KR101714418B1 - 하이브리드 자동차용 냉각 시스템 - Google Patents

하이브리드 자동차용 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 엔진 냉각 루프 및 전장 냉각 루프를 조합하여 시스템 효율을 극대화하는 하이브리드 자동차용 냉각 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 하이브리드 자동차용 냉각 시스템(1000)은, 전장 라디에이터(110)를 포함하여 이루어져 냉각수를 순환시켜 전장품(120)을 냉각하는 전장 냉각 루프(100); 상기 전장 라디에이터(110)와 공기 송풍 방향에 대하여 나란하게 병렬로 배치되는 엔진 라디에이터(210)를 포함하여 이루어져 냉각수를 순환시켜 엔진(220)을 냉각하는 엔진 냉각 루프(200); 상기 전장 라디에이터(110) 및 상기 엔진 라디에이터(210)로 공기를 송풍하는 팬(500); 상기 전장 라디에이터(110)에서 배출되는 냉각수와 상기 엔진 라디에이터(210)에서 배출되는 냉각수가 그 내부로 유통되어 서로 열교환하도록 구비되는 부가 열교환기(300); 상기 전장 라디에이터(110)에서 냉각수가 배출되는 유로 상에 구비되어, 상기 전장 라디에이터(110)에서 상기 부가 열교환기(300)로 유통되는 냉각수 유량을 조절하는 유량 분배 수단(350); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 자동차용 냉각 시스템 {Cooling System for Electric Vehicle}
본 발명은 하이브리드 자동차용 냉각 시스템에 관한 것이다.
최근 저공해 고연비 대책으로 하이브리드 자동차가 점차 각광받고 있는 추세에 있다. 종래에는 휘발유, 경우 등과 같은 화석 연료를 사용하는 엔진을 구비하는 자동차가 일반적으로 사용되어 왔으나, 화석 연료의 매장량 감소 및 환경 오염 문제 등으로 화석 연료를 대체할 자동차용 에너지원에 대한 연구가 있어 왔다. 그 중 현재 가장 활발히 연구되고 있는 에너지원은 연료 전지인데, 아직까지는 연료 전지만으로 작동하는 자동차의 경우 연료 대비 효율이나 냉각 시스템의 최적화 등이 완전히 이루어지지 않은 상태이다. 따라서 현재로서는 화석 연료와 연료 전지(즉 전기)를 모두 사용하는 하이브리드 자동차가 가장 합리적인 대안으로 대두되고 있다. 이러한 연료 전지 자동차 또는 하이브리드 자동차에는 구동원으로서 전기를 사용하는 구동 모터가 구비되며, 화석 연료를 사용하는 엔진을 대체하거나 또는 보조하는 역할을 한다.
화석 연료를 사용하는 내연 기관 자동차의 경우, 엔진에서 고온ㆍ고압의 가스를 점화ㆍ연소시키는 과정에서 매우 많은 양의 열이 발생하게 되며, 따라서 냉각을 시켜 주지 않으면 과열로 인하여 실린더와 피스톤을 포함하는 각종 부품이 녹거나 탐으로써 손상 및 파손이 발생하게 된다. 따라서 실린더 주위에 냉각수를 수용하는 재킷을 설치하고, 상기 재킷 내부로 냉각수를 순환시킴으로써 냉각수가 엔진으로부터 발생하는 열을 흡수함으로써 엔진이 냉각되도록 하고 있다. 그러나 냉각수 역시 오랜 시간 동안 엔진으로부터 열을 흡수하여 고온이 되면 엔진으로부터 더 이상 열을 흡수할 수 없게 되기 때문에, 상기 냉각수를 냉각시켜 주는 장치가 필요한데, 라디에이터(radiator)는 바로 이러한 고온의 냉각수를 순환시켜 냉각시켜 주는 장치로서, 내연 기관에서 발생한 열의 일부를 냉각수를 통해서 대기 속으로 방출하는 역할을 한다. 라디에이터는 대부분의 경우 일반적으로 가장 널리 사용되는 열교환기의 형태, 즉 다열의 튜브들, 상기 튜브들의 양단에 결합되는 한 쌍의 헤더탱크, 상기 튜브들 사이에 개재되는 핀을 포함하여 이루어지는 형태를 가지게 된다.
