KR102029275B1 - 차량 내 전기 동력 유닛용 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량(1) 내의 전기에너지 저장장치(4) 및 동력 전자장치(5)용 냉각 장치에 관한 것이다. 이 냉각 장치는 전기 기계(2)를 냉각하는 제1 냉각제가 순환하는 제1 냉각 시스템(6), 전기에너지 저장장치(4)를 냉각하는 제2 냉각제가 순환하는 제2 냉각 시스템(15) 및 칠러(20)에서 제2 냉각 시스템(15) 내의 제2 냉각제를 냉각하도록 구성되는 냉동 시스템(25)을 포함한다. 또한 이 냉각 장치는 제1 냉각 시스템(6)의 라디에이터(81)와 라디에이터(8)의 적어도 일부분과 제2 냉각 시스템(15)의 라디에이터(17)를 통하는 제1 기류(31)를 제공하도록 구성된 제1 라디에이터 팬(29) 및 제1 냉각 시스템(6)의 라디에이터(82) 및 라디에이터(8)의 적어도 일부분과 냉동 시스템(25)의 응축기(26)를 통과하는 제2 기류(34)를 제공하도록 구성된 제2 라디에이터 팬(32)을 포함한다.

Description

차량 내 전기 동력 유닛용 냉각장치
본 발명은 청구항 제1항 전제부에 따른 차량 내 전기 동력 유닛용 냉각장치에 관한 것이다.
전기 동력 유닛과 다른 형태의 동력 유닛 예컨대 연소 엔진이 조합된 전기 동력 유닛에 의해 하이브리드 차량이 구동될 수 있다. 전기 동력 유닛은 모터와 제너레이터로 교대로 작동하는 전기 기계, 전기 에너지를 저장하기 위한 전기에너지 저장장치 및 전기에너지 저장장치와 전기 기계 사이의 전기에너지 흐름을 제어하기 위한 동력 전자장치를 포함할 수 있다. 동력 전자장치는 전기 에너지 저장장치와 전기 기계 사이에서 전기에너지를 전도하기 위한 DC 컨버터와 인버터를 포함할 수 있다. 동력 전자장치와 전기에너지 저장장치는 특정 온도 영역 내에서 작동하도록 설계된다. 동력 전자장치와 전기에너지 저장장치는 작동하는 동안에 가열된다. 예를 들어 특정 유형의 전기에너지 저장장치는 최대 40℃ 온도를 상회하는 온도로 가열되어서는 안 된다. 동력 전자장치는 어느 정도 고온으로 가열될 수 있다. 그 결과, 동력 전자장치와 전기에너지 저장장치가 작동하는 동안에 이들을 냉각시키는 것이 중요하다. 또한, 동력 전자장치와 전기에너지 저장장치가 지나치게 저온에 있을 때에는 동력 전자장치의 효율과 전기에너지 저장장치의 효율이 감소된다. 이에 따라, 동력 전자장치와 전기에너지 저장장치가 지나치게 저온에 있을 때에는 동력 전자장치와 전기 에너지 저장장치를 가열하는 것도 적절하다.
DE 10 2012 024 080 A1호는 전기 모터에 의해 구동되는 차량을 도시하고 있다. 전기 모터에 전기 동력을 공급하는 배터리 장치를 냉각시키는 데에 저온 냉각 회로가 사용된다. 고온 냉각 회로는 전기 모터로의 동력 공급을 제어하는 동력 전자장치를 냉각시킨다. 저온 냉각 회로는 열교환기를 통해 AC 회로에 연결될 수 있다.
본 발명의 목적은 차량 내의 전기에너지 저장장치와 동력 전자장치의 온도를 효율적으로 제어하는 냉각 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 간단하게 변형될 수 있는 냉각 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 에너지 효율적으로 작동하는 냉각 장치를 제공하는 것이다.
