KR20120130382A - 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법에 관한 것으로서, 전기자동차의 배터리 충전효율 및 운전 초기 방전효율을 극대화할 수 있고 운전 초기에 냉방시스템의 전기부하를 줄일 수 있도록 함으로써 배터리의 에너지 축적 밀도의 한계를 극복하면서 항속거리를 최대한 증대시킬 수 있는 전기자동차의 실내온 및 배터리온 관리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 외부충전장치에 의해 차량 배터리가 충전되는 동안 사용자가 단말기를 조작하여 차량에 원격냉방 작동을 요청하는 단계와; 차량의 무선통신단말기가 원격냉방 작동 요청을 수신하여 제어부에 전달하면 제어부가 배터리 SOC를 체크하는 단계와; 배터리 SOC가 기준 SOC 값 이상이 되는 조건을 만족하면 실내 열부하를 계산하고 계산된 실내 열부하로부터 목표설정온도를 결정하는 단계와; 이어 실내온도가 목표설정온도에 도달 및 유지되도록 냉방시스템을 작동 및 제어하는 단계와; 상기 냉방시스템의 작동 동안 배터리 냉각시스템의 작동을 제어하여 배터리 온도를 관리하는 단계;를 포함하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법이 개시된다.

Description

전기자동차의 충전시 온도 관리 방법{Room and battery temperature management method of electric vehicle}

본 발명은 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차의 배터리 충전효율 및 운전 초기 방전효율을 극대화할 수 있으면서 운전 초기에 냉방시스템의 전기부하를 줄일 수 있는 전기자동차의 실내온 및 배터리온 관리 방법에 관한 것이다.

오늘날 화석연료를 사용하는 내연기관(엔진) 자동차는 배기가스로 인한 환경오염, 이산화탄소로 인한 지구온난화, 오존 생성 등으로 인한 호흡기 질환 유발 등과 같은 많은 문제점을 가지고 있다.

그리고, 지구상에 존재하는 화석연료는 한정되어 있기 때문에 언젠가는 고갈될 위기에 처해 있다.

이에 전기모터를 구동원으로 사용하여 주행하는 친환경 전기자동차(Electric Vehicle,EV)의 개발이 활발히 진행되고 있다.

전기자동차에는 차량을 구동시키기 위한 전기모터와 더불어 전기모터에 전력을 공급하기 위한 배터리가 탑재되는데, 주행 전 외부충전장치로부터 배터리를 충전한 뒤 주행하게 된다.

또한 주지된 바와 같이, 전기자동차에서는 배터리의 에너지 축적밀도의 한계로 인하여 항속거리(1 충전 주행거리)가 매우 중요하다.

특히, 냉방시스템의 작동시에는 컴프레서 및 공조블로워의 구동으로 인해 많은 전력이 소모되고, 이때의 전력 소모로 인해 최대 항속거리는 미작동시의 항속거리와 비교할 때 최대 50% 까지 축소될 수 있다.

따라서, 항속거리의 증대를 위해서는 냉방시스템의 전기부하 축소가 매우 중요하며, 냉방시스템의 소모 전력을 33% 축소시에 항속거리는 대략 40% 이상 증가될 수 있다.

그리고, 배터리 셀의 온도에 따라 충/방전 효율이 크게 달라지는데, 배터리 충전 동안 배터리 셀의 온도가 너무 높거나 낮으면 에너지가 잘 축적되지 않는 문제가 있다(충전효율 저하).

이에 배터리 충전시 충전효율 및 운전 초기의 방전효율을 극대화할 수 있으면서 운전 초기에 냉방시스템의 전기부하를 줄일 수 있는 방안이 필요하다.