연료 전지를 동력원으로 하는 전기 자동차의 경우에도 물론, 연료 전지 셀 스택, 모터, 인버터 등과 같은 각 전장 부품에서 발열이 일어난다. 따라서 내연 기관의 냉각수를 이용한 냉각 시스템과 유사한 방식으로, 냉각수를 이용하여 이러한 전장 부품들에서 발생되는 열을 흡수하여 냉각을 수행하게 된다. 또한 역시 내연 기관의 냉각 시스템과 유사하게, 흡수된 열로 인해 온도가 올라가게 된 냉각수를 별도의 라디에이터를 이용하여 냉각시켜 주게 된다.
하이브리드 자동차에서 엔진 냉각수의 작동 환경과 전장품 냉각수의 작동 환경은 서로 크게 다르므로, 서로 독립적인 냉각 루프를 가지게 된다. 도 1은 이와 같은 종래의 하이브리드 자동차의 구동부 냉각 시스템을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 하이브리드 자동차에서는 구동부 냉각을 위하여, 엔진 - 엔진 라디에이터로 냉각수가 순환되는 엔진 냉각 루프와 전장품(Electric Parts) - 전장 라디에이터로 냉각수가 순환되는 전장 냉각 루프가 독립적으로 구비된다. 엔진 라디에이터 및 전장 라디에이터에서 냉각수의 냉각, 즉 외부 공기로의 방열이 일어나는데, 방열 성능을 높이기 위하여 강제 송풍을 위한 팬이 더 구비되는 것이 일반적이다.
상술한 바와 같이 엔진 냉각 루프와 전장 냉각 루프의 냉각수 작동 환경 조건은 서로 상당히 다른 특성들을 갖는다. 구체적으로 설명하자면 먼저, 엔진에서의 발열이 전장품에서의 발열보다 훨씬 크기 때문에 엔진 냉각 루프를 순환하는 냉각수의 온도는 전장 냉각 루프를 순환하는 냉각수의 온도보다 전반적으로 수십 ℃ 가량 높다. 다음으로, 엔진에서의 발열량은 아이들(idle) 상태일 때보다 주행 상태일 때 더 많기 때문에, 엔진 냉각 루프를 순환하는 냉각수의 온도 역시 아이들 상태일 때보다 주행 상태일 때 더 높다. 반면, 전장품의 경우 아이들 상태일 때나 주행 상태일 때나 발열량의 차이가 그리 크지 않은데, 주행 중일 경우 주행풍의 영향으로 전장 라디에이터에서 냉각수로부터 외부 공기로의 발열, 즉 외부 공기의 냉각수로부터의 열 흡수가 보다 활발하게 일어나기 때문에, 전장 냉각 루프를 순환하는 냉각수의 온도는 (엔진 경우와는 반대로) 오히려 주행 상태일 때보다 아이들 상태일 때 더 높다.
이와 같은 특성의 차이 때문에 엔진 냉각 루프 및 전장 냉각 루프를 합쳐 구성하는 것이 어려워, 도 1과 같이 엔진 냉각 루프 및 전장 냉각 루프는 서로 독립적으로 구성되게 되었다. 이 때 보다 구동부 냉각 효율을 높이기 위하여, 엔진 냉각 루프 및 전장 냉각 루프의 구성을 조합 또는 개선하고자 하는 여러 기술들이 연구 개발되어 왔다. 예를 들어 일본특허공개 제2009-012702호("하이브리드 차량용 구동 장치 및 제어 방법", 2009.01.22)에서는, 엔진 온도, 엔진 냉각수 온도, 전장품 냉각수 온도, 전장품 온도 등을 모니터링하여 응축기의 온도를 추정함으로써 응축기의 과열을 방지하는 기술이 개시되어 있고, 일본특허공개 제2007-32646호("하이브리드 차량의 제어 장치", 2007.12.20)에서는, 전장 냉각 루프를 순환하는 냉각수가 전장 부품의 냉각수 온도에 따라 전장 라디에이터를 통과하거나 통과하지 않도록 하는 기술이 개시되어 있다.