전술한 본 발명 목적들은 청구항 제1항의 특징부에 따른 냉각 장치에 의해 달성된다. 동력 전자장치는 제1 냉각 시스템에 의해 냉각되고, 전기에너지 저장장치는 제2 냉각 시스템에 의해 냉각된다. 2개의 다른 냉각 시스템들을 사용함으로써, 동력 전자장치와 전기에너지 저장장치를 개별적으로 냉각하는 것이 용이해진다. 냉각 장치는 제1 냉각 기류와 제2 냉각 기류를 제공하는 2개의 라디에이터 팬들을 포함한다. 제1 냉각 시스템과 제2 냉각 시스템은 라디에이터들을 포함하고, 냉동 시스템은 상기 2개의 냉각 기류들 내에서 다른 조합으로 배치될 수 있는 응축기를 포함한다. 이러한 가능성으로 인해, 간단한 방식으로 냉각 장치를 변형할 수 있으며, 사용되는 곳의 기후와 차량 유형에 맞추어 간단하게 수정될 수 있다. 또한, 다양한 방식으로 제2 냉각 시스템과 냉동 시스템 상에서 전기에너지 저장장치에 대해 요구되는 냉각을 분포시킬 수 있다. 제2 냉각 시스템의 냉각 효과는 라디에이터 팬에 공급되는 입력 에너지로 정의된다. 냉동 시스템의 냉각 효과는 냉동 시스템 압축기에 공급되는 입력 에너지로 정의된다. 냉각 장치는 제2 냉각 시스템과 냉동 시스템에 대해 요구되는 냉각 효과를 적절하게 분포시키도록 선택될 수 있다. 바람직하기로는, 제2 냉각 시스템과 냉동 시스템에 공급되는 입력 에너지 총량이 최소가 되는 가장 에너지 효율적인 분포가 선택된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 냉각 시스템은 제1 기류에 의해 냉각되는 제1 부분과 제2 냉각 기류에 의해 냉각되는 제2 부분을 구비하는 싱글 라디에이터를 포함한다. 이 경우, 라디에이터의 다른 부분들이 2개의 라디에이터 팬들에서 나오는 다른 기류들에 의해 냉각될 수 있다. 또는, 제1 냉각 시스템은 제1 기류에 의해 냉각되는 제1 라디에이터와 제2 기류에 의해 냉각되는 제2 라디에이터를 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 제1 냉각 시스템에서 하나의 대형 라디에이터를 사용하기 보다는 2개의 소형 라디에이터들을 사용하는 것이 더 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 냉각 시스템은 냉각제 유동이 제1 냉각 시스템의 적어도 하나의 라디에이터를 우회하도록 하는 적어도 하나의 바이패스 밸브와 바이패스 라인을 포함한다. 이 경우, 제1 냉각제는 2개의 라디에이터들 중 하나의 라디에이터 또는 두 라디에이터에서와 같이 어떠한 라디에이터에서도 냉각되지 않게 된다. 이러한 방식으로, 제1 냉각제의 냉각을 변화시킬 수 있으며, 동력 전자장치의 냉각을 조절할 수 있게 된다. 제2 냉각 시스템은 냉각제 유동이 제2 냉각 시스템의 라디에이터를 우회하도록 하는 바이패스 밸브와 바이패스 라인을 포함할 수도 있다. 예를 들어 전기에너지 저장장치의 온도가 지나치게 낮을 때, 제2 냉각 시스템의 제2 냉각제가 라디에이터에서 냉각되지 않으면서 순환할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 냉각 장치는 제1 냉각 시스템 내의 제1 냉각제와 제2 냉각 시스템 내의 제2 냉각제 사이에 열전달을 제공하는 열교환기를 포함한다. 이 경우, 냉각 시스템의 일 위치에서 냉각제들의 온도를 균등하게 할 수 있다. 이러한 열교환기를 사용함으로써, 냉각 시스템들 중 하나의 냉각 시스템 내의 냉각제를 가열 또는 냉각하여 양 시스템 내의 냉각제의 온도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 상기 열교환기는 제1 냉각 시스템의 라디에이터 유출 라인 내의 제1 냉각제와 제2 냉각 시스템의 라디에이터 유출 라인 내의 제2 냉각제 사이에 열전달을 제공할 수 있다. 이 위치에서, 제1 냉각제가 동력 전자장치로 유입되기 전에 제2 냉각제에 의해 상대적으로 저온으로 냉각될 수 있다. 