종래의 경우 자동차의 온도 관리가 차량 실내의 쾌적성만을 고려하여 실내온도 제어에만 국한되어 있었을 뿐, 배터리 충전효율이나 초기 방전효율, 충전 후 항속거리, 운전 초기의 전기부하, 냉방시스템의 작동량 등에 대해 심도 있는 고려 없이 온도 관리가 이루어졌다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창출된 것으로서, 전기자동차의 배터리 충전효율 및 운전 초기 방전효율을 극대화할 수 있고 운전 초기에 냉방시스템의 전기부하를 줄일 수 있도록 함으로써 배터리의 에너지 축적 밀도의 한계를 극복하면서 항속거리를 최대한 증대시킬 수 있는 전기자동차의 실내온 및 배터리온 관리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, (a) 외부충전장치에 의해 차량 배터리가 충전되는 동안 사용자가 단말기를 조작하여 차량에 원격냉방 작동을 요청하는 단계와; (b) 차량의 무선통신단말기가 원격냉방 작동 요청을 수신하여 제어부에 전달하면 제어부가 배터리 SOC를 체크하는 단계와; (c) 배터리 SOC가 기준 SOC 값 이상이 되는 조건을 만족하면 실내 열부하를 계산하고 계산된 실내 열부하로부터 목표설정온도를 결정하는 단계와; (d) 이어 실내온도가 목표설정온도에 도달 및 유지되도록 냉방시스템을 작동 및 제어하는 단계와; (e) 상기 냉방시스템의 작동 동안 배터리 냉각시스템의 작동을 제어하여 배터리 온도를 관리하는 단계;를 포함하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법을 제공한다.

여기서, 본 발명의 온도 관리 방법은, 상기 (a) 단계 이전에 외부충전장치에 의해 차량 배터리가 충전되는 동안 상기 제어부가 실시간 수집되는 배터리 온도에 따라 배터리 냉각시스템의 작동을 제어하여 배터리 온도를 관리하는 강제 관리모드 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 온도 관리 방법은, 외부충전장치에 의해 차량 배터리가 충전되는 동안 사용자가 단말기를 조작하여 운행시점을 예약하면 예약된 운행시점을 수신한 상기 제어부가 냉방시스템의 작동시점을 계산하는 단계와; 이후 냉방시스템의 작동시점이 되면 제어부가 상기 (b) 단계에서 (e) 단계를 별도로 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 전기자동차의 온도 관리 방법에 의하면, 차량 배터리 충전 중에 원격 또는 예약된 출발 운행시점에 맞추어 차량의 실내온도를 예냉 제어하고 동시에 배터리 온도를 관리하게 됨으로써, 배터리의 충/방전효율을 높여 전기자동차의 항속거리를 증대시킬 수 있게 된다.

또한 충전 중 원격 또는 출발 운행시점에 따른 냉방시스템의 사전 작동으로 승객 탑승시 쾌적한 실내 환경을 제공할 수 있고, 운전 중 냉방시스템에 의한 배터리 소모 전력을 줄일 수 있으므로 항속거리를 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 온도 관리 방법을 구현하기 위한 원격 제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 실내온 및 배터리온 관리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명에서 기준 SOC 값을 결정하기 위한 맵 데이터의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에서 실내 열부하 값으로부터 목표설정온도를 결정하는데 사용되는 데이터의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에서 실내 열부하에 따라 냉방시스템 작동의 제어 상태를 예시한 도면으로서 컴프레서의 온/오프 제어, 풍량 및 풍향 제어의 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에서 컴프레서 허용 전력(a) 및 증발기목표온도(b) 설정 맵의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에서 배터리 냉각시스템 작동 맵의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에서 외기온 및 일사량에 따른 목표설정온도 도달시간 맵의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 전기자동차의 온도 관리 방법에 관한 것으로서, 특히 전기자동차의 배터리 충전효율 및 운전 초기 방전효율을 극대화할 수 있고 운전 초기에 냉방시스템의 전기부하를 줄일 수 있도록 함으로써 배터리의 에너지 축적 밀도의 한계를 극복하면서 항속거리를 최대한 증대시킬 수 있는 전기자동차의 실내온 및 배터리온 관리 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 충전 중 원격 및 예냉 제어의 개념이 도입되는데, 차량 운행 중이 아닌, 외부충전장치에 의해 차량 배터리를 완속 충전할 때 원격 제어 또는 예약 방식으로 냉방시스템(실내 냉방을 위한 것임) 및 배터리 냉각시스템(배터리 온도 관리를 위한 것임)을 작동시켜, 주행 전 미리 실내온도를 쾌적한 온도로 냉방함과 동시에 충전효율 및 운전 초기의 방전효율이 극대화될 수 있도록 배터리의 온도를 관리하게 된다.

이때, 외부충전장치를 차량과 연결하여 배터리를 충전하는 동안 냉방시스템 및 배터리 냉각시스템의 원격 또는 예약 작동이 이루어지므로 냉방시스템 및 배터리 냉각시스템의 작동시(원격 또는 예약(사전) 작동시) 소모되는 전력은 차량 배터리가 아닌 외부충전장치가 충당하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 온도 관리 방법을 구현하기 위한 원격 제어 시스템을 나타내는 구성도로서, 본 발명에 따른 온도 관리 방법을 설명하기에 앞서 냉방시스템 및 배터리 냉각시스템을 원격으로 제어할 수 있는 시스템의 구성에 대해 설명하기로 한다.