1. 일본특허공개 제2009-012702호("하이브리드 차량용 구동 장치 및 제어 방법", 2009.01.22) 2. 일본특허공개 제2007-32646호("하이브리드 차량의 제어 장치", 2007.12.20)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 엔진 냉각 루프 및 전장 냉각 루프를 조합하여 시스템 효율을 극대화하는 하이브리드 자동차용 냉각 시스템을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 자동차용 냉각 시스템은, 전장 라디에이터(110)를 포함하여 이루어져 냉각수를 순환시켜 전장품(120)을 냉각하는 전장 냉각 루프(100); 상기 전장 라디에이터(110)와 공기 송풍 방향에 대하여 나란하게 병렬로 배치되는 엔진 라디에이터(210)를 포함하여 이루어져 냉각수를 순환시켜 엔진(220)을 냉각하는 엔진 냉각 루프(200); 상기 전장 라디에이터(110) 및 상기 엔진 라디에이터(210)로 공기를 송풍하는 팬(500); 을 포함하여 이루어지는 하이브리드 자동차용 냉각 시스템(1000)에 있어서, 상기 전장 라디에이터(110)에서 배출되는 냉각수와 상기 엔진 라디에이터(210)에서 배출되는 냉각수가 그 내부로 유통되어 서로 열교환하도록 구비되는 부가 열교환기(300); 상기 전장 라디에이터(110)에서 냉각수가 배출되는 유로 상에 구비되어, 상기 전장 라디에이터(110)에서 상기 부가 열교환기(300)로 유통되는 냉각수 유량을 조절하는 유량 분배 수단(350); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 하이브리드 자동차용 냉각 시스템(1000)은 상기 엔진(220)이 작동 상태일 때 상기 유량 분배 수단(350)이 작동되어 유량 분배가 수행 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한 이 때, 상기 유량 분배 수단(350)은 상기 전장품(120) 및 상기 엔진(220)이 모두 작동하는 주행 상태일 때 냉각수를 상기 부가 열교환기(500)로 유통시키도록 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부가 열교환기(300)는 복수 개의 플레이트(330)가 적층되어 제1열교환매체가 유동하는 제1매체공간(310)과 제2열교환매체가 유동하는 제2매체공간(320)이 교대로 형성되며, 상기 플레이트(330)에는 상기 제1매체공간(310)으로 제1열교환매체를 각각 유입 및 배출시키도록 통공 형태로 형성되는 제1매체유입구(312a) 및 제1매체배출구(312b)와; 상기 제1매체유입구(312a) 및 상기 제1매체배출구(312b) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제1열교환매체를 수용 및 유동시키는 제1매체탱크부(311)와; 상기 제2매체공간(320)으로 제2열교환매체를 각각 유입 및 배출시키는 제2매체유입구(322a) 및 제2매체배출구(322b)와; 상기 제2매체유입구(322a) 및 상기 제2매체배출구(322b) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제2열교환매체를 수용 및 유동시키는 제2매체탱크부(321);가 구비되어 이루어지는 판형 열교환기 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 부가 열교환기(300)는 상기 제1열교환매체 및 상기 제2열교환매체가 각각 전장 냉각용 냉각수 및 엔진 냉각용 냉각수 또는 엔진 냉각용 냉각수 및 전장 냉각용 냉각수인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 엔진 냉각 루프 및 전장 냉각 루프로 구분되며 각각의 냉각수 작동 환경이 서로 상당히 다른 하이브리드 자동차의 구동부 냉각 시스템에 있어서, 주행 조건에 따라 엔진 냉각 루프를 순환하는 냉각수 및 전장 냉각 루프를 순환하는 냉각수 간에 적절하게 열교환이 이루어지도록 해 줌으로써, 구동부 냉각 시스템의 전반적인 시스템 효율을 극대화하는 큰 효과가 있다. 따라서 본 발명에 의하면 하이브리드 자동차에서 구동부 냉각 시스템의 엔진 / 전장 통합 열 관리를 수행할 수 있는 효과 또한 있다.
더불어, 이와 같이 시스템 효율을 종래보다 끌어올려 줌으로써, 각각의 냉각 루프에 구비되는 열교환기, 특히 엔진 라디에이터에 요구되는 성능이 종래보다 줄어들 수 있어, 쿨링 모듈을 보다 소형화 및 컴팩트화할 수 있는 효과 또한 크다.
도 1은 종래의 하이브리드 자동차의 구동부 냉각 시스템.
도 2는 본 발명의 하이브리드 자동차의 구동부 냉각 시스템.
도 3은 본 발명의 하이브리드 자동차의 구동부 냉각 시스템의 작동 환경 조건의 한 실시예.