제2 냉각제는 냉동 시스템에 의해 제2 냉각제가 전기에너지 저장장치로 유입되기 전에 냉동 시스템에 의해 제1 냉각제보다 더 저온으로 냉각될 수 있다. 또한, 제1 냉각 시스템과 제2 냉각 시스템의 라디에이터 유출 라인들은 열교환기의 배치를 용이하게 하는 위치에서 통상적으로 서로 근접하게 배치된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 냉각 시스템의 라디에이터 또는 라디에이터의 일부가 제1 기류의 유동 방향에 대해 제2 냉각 시스템의 라디에이터 하류 위치에 배치된다. 이 경우, 제2 냉각 시스템 내의 제2 냉각제는 제1 냉각 시스템 내의 제1 냉각제보다 더 저온으로 냉각되게 된다. 통상적으로 제2 냉각제에 의해 냉각되는 전기에너지 저장장치가 제1 냉각제에 의해 냉각되는 동력 전자장치보다 더 저온으로 냉각될 필요가 없기 때문에, 제1 냉각제와 제2 냉각제 사이의 이러한 온도 차이가 많은 경우에서 유리하다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 제1 냉각 시스템의 라디에이터 또는 라디에이터의 일부가 제1 기류의 유동 방향에 대해 제2 냉각 시스템의 라디에이터 상류 위치에 배치된다. 주위 공기가 고온일 때, 주위 공기에 의한 냉각 효과는 낮다. 이 경우, 동력 전자장치의 냉각을 보증하기 위해, 제1 기류를 사용하여 제1 냉각 시스템 내의 제1 냉각제를 냉각시키는 것이 유리하다. 모든 경우에서, 제2 냉각제가 전기에너지 저장장치로 유입되기 전에 적당한 저온이 되도록 하기 위해, 제2 냉각제가 냉동 시스템에 의해 냉각될 수 있다. 다른 한편으로, 주위 공기가 저온일 때에는 주위 공기의 냉각 효율이 높게 된다. 이 경우에는, 통상적으로 제2 기류로 라디에이터 내의 제1 냉각제를 냉각하는 것이 충분하다. 제1 기류 내의ㅣ 라디에이터는 우회될 수 있다. 그 결과, 제2 냉각제는 주위 온도의 공기에 의해 하류에 위치하는 라디에이터 내에서 냉각될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 냉각 시스템의 라디에이터 또는 라디에이터의 일부가 제1 기류의 유동 방향에 대해 냉동 시스템의 응축기 하류 위치에 배치된다. 통상적으로 냉동이 제1 냉각 시스템 내의 제1 냉각제보다는 더 저온의 공기에 의해 냉각될 필요가 있기 때문에, 응축기와 제1 냉각 시스템의 라디에이터를 이러한 방식으로 배치하는 것이 유리하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 각각의 라디에이터 팬들이 전기모터에 의해 구동될 수 있다. 전기모터의 속도는 쉽게 조절될 수 있으며, 이에 따라 라디에이터 팬들의 속도와 라디에이터 팬들과 응축기를 통과하는 냉각 기류의 속도도 쉽게 조절될 수 있다. 전기에너지 저장장치와 동력 전자장치가 적당한 작동 온도를 계속해서 유지하도록 하기 위해, 제어 유닛은 전기에너지 저장장치와 동력 전자장치의 온도에 관한 정보를 수신하여, 라디에이터 팬들을 제어한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 냉각 시스템이 외부 열원에 의해 제1 냉각제를 가열할 수 있는 열교환기를 포함한다. 냉각 환경에서 냉각이 시작한 후 특정 작동 조건 중에, 동력 전자장치가 지나치게 저온일 수 있다. 이 경우, 고온의 매체가 열교환기를 향하여 열원으로부터 제1 냉각제를 가열할 수 있다. 결과적으로 제1 냉각제가 동력 전자장치의 온도를 적당한 온도 수준으로 가열한다. 전기 기계 형태의 열원을 냉각하는 냉각제가 제1 냉각제와 동력 전자장치를 가열하는 데에 사용될 수 있다. 제2 냉각 시스템은 열원에 의해 제2 냉각제를 가열할 수 있는 열교환기를 포함할 수 있다. 이에 의해, 전기에너지 저장장치가 최소 온도보다 더 저온일 때, 전기에너지 저장장치를 신속하게 가열할 수 있게 된다. 