도시된 바와 같이, 전기자동차(10)에는 차량 외부의 중앙서버(20)와 이동통신망(예, 3G)이나 무선인터넷망 등의 무선통신망을 통해 통신을 수행하는 무선통신단말기(11)가 탑재된다.

상기 무선통신단말기(11)는 전기자동차(10) 내 제어부, 즉 본 발명의 제어 과정을 수행하는 제어부와 차량 외부의 원격지에 있는 사용자(운전자) 간에 통신이 이루어질 수 있도록 해주는 통신수단이 된다.

또한 사용자의 경우 유/무선인터넷망을 통해 중앙서버(20)와 접속 가능한(통신 가능한) 컴퓨터 등의 단말기(31)를 이용하거나, 이동통신망(3G) 또는 무선인터넷망 등의 무선통신망을 통해 중앙서버(20)와 접속 가능한(통신 가능한) 이동통신단말기(32)를 이용한다.

상기 제어부는 차량의 무선통신단말기(11)에 연결된 통신제어기(12), 배터리 충전과 관련하여 차량 내 충전장치의 제어를 담당하는 충전제어기(13), 냉방시스템을 포함하여 공조시스템의 작동 전반을 제어하는 공조제어기(14), 배터리 상태 관련 정보를 수집하고 배터리 냉각시스템의 작동을 제어하는 배터리 제어기(15) 등을 포함하는 구성이 될 수 있으며, 이들 복수의 제어기가 상호 협조 제어를 통해 본 발명의 제어 과정, 즉 냉방시스템 및 배터리 냉각시스템의 통합 제어 과정을 수행하도록 설정될 수 있다.

공조제어기(14)는 차량의 각 센서들로부터 실내온도, 외기온도, 일사량, 증발기 온도 정보를 수집하고, 공조시스템(냉방시스템을 포함함)의 작동 전반을 제어하게 된다.

즉, 공조시스템의 각종 도어(온도조절도어, 내외기도어, 모드조절도어 등)의 작동을 제어하고, 냉방시스템의 컴프레서 및 공조블로워(blower)의 작동을 제어하게 되는 것이다.

상기 배터리 제어기(15)는 셀에 설치된 온도센서로부터 배터리 온도 정보를 실시간 수집하고, 배터리 충전상태(SOC:State of Charge)를 모니터링하며, 배터리 온도 관리를 위한 배터리 냉각시스템의 냉각블로워 및 후방배출팬의 작동을 제어하게 된다.

또한 충전제어기(13)는 공조제어기(14) 및 배터리 제어기(15)와 제어에 관련된 각종 정보를 주고받으면서 공유하게 되는데, 기본적으로 실내온도, 외기온도, 일사량 정보 등을 공조제어기(14)로부터 수신받으며, 배터리 제어기(15)로부터는 배터리 SOC와 같은 배터리 관련 정보를 수신받게 된다.

여기서, 후방배출팬(Rear Extractor Fan)은 배터리를 통과하여 배터리를 냉각시킨 공기를 차량 외부로 배출하기 위한 것이다.

결국, 상기와 같은 구성에 의해 사용자가 원격으로 상기한 통신망을 통해 후술하는 원격냉방 및 예약냉방의 작동을 요청할 수 있고, 제어와 관련된 각종 사항들을 설정 및 변경할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 배터리 충전 중의 원격 제어 과정으로서 실내온도를 설정된 온도로 제어하는 과정, 실내온도를 설정된 온도로 유지하는 제어 과정, 배터리 온도를 관리 및 제어하는 과정이 진행된다.

실내온도를 설정된 온도로 제어하는 과정에서는 초기 작동시 실내온도 도달시간을 최적화하여 소모 에너지를 최소화해야 하는데, 이를 위해 공조블로워의 풍량을 컴프레서의 작동량에 연동하도록 제어하여 실내온도 도달시간을 최소화하게 된다.

