온도를 검출하는 제 2 온도 센서와;
상기 저전압 직류-직류 변환부의 출력을 미리 설정된 복수의 출력으로 변경하면서 상기 저전압 직류-직류 변환부의 검출 온도 및 상기 냉각수의 검출 온도를 측정하여 온도 관련 데이터를 획득하고,
상기 제 1 온도 센서에 의한 상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도 검출이 이루어지지 않을 때, 상기 제 2 온도 센서에 의해 검출되는 상기 냉각수의 실제 온도와 상기 저전압 직류-직류 변환부의 검출 온도, 상기 냉각수의 검출 온도 사이의 상기 온도 관련 데이터로부터 상기 냉각수의 검출 온도 에 기초하여 상기 저전압 직류-직류 변환부의 온도를 추정하고, 상기 저전압 직류-직류 변환부의 추정 온도에 기초하여 전력 공급 장치의 냉각 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 전기 자동차.
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20210928 Patent event code: PE09021S01D |
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Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20220325 |
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Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20220329 Patent event code: PR07011E01D |
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