도 4는 본 발명의 부가 열교환기의 한 형태.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 하이브리드 자동차용 냉각 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 하이브리드 자동차 구동부의 냉각 시스템을 도시한 것이다. 본 발명의 하이브리드 자동차용 냉각 시스템(1000)은 전장 냉각 루프(100) 및 엔진 냉각 루프(200)와, 이를 연결하여 조합하는 부가 열교환기(300) 및 유량 제어 수단(350)을 포함하여 이루어진다. 상기 전장 냉각 루프(100) 및 상기 엔진 냉각 루프(200)의 기본적인 구성은 일반적인 구동부 냉각 루프의 형태와 같은데, 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 상기 전장 냉각 루프(100)는 전장 라디에이터(110)를 포함하여 이루어져 냉각수를 순환시켜 전장품(120)을 냉각하도록 형성되며, 상기 엔진 냉각 루프(200)는 엔진 라디에이터(210)를 포함하여 이루어져 냉각수를 순환시켜 엔진(220)을 냉각한다. 이 때 상기 엔진 라디에이터(210)는 상기 전장 라디에이터(110)와 공기 송풍 방향에 대하여 나란하게 병렬로 배치되며, 또한 여기에 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기 전장 라디에이터(110) 및 상기 엔진 라디에이터(210)로 공기를 송풍하는 팬(500)이 구비된다.
이 때, 종래의 하이브리드 자동차용 냉각 시스템의 경우 전장품 및 엔진에서의 발열량이나 주행 조건에 따른 발열량 변화 패턴이 서로 상이하기 때문에, 전장 냉각 루프 및 엔진 냉각 루프가 서로 독립적으로 이루어지며 따라서 열 관리 또한 독립적으로 이루어질 수밖에 없었다. 그러나 본 발명에서는 상기 전장 냉각 루프(100)와 상기 엔진 냉각 루프(200)를 연결하여 조합하는 상기 부가 열교환기(300) 및 상기 유량 제어 수단(350)을 가짐으로써, 냉각 시스템의 전체적인 효율을 높임과 동시에 각각의 구동부 냉각 루프를 통합적으로 관리할 수 있도록 한다. 즉 본 발명의 특징적인 구성이 바로 상기 부가 열교환기(300) 및 상기 유량 제어 수단(350)인 것이다. 이하에서 그 구성 및 역할에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 부가 열교환기(300)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 전장 라디에이터(110)에서 배출되는 냉각수와 상기 엔진 라디에이터(210)에서 배출되는 냉각수가 그 내부로 유통되어 서로 열교환하도록 구비된다. 또한, 상기 유량 분배 수단(350)은 상기 전장 라디에이터(110)에서 상기 부가 열교환기(300)로 유통되는 냉각수 유량을 조절하는 역할을 한다. 즉 상기 유량 분배 수단(350)은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기 전장 라디에이터(110)에서 냉각수가 배출되는 유로 상에 구비되어, 상기 전장 냉각 루프(100)로 유통되는 냉각수가 상기 엔진 냉각 루프(200)로 유통되는 냉각수와 열교환할 수 있도록 일부를 분배하여 주는 것이다.
이 때, 본 발명에서 상기 하이브리드 자동차용 냉각 시스템(1000)은 먼저 상기 엔진(220)이 작동 상태일 때 상기 유량 분배 수단(350)이 작동되어 유량 분배가 수행 가능하도록 형성된다. 또한 이 때 상기 유량 분배 수단(350)은, 상기 전장품(120) 및 상기 엔진(220)이 모두 작동하는 주행 상태일 때 냉각수를 상기 부가 열교환기(500)로 유통시키도록 유량을 조절해 주는 특징을 가진다.
하이브리드 자동차는 최초 출발 시나 저속 주행 시 등에는 상기 전장품(120)만이 작동되어 전기만으로 구동되고, 고속 주행 시에는 상기 엔진(220)이 더 작동되어 전기 및 화석 연료의 힘으로 구동되도록 운영되는 것이 일반적이다. 또한 주행 중 정차 시에는 다시 상기 엔진(220)이 꺼짐으로써 공회전으로 인한 연료 소비나 배출 가스 발생을 최소화하도록 되어 있다. 즉, 하이브리드 자동차에서는 일반적으로 아이들 상태 뿐만 아니라 출발 시 등과 같은 저속 주행 시 등에도 상기 엔진(220)은 작동되지 않는다. 상기 엔진(220)이 작동되지 않는 경우에는 상기 엔진 냉각 루프(200)의 작동이 굳이 필요하지 않으므로 상기 유량 분배 수단(350)의 작동이 필요하지 않다. 반면 상기 엔진(220)이 작동되는 경우에는 (이하에서 보다 상세히 설명하겠으나) 상기 전장품 냉각 루프(100)와 상기 엔진 냉각 루프(200)를 연계함으로써 전체적인 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명에서의 냉각수 유통 경로를 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 본 발명의 하이브리드 자동차용 냉각 시스템(100)은, 차량 주행 조건에 관계없이, 상기 엔진 냉각 루프(200)에서의 냉각수는 상기 엔진 라디에이터(210) - 상기 부가 열교환기(300) - 상기 엔진(220)을 순차적으로 통과하여 상기 엔진 라디에이터(210)로 재유입되어 냉각수 순환 경로를 형성한다. 반면 상기 전장 냉각 루프(100)에서는 차량 주행 조건에 따라(즉 정지 상태, 출발 시나 저속 주행시나 정차 시 등과 같이 상기 전장품(120)만이 작동하여 주행하는 상태, 상기 전장품(120) 및 상기 엔진(220)이 모두 작동하여 주행하는 상태 등) 냉각수 순환 경로가 다르게 형성된다.