연소 엔진 형태의 열원을 냉각하는 냉각제가 제2 냉각제와 전기에너지 저장장치를 적당한 온도 수준으로 가열하는 데에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 라디에이터 팬과 제2 라디에이터 팬이 서로 인접하고 평행하게 그리고 동일 방향으로 흐르는 제1 기류와 제2 기류를 제공하도록 차량 내에 위치한다. 이 경우, 라디에이터 팬들이 차량의 일 표면에서 상대적으로 서로에 대해 근접하게 배치된다. 바람직하기로는, 라디에이터 팬들이 차량의 전방 면에 배치된다. 이 위치에서, 제1 기류와 제2 기류를 하는 데에 램 공기가 라디에이터 팬들을 보조한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 냉각장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 냉각장치를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 냉각장치를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 냉각장치를 도시하는 도면이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참고하여 예시들로서 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
도 1은 개략적으로 적시되어 있는 하이브리드 차량(1)용 냉각 장치를 도시하고 있다. 하이브리드 차량(1)은 전기 기계(2)와 연소 엔진(3)에 의해 구동된다. 전기 기계는 모터와 제너레이터로 교대로 작동한다. 하이브리드 차량(1)은 전기에너지를 저장하기 위한 전기에너지 저장장치(4)와, 전기 기계(2)와 전기에너지 저장장치(4) 사이의 전기 에너지 흐름을 제어하기 위한 동력 전자장치(5)를 포함한다. 전기에너지 저장장치(4)와 동력 전자장치(5)는 각각 특정 온도 영역에서 작동하도록 설계되어 있다. 전기에너지 저장장치(4)와 동력 전자장치(5)는 작동하는 동안에 가열된다. 이에 따라 전기에너지 저장장치(4)와 동력 전자장치(5)는 작동하는 중에 냉각될 필요가 있게 된다. 동력 전자장치(5)는 전기에너지 저장장치(4)보다는 약간 높은 온도를 구비하게 설계되어 있다. 냉 시동과 같이 특정 작동 조건에서 작동하는 중에, 전기에너지 저장장치(4)와 동력 전자장치(5)의 온도가 지나치게 낮아질 수 있다. 이러한 경우, 전기에너지 저장장치(4)와 동력 전자장치(5)는 가열되는 것이 적절하다.
하이브리드 차량(1)은 제1 순환 냉각제를 구비하는 제1 냉각 시스템(6)을 포함한다. 제1 냉각 시스템(6)은 팽창 탱크(7)를 포함한다. 제1 냉각 시스템(6)은 제1 순환 냉각제가 냉각되는 라디에이터(8)를 추가로 포함한다. 제1 냉각제는 유입 라인(8a)을 통해 라디에이터(8)로 유입되고, 라디에이터 유출 라인(8b)을 통해 라디에이터(8)로부터 유출된다. 라디에이터 유출 라인(8b)은 제1 냉각제를 펌프(9)를 향하게 한다. 펌프(9)는 제1 냉각 시스템(6) 내에서 제1 냉각제를 순환시킨다. 펌프(9)는 제1 냉각제를 그 제1 냉각제가 가열될 수 있는 열교환기(10)를 향하게 한다. 이 경우, 전기 기계(2)를 냉각시키는 냉각 시스템의 일부인 회로(11)가 제1 냉각제를 가열시키기 위해 사용된다. 제어 유닛(12)은 제어 밸브(13)를 사용하여 열교환기(10)로 흐르는 매체 유동을 조절한다. 또는, 제1 냉각제를 가열하는 데에 전기 히터가 사용될 수 있다. 열교환기(10)를 빠져 나가는 제1 냉각제가 동력 전자장치(5)로 유입된다. 주로, 제1 냉각제는 동력 전자장치(5)를 냉각하는 데에 사용되지만, 제1 냉각제가 동력 전자장치(5)를 가열하는 데에도 사용될 수 있다. 온도 센서(14)는 열교환기(10)를 빠져 나가는 제1 냉각제 온도를 측정한다. 마지막으로, 제1 냉각제가 라디에이터(8)로 복귀한다.