또한 실내온도를 유지하는 제어 과정에서는 실내온도가 목표설정온도 근접시에 컴프레서 작동량 및 풍량 제어를 최적화하여 온도 유지시 발생하는 전력 소모량을 최소화해야 하며, 이를 위해 적은 실내 열부하시에는 후술하는 바와 같이 컴프레서를 오프시키고 공조블로워를 최소 작동시킨다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 실내온 및 배터리온 관리 방법을 나타내는 순서도로서, 배터리 충전 중에 원격 또는 예약된 출발 운행시점에 맞추어 차량의 실내온도를 예냉 제어하고 동시에 배터리 온도를 관리하는 과정을 보여주고 있으며, 도시된 일련의 제어 과정에 의하면 배터리의 충/방전효율을 높여 전기자동차의 항속거리를 증대시킬 수 있게 된다.

즉, 충전 중 원격 또는 출발 운행시점에 따른 냉방시스템의 사전 작동으로 승객 탑승시 쾌적한 실내 환경을 제공하고, 또한 운전 중 냉방시스템(공조시스템)에 의한 배터리 소모 전력을 줄여 항속거리를 증대시키게 되는 것이다.

또한 배터리의 충/방전효율은 배터리 셀의 온도에 따라 민감하게 변화되는데, 이에 예냉된 실내공기를 활용하여 외부충전장치에 의한 배터리 충전 동안 배터리 온도를 최적으로 관리하고, 이를 통해 배터리 충전효율을 높이는 동시에 운전시에도 초기 방전효율을 높일 수 있도록 한다.

본 발명의 온도 관리 과정은 충전시 원격냉방 작동모드, 충전시 예약냉방 작동모드, 및 배터리 온도 관리모드의 3가지 작동모드로 구성되며, 도 2는 원격자동제어 모드인 원격냉방 및 예약냉방 모드를 나타낸 것으로, 좌측은 원격냉방 모드를, 우측은 예약냉방 모드를 나타낸 것이다.

또한 도 3은 배터리 온도 관리모드를 나타낸 것이며, 배터리 온도 관리모드는 배터리 SOC와 무관하게 냉각시스템을 작동시켜 실내 냉기로 배터리 온도를 조절하는 과정이다.

도 2에 나타낸 원격냉방 및 예약냉방시에도 도 3과 동일한 과정으로 배터리 온도 관리가 수행되는바, 도 3은 도 2의 원격냉방 및 예약냉방시 실내 냉방과 별도로 배터리 충전효율을 높이기 위해 배터리 온도를 적정 온도 범위로 관리해주기 위한 배터리 온도 관리 과정(냉각블로워 및 후방배출팬의 구동 제어, 배터리 충전량 제어 등)을 보다 상세히 나타낸 것으로 이해될 수 있다.

또한 도 3의 배터리 온도 관리모드는 배터리 충전 중 원격냉방 요청 및 예약냉방 설정이 없더라도 배터리 온도를 적정 온도 범위로 유지하기 위해 자동으로 강제 수행되는 모드로서, 충전 중 배터리 온도가 적정 온도 범위를 벗어나게 되면 배터리 온도 관리모드가 강제 수행되어, 배터리 온도를 충전 동안 항상 적정 온도 범위로 유지하게 되고, 이로써 충전효율을 높여주게 된다.

먼저, 도 2에 나타낸 바와 같이, 배터리 충전 중 사용자가 자신의 단말기를 조작하여 차량의 무선통신단말기로 원격냉방 작동을 요청한 경우, 즉 도 1의 시스템 구성에 의해 차량의 무선통신단말기가 사용자 단말기로부터 원격냉방 작동 요청을 수신하고 수신된 원격냉방 작동 요청이 통신제어기를 통해 충전제어기에 입력된 경우, 상기 충전제어기는 배터리 제어기로부터 제공되는 배터리 상태 정보, 즉 배터리 SOC를 체크하게 된다.

이때, 충전제어기는 배터리 SOC가 소정의 조건을 만족하면 공조제어기를 온(on) 시키고, 이에 공조제어기는 실내 열부하 계산 및 목표설정온도 결정의 과정을 거쳐 원격냉방을 위한 냉방시스템의 작동을 제어하게 된다.

또한 충전제어기는 배터리 제어기로 하여금 배터리 냉각시스템(냉각블로워 및 후방배출팬)의 작동을 제어하도록 하여 배터리 온도가 적정 온도 범위를 유지할 수 있도록 한다.

상기 SOC 체크 과정에서는 주행을 위한 배터리 충전량과 외기온도, 일사량 정보에 따른 냉방시스템의 소모 에너지를 감안하여 냉방시스템의 작동(공조제어기의 온, 및 공조제어기의 제어하에 수행되는 냉방시스템의 작동)이 활성화되는 SOC 조건을 결정하게 된다.