상기 전장품(120) 및 상기 엔진(220)이 모두 작동하는 주행 상태일 때, 상기 전장 냉각 루프(100)에서의 냉각수는 상기 전장 라디에이터(110) - 상기 유량 분배 수단(350)을 순차적으로 통과한 후, 일부는 상기 전장품(120)을 통과하여 상기 전장 라디에이터(110)로 재유입되고, 나머지 일부는 상기 부가 열교환기(300)를 통과하여 상기 전장 라디에이터(110)로 재유입되어 냉각수 순환 경로를 형성한다.
상기 엔진(220)이 작동하지 않을 때에는, 상기 전장 냉각 루프(100)와 상기 엔진 냉각 루프(200)는 서로 독립적으로 작동되도록 하여, 상기 전장 냉각 루프(100)에서의 냉각수는 상기 전장 라디에이터(110) - 상기 유량 분배 수단(350) - 상기 전장품(120)을 순차적으로 통과하여 상기 전장 라디에이터(110)로 재유입되어 냉각수 순환 경로를 형성한다.
앞서 설명한 바와 같이, 하이브리드 자동차에서는 엔진에서의 발열이 전장품에서의 발열보다 훨씬 크기 때문에 엔진 냉각 루프를 순환하는 냉각수의 온도는 전장 냉각 루프를 순환하는 냉각수의 온도보다 전반적으로 수십 ℃ 가량 높다. 또한, 엔진에서의 발열량은 아이들 상태일 때보다 주행 상태일 때 더 많기 때문에, 엔진 냉각 루프를 순환하는 냉각수의 온도 역시 아이들 상태일 때보다 주행 상태일 때 더 높다.
반면, 전장품의 경우 아이들 상태일 때나 주행 상태일 때나 발열량의 차이가 그리 크지 않은데, 주행 중일 경우 주행풍의 영향으로 전장 라디에이터에서 냉각수로부터 외부 공기로의 발열, 즉 외부 공기의 냉각수로부터의 열 흡수가 보다 활발하게 일어나기 때문에, 전장 냉각 루프를 순환하는 냉각수의 온도는 (엔진 경우와는 반대로) 오히려 주행 상태일 때보다 아이들 상태일 때 더 높다. 도 3은 본 발명의 하이브리드 자동차의 구동부 냉각 시스템의 작동 환경 조건의 한 실시예로서, 상술한 바와 같은 경향들이 잘 나타나 있으며, 하기의 표 1에 보다 간결하게 정리되어 있다.
전장 라디에이터
요구 성능(W)		 전장 냉각수
최고 온도(℃)		 엔진 냉각수
최고 온도(℃)
아이들(idle) 상태 1130 75 100
50kph 8% 1138 65 110
100kph 6% 961 65 110
일반적으로 전장품의 내구 온도는 75℃ 정도로서, 아이들 상태에서 전장 냉각수의 온도가 가장 높아지므로 상기 전장 라디에이터(110)의 요구 성능은 아이들 상태를 기준으로(즉 아이들 상태일 때 냉각수 최고 온도가 75℃ 이하가 되도록) 설계되게 된다. 이 때 표 1에서 보아서도 알 수 있듯이, 자동차가 아이들 상태가 아닌 주행 상태일 때에는, 상기 전장 라디에이터(110)를 유통하는 냉각수의 최고 온도가 65℃ 수준이다. 이 때 상기 전장품(120)의 내구 온도가 75℃ 정도이므로, 상기 전장 라디에이터(110)의 작동에 여유가 생기게 된다. 다시 말해, 주행 상태일 때에는 상기 전장 냉각 루프(100)가 최대의 냉각 효율을 내도록 작동하지 않아도 큰 무리가 없다는 것이다.