하이브리드 차량(1)은 제2 순환 냉각제를 구비하는 제2 냉각 시스템(15)을 포함한다. 제2 냉각 시스템(15)은 팽창 탱크(16)를 포함한다. 제2 냉각 시스템(15)은 제1 단계에서 제2 순환 냉각제가 냉각되는 라디에이터(17)를 추가로 포함한다. 제2 냉각제는 유입 라인(17a)을 통해 라디에이터(17)로 유입되고, 라디에이터 유출 라인(17b)을 통해 라디에이터(17)로부터 유출된다. 라디에이터(17) 유입 라인(17a)은 바이패스 밸브(18)를 포함한다. 바이패스 밸브(18)는 제2 냉각제를 라디에이터(17)를 향하게 하거나 또는 제2 냉각제를 라디에이터(17)를 지나쳐 라디에이터 유출 라인(17b)을 향하게 하는 라디에이터 바이패스 라인(17c)을 향하게 할 수 있다. 라디에이터 유출 라인(17b)은 제2 냉각제를 펌프(19)를 향하게 한다. 펌프(19)는 제2 냉각 시스템(15) 내에서 제2 냉각제를 순환시킨다. 펌프(19)는 제2 냉각제를 제2 단계에서 제2 냉각제가 냉각될 수 있는 칠러(20)를 향하게 한다. 그런 다음, 제2 냉각제는 그 제2 냉각제가 가열될 수 있는 열교환기(21)로 유입된다. 이 경우, 연소 엔진(3)을 냉각시키는 냉각 시스템의 일부인 회로(22)가 제2 냉각제를 가열시키기 위해 사용된다. 제어 유닛(12)은 제어 밸브(23)를 사용하여 열교환기(21)로 흐르는 냉각제 유동을 조절한다. 또는, 제2 냉각제를 가열하는 데에 전기 히터가 사용될 수 있다. 열교환기(21)를 빠져 나가는 제2 냉각제가 전기에너지 저장장치(4)로 유입된다. 주로, 제2 냉각제는 전기에너지 저장장치(4)를 냉각하는 데에 사용되지만, 제2 냉각제가 전기에너지 저장장치(4)를 가열하는 데에도 사용될 수 있다. 온도 센서(24)는 제2 냉각제가 전기에너지 저장장치(4)를 빠져 나갈 때, 제2 냉각제 온도를 측정한다. 마지막으로, 제2 냉각제가 라디에이터(17)로 복귀한다.
하이브리드 차량(1)은 순환 냉매를 구비하는 냉동 시스템(refrigeration system)(25)을 포함한다. 냉동 시스템(25)은 냉매가 응축되는 응축기(26)를 포함한다. 액화된 냉매는 냉매가 압력 강하되어 상당히 저온으로 되는 팽창 밸브(27)를 향하게 된다. 그런 다음, 냉매는 제2 냉각 시스템의 칠러(20) 형태의 증발기로 유입된다. 기화된 냉매는 압축기(28)를 향한다. 압축기(28)는 냉매를 압축시킨다. 압축기(28)를 떠나 응축기(26)로 유입되는 냉매의 온도와 압력은 상승되어 있다.
하이브리드 차량(1)은 전기모터(30)에 의해 구동되는 라디에이터 팬(29)을 포함한다. 제어 유닛(12)은 전기모터(30)와 라디에이터 팬(29) 속도를 제어한다. 라디에이터 팬(29)은 제1 냉각 시스템의 라디에이터(8)의 절반부와 제2 냉각 시스템의 라디에이터(17)를 통해 제1 기류(31)를 제공한다. 제2 냉각 시스템의 라디에이터(17)는 제1 기류(31)의 유동 방향에 대해 제1 냉각 시스템의 라디에이터(8) 절반부의 상류 위치에 배치되어 있다. 이에 따라, 제2 냉각제는 라디에이터(17) 내에서 라디에이터(8) 내의 제1 냉각제보다 더 낮은 온도로 냉각된다. 하이브리드 차량(1)은 전기모터(33)에 의해 구동되는 제2 라디에이터 팬(32)을 포함한다. 제어 유닛(12)은 전기모터(33)와 제2 라디에이터 팬(32) 속도를 제어한다. 제2 라디에이터 팬(32)은 제1 냉각 시스템의 라디에이터(8)의 나머지 절반부와 냉동 시스템의 응축기(26)를 통해 제2 기류(34)를 제공한다. 냉동 시스템의 응축기(26)는 제2 기류(34)의 유동 방향에 대해 제1 냉각 시스템(6)의 라디에이터(8) 절반부의 상류 위치에 배치되어 있다. 통상적으로, 냉매는 응축기(26)에서 라디에이터(8) 내의 제1 냉각제보다 더 낮은 온도로 냉각되지만, 응축기 부하, 응축기 성능 및 라디에이터 성능에 따라 달라질 수 있다.