이 과정에서 충전제어기는 외기온도와 일사량 정보에 기초하여 미리 설정된 맵 데이터로부터 기준 SOC 값을 결정한 뒤 현재의 배터리 SOC가 기준 SOC 값 이상이 되면 원격냉방이 가능한 조건으로 판단하고, 이후 공조제어기를 온(on) 시키게 된다.

도 4는 기준 SOC 값을 결정하기 위한 맵 데이터의 일례로서, 예시한 바와 같은 맵 데이터로부터 현재의 외기온도와 일사량에 해당하는 기준 SOC 값을 추출한 뒤 이를 충전 중 예약냉방의 수행 여부를 결정하기 위한 기준으로 사용하게 된다.

상기와 같이 배터리 SOC가 기준 SOC 값 이상을 만족하게 되면, 이후 공조제어기가 실내 열부하를 계산하게 되는데, 실내 열부하는 실내온도와 외기온도, 일사량 정보에 기초하여 계산되도록 설정될 수 있으며, 예로서 실내 열부하 계산식은 아래의 식(1)과 같이 설정될 수 있다.

실내 열부하 = Offset + K1×(T1 - Tin) + K2 (1)

여기서, Tin은 실내온도를 나타내며, Offset, K1, K2 값은 해당 차량에 대한 선행 테스트로부터 결정하여 미리 설정하게 되는 값들로서, K1은 실내온도 관련 보상 계수이고, K2는 외기온도 및 일사량 관련 보상 계수이다.

상기와 같이 계산되는 실내 열부하 값은 목표설정온도를 결정하는데 사용되는데, 이때 실내 열부하와 목표설정온도의 상관 관계를 정의한 데이터로부터 목표설정온도가 결정된다.

도 5는 실내 열부하 값으로부터 목표설정온도를 결정하는데 사용되는 데이터의 일례를 나타낸 도면으로서, 실내 열부하가 미리 설정된 L 미만인 경우에는 목표설정온도가 T1으로 결정되고, L 이상인 경우에는 T2로 결정된다.

상기와 같이 실내 열부하 및 목표설정온도가 결정되면, 냉방시스템의 작동을 개시하고, 냉방시스템의 작동이 개시된 시점부터 작동시간이 카운트되며, 이후 냉방시스템의 작동 및 제어에 의해 실내온도가 목표설정온도에 도달하도록 실내 냉방이 이루어지게 된다.

냉방시스템의 작동은 차량 외부로부터 공급되는 전력의 한도 내에서 이루어져야 하며, 배터리 충전량도 고려가 되어야 한다.

이를 위해서는 최소의 에너지로 목표설정온도에 도달되도록 해야 하고, 또한 도달 이후에도 냉방시스템의 작동으로 소모되는 에너지를 관리해주는 것이 필요하다.

따라서, 냉방시스템의 작동시 공조제어기의 제어하에 컴프레서의 온/오프, 풍량 및 풍향 등이 실시간의 차량 실내 열부하에 따라 제어되도록 설정됨이 바람직하며, 기본적으로는 환기 손실을 최소화하기 위해 내기순환모드(내외기도어의 위치를 내기순환모드로 설정함)로 냉방시스템이 작동되도록 한다.

도 6은 이전 단계에서 계산된 실내 열부하에 따라 컴프레서의 온/오프 제어, 풍량 및 풍향 제어의 예를 나타내는 도면으로서, 도시된 바와 같이, 실내 열부하에 따라 컴프레서의 온/오프를 제어하며, 또한 실내 열부하에 따라 공조블로워에 인가되는 구동전압(구동속도)을 제어하여 풍량을 제어하게 된다.

도 6의 (b)를 참조하면, 실내 열부하에 따라 구동전압을 정의한 맵 데이터의 일례가 도시되어 있으며, 맵 데이터에서 실내 열부하에 대한 제어 값을 추출하여 공조블로워의 구동 및 풍량을 제어하게 된다.

또한 실내 열부하에 따라 모드조절도어의 위치를 제어하여 차량 실내로 토출되는 냉각공기의 방향을 제어하게 되는데(풍향모드의 제어), 도 6의 (c)에 나타낸 바와 같이 실내 열부하가 높을 경우 얼굴 쪽의 벤트를 통해 냉각공기가 토출되도록 제어하고(모드1), 실내 열부하가 낮을 경우 얼굴과 발 쪽의 벤트를 통해 냉각공기가 토출되도록 제어한다(모드2).