반면 상기 엔진 냉각 루프(200)에서는 이와는 반대되는 현상이 나타난다. 즉 상기 엔진 냉각 루프(200)에서는, 상기 전장 냉각 루프(100)에서와는 반대로 주행 상태일 때의 냉각수 최고 온도가 더 높게 나타난다. 다시 말해, 상기 엔진 냉각 루프(200)에서는 주행 상태일 때 보다 냉각 효율을 높일 수 있는 방안이 요구된다는 것이다.
이러한 각 냉각 루프들의 특성을 요약하면, 주행 상태일 때에는 상기 전장 냉각 루프(100)에서의 냉각 효율이 조금 떨어지더라도 상기 전장품(120)의 작동이나 내구성에는 큰 문제가 없는 반면, 상기 엔진 냉각 루프(200)에서는 좀더 냉각 효율을 높이는 것이 필요하다. 반대로, 아이들 상태일 때에는 상기 전장 냉각 루프(100)에서 냉각수 최고 온도가 가장 높아지기 때문에 상기 전장 라디에이터(110)가 최대 냉각 효율로 작동을 해야 하는 반면, 상기 엔진 냉각 루프(200)에서는 주행 상태일 때보다 냉각 부하가 줄어든다.
이러한 특성들을 서로 연관지어 보면, 아이들 상태일 때에는 상기 전장 냉각 루프(100) 및 상기 엔진 냉각 루프(200)가 종래처럼 서로 독립적으로 운영되되, 주행 상태일 때에는 상기 전장 냉각 루프(100)에서의 성능 여유분으로 상기 엔진 냉각 루프(200)의 냉각 효율을 좀더 높일 수 있을 것이라는 결론을 도출할 수 있다. 본 발명의 상기 부가 열교환기(300) 및 상기 유량 분배 수단(350)은 바로 이러한 관점에서 구비되는 것이다. 여기에서 더 고려되어야 할 것은, 하이브리드 자동차의 경우 저속일 때, 출발 시, 정차 시 등에는 상기 엔진(220)이 작동되지 않고, 고속일 때에만 상기 엔진(220)이 작동되도록 운영되는 등, 일반적으로 주행 상태라 할지라도 상기 엔진(220)이 항상 작동되고 있는 것은 아니다. 즉, 상기 엔진(220)이 작동 상태일 때가 아니라면 실질적으로 앞서 설명한 아이들 상태와 같은 조건으로 간주할 수 있는 것이다.
따라서 본 발명에서는, 단순히 아이들 상태 / 주행 상태로 구분하지 않고, 먼저 상기 엔진(220)이 작동 중인지의 여부를 판단하여, 상기 엔진(220)이 작동 중이 아니라면 상기 유량 분배 수단(350)이 작동하지 않도록(즉 상기 전장 냉각 루프(100) 및 상기 엔진 냉각 루프(200)가 서로 독립적으로 운영되도록) 한다. 다음으로, 상기 전장품(120) 및 상기 엔진(220)이 모두 작동하는 주행 상태일 때(즉 주행 상태라 하더라도 상기 전장품(120)만이 작동되는 주행 상태일 경우 상기 엔진(220)의 냉각이 필요하지 않으므로, 이 경우는 포함하지 않는다)에는, 필요 시 상술한 바와 같이 상기 전장 냉각 루프(100)에서의 성능 여유분으로 상기 엔진 냉각 루프(200)의 냉각 효율을 더 높일 수 있도록, 본 발명에서는 상기 유량 분배 수단(350)이 냉각수를 상기 부가 열교환기(500)로 유통시키도록 유량을 조절하게 된다.
상술한 바와 같이, 상기 엔진(220)이 작동하지 않는 상태일 때에는 종래처럼 각 냉각 루프가 서로 독립적으로 운영되도록, 상기 유량 분배 수단(350)은 상기 부가 열교환기(300)로 냉각수가 유통되지 않도록 한다. 그러나 상기 엔진(220)이 작동 중일 때(즉 상기 전장품(120) 및 상기 엔진(220)이 모두 작동하는 주행 상태일 때)에는, 상기 유량 분배 수단(350)를 조절하여 상기 전장 냉각 루프(100)의 냉각수 일부를 상기 부가 열교환기(300)로 유통시켜, 상기 부가 열교환기(300)에서 엔진 냉각수와 전장 냉각수가 서로 열교환하도록 한다. 이에 따라 상기 전장 냉각 루프(100)에서의 여유분을 이용하여 엔진 냉각수를 좀더 냉각할 수 있어, 상기 엔진 냉각 루프(200)의 냉각 효율을 보다 높일 수 있다.