하이브리드 차량(1)이 작동하는 동안, 제어 유닛(12)은 제1 온도 센서(14)로부터 제1 냉각제 온도에 관한 정보를 그리고 제2 온도 센서(24)로부터 제2 냉각제 온도에 관한 정보를 수신한다. 냉각제들의 온도는 전기에너지 저장장치(4)와 동력 전자장치(5)의 온도와 관련되어 있다. 또는, 온도 센서들이 전기에너지 저장장치(4)와 동력 전자장치(5)의 온도를 직접 측정하는 데에 사용될 수 있다. 제어 유닛(12)은 제1 라디에이터 팬(29)과 제2 라디에이터 팬(32) 속도를 제어하며, 이에 따라 라디에이터(8) 내의 제1 냉각제의 냉각을 제어하게 된다. 제어 유닛(12)은 제2 라디에이터 팬(32)의 속도와 라디에이터(17)를 빠져 나가는 제2 냉각제의 온도를 제어한다. 제1 단계에서 라디에이터(17)에서 제2 냉각제가 냉각되고, 제2 단계에서 칠러(20)에서 전기에너지 저장장치(4)를 냉각한다.
동력 전자장치(5)의 온도가 지나치게 높은 경우, 제1 냉각제가 라디에이터(8) 내 온도를 낮추도록 제어 유닛(12)이 제1 팬(29)의 속도 및/또는 제2 팬(32)의 속도를 증가시킬 수 있다. 동력 전자장치(5)의 온도가 지나치게 낮은 경우 또는 불필요하게 낮은 경우, 라디에이터(8)를 빠져 나가는 제1 냉각제가 약간 높은 온도로 냉각되도록 제어 유닛(12)이 제1 팬(29)의 속도 및/또는 제2 팬(32)의 속도를 감소시킬 수 있다. 이와는 다르게 또는 이와 조합하여, 전기 기계(2)를 냉각시키는 매체가 동력 전자장치(5)에 도달하기 전에 제1 냉각제를 가열하도록, 제어 유닛(12)이 밸브(13)를 개방할 수 있다.
전기에너지 저장장치(4)의 온도가 지나치게 높은 경우, 제2 냉각제가 라디에이터(17) 내에서 저온으로 냉각되도록, 제어 유닛(12)이 제1 팬(29)의 속도를 증가시킬 수 있다. 이와는 다르게 또는 이와 조합하여, 제어 유닛(12)이 압축기(28)를 작동시키고, 제2 단계에서, 제2 냉각제가 전기에너지 저장장치(4)로 유입되기 전에 칠러(20) 내에서 제2 냉각제를 냉각시킬 수 있다. 제2 냉각제의 냉각을 추가로 증가시키기 위해, 응축기(26) 내에서 냉매가 더 낮은 응축 온도를 수용하여 칠러(20) 내의 제2 냉각제의 냉각을 증가시키도록, 라디에이터 팬(32)의 작동 속도를 증가시킬 수 있다. 전기에너지 저장장치(4)의 온도가 너무 낮은 경우, 제어 유닛(12)이 제1 라디에이터 팬(29) 작동 속도를 감소시켜 라디에이터(17) 내 제2 냉각제를 냉각시킬 수 있다. 또는, 제어 유닛(12)이 제2 라디에이터 팬(32) 작동 속도를 감소시켜 응축기(26) 내 냉매의 냉각을 줄일 수 있다. 또한, 제어 유닛(12)은 바이패스 밸브(18)가 제2 냉각제의 유동을 바이패스 라인(17)을 향하게 하고 라디에이터(17)를 지나치게 하는 바이패스 위치로 바이패스 밸브(18)를 설정할 수 있다. 제어 유닛(12)은 또한 압축기 냉동 시스템(25)의 압축기(28)를 정지시킬 수 있다. 그 결과로, 제2 냉각제가 칠러(20) 내에서 냉각되지 않게 된다. 마지막으로, 연소 엔진(3)을 냉각시키는 냉각제가 전기에너지 저장장치(4)로 유입되기 전에 열교환기(21) 내의 제2 냉각제를 가열하도록 제어 유닛(12)이 밸브(23)를 개방할 수 있다.
결과적으로, 제어 유닛(12)은 냉각제들이 전기에너지 저장장치(4)와 동력 전자장치(5)를 냉각하기 전에 제1 냉각제와 제2 냉각제의 온도를 조절하기 위한 많은 옵션을 구비한다. 제어 유닛(12)은 전기에너지 저장장치(4)와 동력 전자장치(5)의 온도 차이가 있는 중에 에너지적으로 가장 효율적인 것에 대한 정보를 취득할 수 있다. 제어 유닛(12)은 전기에너지 저장장치(4)와 동력 전자장치(5)의 실제 온도를 유지하거나 조절하기 위해 가장 에너지 효율적인 옵션을 선택한다. 가장 에너지 효율적인 것은 라디에이터 팬(29)과 냉동 시스템(25)의 압축기(28)에 최소의 전기에너지를 공급하는 것으로 정의될 수 있다.