또한 바람직하게는 공조제어기가 실내 온도와 목표설정온도에 기초하여 컴프레서 작동 허용 전력과 작동 목표량(증발기목표온도에 상응하는 것임)을 결정한 뒤 컴프레서 작동을 제어하도록 설정될 수 있다.

즉, 도 7은 컴프레서 허용 전력(a) 및 증발기목표온도(b) 설정 맵의 일례를 나타내는 도면으로서, 컴프레서 작동 허용 전력과 작동 목표량 관련 증발기목표온도는 목표설정온도와 피드백되는 실내온도의 차이에 기초하여 도 7의 (a) 및 (b)와 같은 설정 맵으로부터 추출되며, 추출된 값을 컴프레서의 작동에 반영하게 된다.

예컨대, 컴프레서의 작동 전력을 상기와 같이 결정되는 컴프레서 작동 허용 전력 이내로 제한하되, 컴프레서 작동 허용 전력을 목표설정온도와 실내온도의 차이가 클수록 상향 조정하게 된다.

또한 증발기목표온도가 결정된 뒤 증발기목표온도와 센서에 의해 실시간 측정되는 증발기 온도에 기초하여 컴프레서의 작동을 제어할 수 있으며, 이때 증발기 온도가 증발기목표온도에 도달한 조건에서(컴프레서의 작동량이 작동 목표량에 도달한 것으로 판정함) 컴프레서의 작동을 중지시키는 방식이 적용될 수 있다.

또한 상기와 같은 냉방시스템의 작동시간을 미리 설정된 최대 작동시간(예로 1시간)으로 규제하는데, 최대 작동시간에 도달하면 공조제어기 및 냉방시스템을 완전히 오프(공조 오프)하고, 배터리 냉각시스템(냉각블로워 및 후방배출팬)도 오프하게 된다.

또한 냉방시스템의 작동 오프시에는 공조제어기가 통신제어기 및 차량 내 무선통신단말기를 통해 사용자의 단말기로 냉방시스템이 오프됨을 알려주도록(문자 메시지 등 이용) 설정될 수 있다.

이는 운전자의 초기 작동 의지에서 벗어난 것으로 판단하여 과도한 시간 동안의 전력 소모를 방지하기 위한 것이다.

아울러, 충전 중 배터리 온도를 관리하기 위한 강제 관리모드(원격냉방 및 예약냉방이 아닌 경우에서) 외에, 원격냉방 작동시에도 배터리 온도 관리를 위해 도 3과 같은 관리모드가 함께 수행되는데(후술하는 예약냉방 작동시에도 마찬가지임), 배터리 온도 관리모드는 배터리 온도에 따라 배터리 냉각시스템을 작동시켜 배터리 온도를 적정 온도 범위로 유지하는 모드로서, 도 8과 같은 배터리 냉각시스템 작동 맵이 사용될 수 있다.

배터리 온도 관리모드에 대해 도 3 및 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 배터리 제어기가 실시간 수집되는 배터리 온도(배터리 셀 온도)에 따라 배터리 냉각시스템의 냉각블로워 및 후방배출팬의 온/오프를 제어하게 되며, 특히 도 8의 작동 맵에서와 같이 배터리 온도가 기준온도2 이상으로 상승하면((b) 조건) 냉각블로워 및 후방배출팬을 온(냉각시스템 작동 온)시켜 배터리를 냉각하게 되며, 배터리 온도가 더 상승하여 기준온도3 이상으로 상승하면((c) 조건) 배터리 냉각과 더불어 배터리 충전량을 제한하여 배터리의 온도 상승을 막게 된다.

이는 배터리 온도가 기준온도3 이상에서 충전효율이 급격히 떨어지는 것을 막기 위한 것으로서, 기준온도3 이상의 충전량 제한 모드는 배터리 냉각을 우선으로 시행하기 위한 냉각 우선 모드이다.

반대로 배터리 냉각이 이루어진 뒤 배터리 온도가 기준온도2 미만으로 떨어지게 되면, 충전량 제한은 중지하여 배터리 냉각만을 수행하며, 이후 배터리 온도가 기준온도 1 미만으로 떨어지게 되면 냉각블로워 및 후방배출팬을 오프(냉각시스템 작동 오프)시켜 배터리 냉각을 중지하게 된다.