여기에서 표 1이나 도 3의 예시는 단지 하나의 예시일 뿐으로, 이로서 본 발명이 한정되는 것은 물론 아니다. 더불어, 상기 유량 분배 수단(350)에서 상기 부가 열교환기(300)로 분배하는 전장 냉각수의 분배량은 주행 중 냉각수 온도의 변화에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 즉 예를 들어 주행 중에 전장 냉각수 온도가 65℃ 정도라면 1/3 정도를 상기 부가 열교환기(300) 쪽으로 분배하고, 70℃ 정도라면 1/10 정도를 상기 부가 열교환기(300) 쪽으로 분배하는 등과 같이, 온도 조건에 따라 그 분배량은 실차 운영 조건에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 물론 상술한 온도 조건 및 분배량도 단지 하나의 예시일 뿐으로, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 전혀 아니다.
본 발명의 하이브리드 자동차용 냉각 시스템(1000)은 물론, 상기 엔진(220)의 작동 여부를 인지하고 이에 따라 상기 유량 분배 수단(350)의 작동 여부와 개폐 정도를 결정하여 제어하기 위하여, 이러한 제어를 수행할 수 있는 제어 수단(400)을 더 포함할 수 있다. 도 2에는 이러한 제어 수단(400)을 개념적으로 도시하고 있는데, 상기 제어 수단(400)은 차량에 기본적으로 구비되어 있는 제어부를 이용할 수도 있고, 또는 별도의 제어 회로가 독립적으로 꾸며져서 실현될 수도 있는 등, 상기 전장품(120), 상기 엔진(220) 등의 작동 여부를 인지하고 적절한 조건에 따라 상기 유량 분배 수단(350)의 작동 여부나 개폐 정도를 결정하여 제어할 수 있다면, 어떠한 형태로 구현되어도 무방하다.
한편, 현재 차량 부품의 컴팩트화 경향이 점차 커지고 있을 뿐만 아니라, 특히 사고 발생 시 보행자 보호 등과 같은 다양한 이유에 의하여, 차량에 구비되는 쿨링 모듈의 높이 규격이 점점 낮아지고 있는 추세에 있다. 또한, 최근에는 RCAR 시험에 의하여 보험료를 산출하도록 정책이 개편됨에 따라, 차량 전면측에 구비되는 쿨링 모듈 패키지를 축소해야 할 필요성이 더욱 커지고 있다.
이 때, 상술한 바와 같이 상기 엔진 냉각 루프(200)의 냉각 효율을 더욱 높일 수 있음으로서, 종래보다 상기 엔진 라디에이터(210)의 부하가 줄어들게 되며, 따라서 상기 엔진 라디에이터(210)의 두께, 높이, 핀 밀도 등의 축소가 가능해진다. 이에 따라 라디에이터의 코어 높이 축소에 따른 보행자 보호 효과, 코어 두께 축소에 따른 RCAR 경쟁력 확보 효과, 핀 밀도 축소에 따른 콘덴서 냉방 성능 향상 및 팬 모터 송풍 부하 축소 등을 통한 원가 절감 효과 등의 수많은 부가 효과들을 얻을 수 있게 된다.
도 4는 상기 부가 열교환기(300)로 사용될 수 있는 열교환기의 한 형태를 도시한 것이다. 상기 부가 열교환기(300)는, 제1열교환매체와 제2열교환매체를 동시에 유통시키며 또한 두 열교환매체가 서로 열교환할 수 있도록 하는 구조를 가진다면 어떠한 형태로 이루어져도 무방하다. 이 때, 상술한 바와 같은 조건을 만족시키는 열교환기로서 도 4에 도시된 바와 같은 판형 열교환기가 상기 부가 열교환기(300)로서 채용되는 것이 바람직하다.