도 2는 냉각 장치의 다른 실시형태를 도시하고 있다. 이 경우에서, 라디에이터(8)는 두 개의 소형 라디에이터들(81, 82)로 분할되어 있다. 하나의 대형 라디에이터(8) 설치를 위한 공간을 찾는 것보다는 두 개의 소형 라디에이터들(81, 82) 설치 공간을 찾는 것이 더 용이한 것이 통상적이다. 또한, 제1 냉각 시스템은 바이패스 라인(35), 제1 바이패스 밸브(36) 및 제2 바이패스 밸브(37)를 포함한다. 제어 유닛(12)은 제1 바이패스 밸브(36)를 논-바이패스 위치 또는 바이패스 위치로 설정할 수 있다. 논-바이패스 위치에서 제1 바이패스 밸브(36)는 제1 냉각제 유동이 제2 기류(34)에 의해 냉각되는 라디에이터(82)를 향하게 한다. 바이패스-위치에서 제1 바이패스 밸브(36)는 제1 냉각제 기류가 라디에이터들(81, 82)을 지나치게 한다. 제어 유닛(12)은 제2 바이패스 밸브(37)를 논-바이패스 위치 또는 바이패스 위치로 설정할 수 있다. 논-바이패스 위치에서 제2 바이패스 밸브(37)는 제1 냉각제 유동이 제1 기류(31)에 의해 냉각되는 라디에이터(81)를 향하게 한다. 바이패스-위치에서 제2 바이패스 밸브(37)는 제1 냉각제 기류가 제1 기류(31)에 의해 냉각되는 라디에이터(81)를 향하게 한다. 이 경우, 제어 유닛(12)은 제1 냉각제의 온도 및 동력 전자장치(5)의 냉각/가열을 조절하는 추가의 옵션을 달성하게 된다.
도 3은 냉각 장치의 또 다른 실시형태를 도시하고 있다. 이 경우, 라디에이터 유출 라인(8b) 내의 제1 냉각제와 라디에이터 유출 라인(17b) 내의 제2 냉각제 사이에서 열에너지를 전도하는 데에 열교환기(38)가 사용된다. 이 경우, 제1 냉각제와 제2 냉각제 사이의 온도 차가 실질적으로 없어질 수 있다. 작동 조건 중에, 전기 기계(2)가 열교환기(10) 내 제1 냉각제를 가열할 때, 열교환기(38)와 전기에너지 저장장치(4) 내의 제1 냉각제에 의해 제2 냉각제가 가열될 수 있다. 작동 조건 중에, 전기 기계(2)가 열교환기(21) 내의 제2 냉각제를 가열할 때, 열교환기(38)와 동력 전자장치(5) 내의 제2 냉각제에 의해 제1 냉각제가 가열될 수 있다.
도 4는 냉각 장치의 또 다른 실시형태를 도시하고 있다. 이 경우, 제1 기류(31) 내의 라디에이터들(81, 17)의 위치가 변경되어 있다. 그 결과로, 제2 냉각 시스템(15) 내의 라디에이터(17)는 제1 기류(31)의 유동 방향에 대해 제1 냉각 시스템(6) 내의 라디에이터(81) 하류에 배치되어 있다. 주위 공기의 온도가 고온일 때, 제1 기류(31)는 상류에 위치하는 라디에이터(81) 내의 제1 냉각제를 효율적으로 냉각한다. 그러나, 이 경우, 제1 기류가 하류에 위치하는 라디에이터(17)를 가열할 위험이 있다. 이러한 위험이 존재할 때, 제2 냉각제는 바이패스 라인(17c)을 향하여 라디에이터(17)를 지나치게 된다. 이 경우, 제2 냉각제는 냉동 시스템에 의해 칠러(20) 내에서 저온으로 냉각된다. 주위 공기의 온도가 저온일 때, 바이패스 밸브(36)는 제1 냉각제를 바이패스 라인(35)을 향하게 하여 라디에이터(81)를 지나치게 한다. 이 경우, 제1 냉각제는 제2 기류(34)에 의해 라디에이터(82) 내에서 충분하게 냉각된다. 제1 기류(31)는 주위 공기 온도로 하류에 위치하는 라디에이터(17)로 유입되어 제2 냉각 시스템(15) 내의 제2 냉각제를 효율적으로 냉각한다.