도 3을 참조하면, 배터리 제어기가 배터리 온도를 수집하여 배터리 온도에 따라 배터리 냉각시스템(냉각블로워 및 후방배출팬)의 작동을 온/오프 제어하는 과정, 배터리 충전량을 제한을 수행하는 과정이 선택적으로 수행됨을 볼 수 있다.

또한 냉방시스템 작동이 동시에 이루어지면 냉각된 실내공기를 냉각블로워가 흡입하여 배터리에 공급해줌으로써 보다 빨리 배터리가 냉각될 수 있게 된다.

도 3에 나타낸 배터리 온도 관리모드는 사용자의 원격냉방 요청이 없거나 후술하는 예약냉방 요청이 없더라도 배터리 온도에 따라 강제로 실시될 수 있으며, 이에 충전 중 배터리 온도가 적정 온도 범위로 유지될 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 사용자가 원격지에서 충전 중 실내 예냉을 요청할 경우 미리 차량 실내를 냉방시킬 수 있게 되며, 이러한 원격냉방 제어 과정은 실내온도를 목표설정온도로 제어하는 것과 더불어 실내온도를 유지하는 제어 과정으로서, 목표설정온도에 맞추어 냉방이 이루어진 뒤 운전자가 보다 쾌적한 상태에서 차량 운행을 시작할 수 있게 된다.

또한 충전 중 외부충전장치의 전력을 이용하여 실내 예냉을 수행하므로 운전 초기에 실내 냉방을 개시하여 배터리 전력을 소모하는 것에 비해 배터리 소모 전력을 줄일 수 있으며, 이에 항속거리가 증대될 수 있게 된다.

또한 충전 중 배터리 온도 관리로 충전효율이 향상될 수 있으며, 배터리 온도가 적정 온도 범위로 관리된 상태에서 차량 주행이 시작되므로 운전 초기 방전효율의 향상 및 항속거리 증대를 기대할 수 있다.

한편, 상기와 같은 원격냉방과 더불어 예약냉방 역시 본 발명의 또 다른 원격 자동 제어 과정으로서, 배터리 충전 중에 사용자가 원격지에서 자신의 단말기를 조작하여 운행시점을 예약할 경우 예약된 운행시점에서 냉방 및 배터리 냉각이 자동으로 수행될 수 있도록 하는 과정이다.

예약냉방은 원격냉방과 별개로 진행되는 과정이므로 앞서 설명한 원격냉방 요청이 있기 전에 예약냉방 요청이 있게 되면 예약냉방이 진행되며, 반대로 전술한 원격냉방의 경우도 예약냉방과 별개로 진행되는 과정이므로 예약냉방 요청이 있기 전에 원격냉방 요청이 있게 되면 원격냉방이 진행된다.

예약냉방 과정에 대해 설명하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 차량 내 무선통신단말기 및 통신제어기를 통해 예약된 운행시점이 수신되면, 충전제어기는 예약된 운행시점으로부터 1시간 이전에 공조제어기를 온 시키게 된다.

이어 공조제어기는 냉방시스템의 작동시점을 계산하고, 이후 작동시점이 되면 원격냉방시와 동일하게 배터리 SOC 체크, 실내 열부하 계산, 목표설정온도 설정, 냉방시스템 작동, 배터리 냉각시스템 작동(배터리 온도 관리 모드)을 수행하게 된다.

작동시점을 계산하는 과정에서 공조제어기는 외기온도와 일사량에 따른 목표설정온도 도달시간 맵을 이용하여 작동시점을 계산하는데, 도달시간 맵의 일례는 도 9에 나타낸 바와 같다.

목표설정온도 도달시간 맵은 외기온도와 일사량에 따라 도달시간(소요시간)이 설정된 맵 데이터로서, 이 도달시간 맵으로부터 목표설정온도에 도달하기까지 소요되는 시간을 추출한 후 운행시점과 소요시간으로부터 작동시점을 구하게 된다.