보다 상세히 설명하자면, 상기 부가 열교환기(300)는, 복수 개의 플레이트(330)가 적층되어 제1열교환매체가 유동하는 제1매체공간(310)과 제2열교환매체가 유동하는 제2매체공간(320)이 교대로 형성되며, 상기 플레이트(330)에는 상기 제1매체공간(310)으로 제1열교환매체를 각각 유입 및 배출시키도록 통공 형태로 형성되는 제1매체유입구(312a) 및 제1매체배출구(312b)와; 상기 제1매체유입구(312a) 및 상기 제1매체배출구(312b) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제1열교환매체를 수용 및 유동시키는 제1매체탱크부(311)와; 상기 제2매체공간(320)으로 제2열교환매체를 각각 유입 및 배출시키는 제2매체유입구(322a) 및 제2매체배출구(322b)와; 상기 제2매체유입구(322a) 및 상기 제2매체배출구(322b) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제2열교환매체를 수용 및 유동시키는 제2매체탱크부(321);가 구비되어 이루어지는 판형 열교환기 형태로 이루어지게 된다. 본 발명의 부가 열교환기(300)로 사용될 경우, 상기 부가 열교환기(300)는 상기 제1열교환매체 및 상기 제2열교환매체가 각각 전장 냉각용 냉각수 및 엔진 냉각용 냉각수 또는 엔진 냉각용 냉각수 및 전장 냉각용 냉각수가 되도록 할 수 있다. 즉 [제1열교환매체가 전장 냉각용 냉각수 / 제2열교환매체가 엔진 냉각용 냉각수]가 되도록 하거나, 또는 [제1열교환매체가 엔진 냉각용 냉각수 / 제2열교환매체가 전장 냉각용 냉각수]가 되도록 하는 두 조합 중 어느 쪽으로 하여도 무방하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000: (본 발명의) 하이브리드 자동차용 냉각 시스템
100: 전장 냉각 루프 110: 전장 라디에이터
120: 전장품 130: 전장 냉각수 펌프
200: 엔진 냉각 루프 210: 엔진 라디에이터
220: 엔진 230: 엔진 냉각수 펌프
300: 부가 열교환기 350: 유량 분배 수단
400: 제어 수단

Claims (5)

  1. 전장 라디에이터(110)를 포함하여 이루어져 냉각수를 순환시켜 전장품(120)을 냉각하는 전장 냉각 루프(100); 상기 전장 라디에이터(110)와 공기 송풍 방향에 대하여 나란하게 병렬로 배치되는 엔진 라디에이터(210)를 포함하여 이루어져 냉각수를 순환시켜 엔진(220)을 냉각하는 엔진 냉각 루프(200); 상기 전장 라디에이터(110) 및 상기 엔진 라디에이터(210)로 공기를 송풍하는 팬(500); 을 포함하여 이루어지는 하이브리드 자동차용 냉각 시스템(1000)에 있어서,
    상기 전장 라디에이터(110)에서 배출되는 냉각수와 상기 엔진 라디에이터(210)에서 배출되는 냉각수가 그 내부로 유통되어 서로 열교환하도록 구비되는 부가 열교환기(300);
    상기 전장 라디에이터(110)에서 냉각수가 배출되는 유로 상에 구비되어, 상기 전장 라디에이터(110)에서 상기 부가 열교환기(300)로 유통되는 냉각수 유량을 조절하는 유량 분배 수단(350);
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 냉각 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 하이브리드 자동차용 냉각 시스템(1000)은
    상기 엔진(220)이 작동 상태일 때 상기 유량 분배 수단(350)이 작동되어 유량 분배가 수행 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 냉각 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 유량 분배 수단(350)은
    상기 전장품(120) 및 상기 엔진(220)이 모두 작동하는 주행 상태일 때 냉각수를 상기 부가 열교환기(500)로 유통시키도록 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 냉각 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 부가 열교환기(300)는
    복수 개의 플레이트(330)가 적층되어 제1열교환매체가 유동하는 제1매체공간(310)과 제2열교환매체가 유동하는 제2매체공간(320)이 교대로 형성되며, 상기 플레이트(330)에는 상기 제1매체공간(310)으로 제1열교환매체를 각각 유입 및 배출시키도록 통공 형태로 형성되는 제1매체유입구(312a) 및 제1매체배출구(312b)와; 상기 제1매체유입구(312a) 및 상기 제1매체배출구(312b) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제1열교환매체를 수용 및 유동시키는 제1매체탱크부(311)와; 상기 제2매체공간(320)으로 제2열교환매체를 각각 유입 및 배출시키는 제2매체유입구(322a) 및 제2매체배출구(322b)와; 상기 제2매체유입구(322a) 및 상기 제2매체배출구(322b) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제2열교환매체를 수용 및 유동시키는 제2매체탱크부(321);가 구비되어 이루어지는 판형 열교환기 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 냉각 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 부가 열교환기(300)는
    상기 제1열교환매체 및 상기 제2열교환매체가 각각 전장 냉각용 냉각수 및 엔진 냉각용 냉각수 또는 엔진 냉각용 냉각수 및 전장 냉각용 냉각수인 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 냉각 시스템.
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