또한 상기와 같이 구해진 작동시점에서 배터리 SOC 체크를 하는데, 이때 현재의 배터리 SOC 상태가 기준 SOC 값 이상이 될 경우 이후 과정을 진행하여 실내 예냉 및 배터리 온도 관리를 수행하고, 기준 SOC 값 조건을 만족하지 못하면 기준 SOC 값 조건을 만족할 때까지(배터리 SOC가 기준 SOC 값 이상) 작동시점이 연기된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 전기자동차 11 : 무선통신단말기
12 : 통신제어기 13 : 충전제어기
14 : 공조제어기 15 : 배터리 제어기
20 : 중앙서버 31 : 컴퓨터
32 : 이동통신단말기

Claims (14)

1. (a) 외부충전장치에 의해 차량 배터리가 충전되는 동안 사용자가 단말기를 조작하여 차량에 원격냉방 작동을 요청하는 단계와;
   (b) 차량의 무선통신단말기가 원격냉방 작동 요청을 수신하여 제어부에 전달하면 제어부가 배터리 SOC를 체크하는 단계와;
   (c) 배터리 SOC가 기준 SOC 값 이상이 되는 조건을 만족하면 실내 열부하를 계산하고 계산된 실내 열부하로부터 목표설정온도를 결정하는 단계와;
   (d) 이어 실내온도가 목표설정온도에 도달 및 유지되도록 냉방시스템을 작동 및 제어하는 단계와;
   (e) 상기 냉방시스템의 작동 동안 배터리 냉각시스템의 작동을 제어하여 배터리 온도를 관리하는 단계;
   를 포함하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 SOC 체크 과정에서는 외기온도와 일사량 정보에 기초하여 미리 설정된 맵 데이터로부터 기준 SOC 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 실내 열부하는 실내온도와 외기온도, 일사량 정보에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉방시스템이 작동되는 시간은 미리 설정된 최대 작동시간 이내로 제한되는 것을 특징으로 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 최대 작동시간 경과시 냉방시스템이 오프되면 무선통신단말기를 통해 사용자의 단말기로 냉방시스템이 오프됨을 알려주는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 (d) 단계에서 냉방시스템의 작동시, 상기 (c) 단계에서 계산된 실내 열부하에 따라 컴프레서의 온/오프, 공조블로워의 풍량, 차량 실내에 토출되는 냉각공기의 풍향모드를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
   
7. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
   상기 (d) 단계에서 냉방시스템의 작동시, 컴프레서의 작동 허용 전력과 작동 목표량을 결정한 뒤, 컴프레서의 작동 전력을 상기 컴프레서의 작동 허용 전력 이내로 제한하면서 컴프레서의 작동 허용 전력을 목표설정온도와 실내온도의 차이에 따라 조정하고, 컴프레서의 작동량이 작동 목표량에 도달한 조건에서 컴프레서의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 컴프레서 작동 허용 전력은 (c) 단계에서 결정된 목표설정온도와 피드백되는 실내온도의 차이에 따른 값으로 구해지고,
   상기 목표설정온도와 피드백되는 실내온도의 차이에 따른 값으로 증발기목표온도를 구한 뒤 실시간 측정되는 증발기 온도가 상기 증발기목표온도에 도달하면 컴프레서의 작동량이 작동 목표량에 도달한 것으로 판정하여 컴프레서의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   외부충전장치에 의해 차량 배터리가 충전되는 동안 상기 제어부가 실시간 수집되는 배터리 온도에 따라 배터리 냉각시스템의 작동을 제어하여 배터리 온도를 관리하는 강제 관리모드 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리 온도가 기준온도 이상으로 상승할 경우 배터리 냉각시스템의 작동과 더불어 배터리 충전량 제한을 추가로 수행하는 것을 특징으로 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
    
11. 청구항 1 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리 냉각시스템의 작동시 냉방시스템의 작동에 의해 냉각된 실내공기를 배터리에 공급하여 배터리를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
    
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에 외부충전장치에 의해 차량 배터리가 충전되는 동안 사용자가 단말기를 조작하여 운행시점을 예약하면 예약된 운행시점을 수신한 상기 제어부가 냉방시스템의 작동시점을 계산하는 단계와;
    이후 냉방시스템의 작동시점이 되면 제어부가 상기 (b) 단계에서 (e) 단계를 별도로 수행하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 충전시 온도 관리 방법.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 작동시점을 계산하는 단계에서, 외기온도와 일사량에 따른 목표설정온도 도달시간 맵을 이용하여 현재의 외기온도와 일사량으로부터 목표설정온도에 도달하기까지의 소요시간을 구한 뒤, 예약된 운행시점과 소요시간으로부터 작동시점을 구하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 온도 관리 방법.
    
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 배터리 SOC가 기준 SOC 값을 만족하지 못하면 기준 SOC 값 조건을 만족할 때까지 작동시점을 연기하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 온도 관리 방법.

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