전술한 실시형태들의 냉각 장치는 개별적으로 제어되는 2개의 냉각 기류들(31, 34)을 포함하는 기본 구조를 상대적으로 조금만 설계 변경하여 설계될 수 있다. 이에 따라, 냉각 시스템(6, 15)의 라디에이터들(8, 81, 82, 17)과 냉동 시스템의 응축기(26)의 위치를 제1 기류(31)와 제2 기류(34) 내에서 서로에 대해 다른 위치로 배치하는 것이 비교적 복잡하지 않다. 또한, 열교환기(38)를 2개의 냉각 시스템 내의 냉각제들 사이에 열전달을 제공하는 라디에이터 유출 라인들(8b, 17b)에 선택적으로 배치하는 하는 용이하다. 마지막으로, 열교환기(10, 21) 또는 다른 종류의 가열 요소를 냉각제를 가열하는 각각의 냉각 시스템에 배치할 수 있다.
이에 따라, 냉각 시스템들은 쉽게 부가되고, 제거되거나 혹은 다른 부품들로 대체될 수 있는 복수의 부품들을 포함한다.
본 발명이 도면들이 참고되어 있는 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위의 범위 내에서 자유로이 변경될 수 있다.

Claims (15)

  1. 차량(1) 내의 전기 동력 유닛용 냉각 장치로, 상기 전기 동력 유닛은 전기 기계(2), 전기에너지를 저장하기 위한 전기에너지 저장장치(4) 및 전기에너지 저장장치(4)와 전기 기계(2) 사이의 전기에너지 흐름을 제어하기 위한 동력 전자장치(5)를 포함하고, 냉각 장치는 전기 기계(2)를 냉각하는 제1 냉각제가 순환하는 제1 냉각 시스템(6), 전기에너지 저장장치(4)를 냉각하는 제2 냉각제가 순환하는 제2 냉각 시스템(15) 및 칠러(20)에서 제2 냉각 시스템(15) 내의 제2 냉각제를 냉각하도록 구성되는 냉동 시스템(25)을 포함하는, 냉각 장치에 있어서,
    상기 냉각 장치는 제1 냉각 시스템(6)의 라디에이터(8, 81)의 적어도 일부분과 제2 냉각 시스템(15)의 라디에이터(17)를 통하는 제1 기류(31)를 제공하도록 구성된 제1 라디에이터 팬(29) 및 제1 냉각 시스템(6)의 라디에이터(8, 82)의 적어도 일부분과 냉동 시스템(25)의 응축기(26)를 통과하는 제2 기류(34)를 제공하도록 구성된 제2 라디에이터 팬(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 냉각 시스템(6)은 제1 기류(31)에 의해 냉각되는 제1 부분과 제2 냉각 기류(34)에 의해 냉각되는 제2 부분을 구비하는 싱글 라디에이터(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 냉각 시스템은 제1 기류(31)에 의해 냉각되는 제1 라디에이터(81)와 제2 기류에 의해 냉각되는 제2 라디에이터(82)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    제1 냉각 시스템(6)은 냉각제 유동이 제1 냉각 시스템(6)의 적어도 하나의 라디에이터(81, 82)를 우회하도록 하는 적어도 하나의 바이패스 밸브(36, 37)와 바이패스 라인(35)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    제2 냉각 시스템(15)은 냉각제 유동이 제2 냉각 시스템(15)의 라디에이터(17)를 우회하도록 하는 바이패스 밸브(18)와 바이패스 라인(17c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    제1 냉각 시스템(6) 내의 제1 냉각제와 제2 냉각 시스템(15) 내의 제2 냉각제 사이에 열전달을 제공하는 열교환기(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    열교환기(38)가 제1 냉각 시스템(6)의 라디에이터 유출 라인(8b) 내의 제1 냉각제와 제2 냉각 시스템(15)의 라디에이터 유출 라인(17b) 내의 제2 냉각제 사이에 열전달을 제공하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 냉각 시스템(6)의 라디에이터(81) 또는 라디에이터(8)의 일부가 제1 기류(31)의 유동 방향에 대해 제2 냉각 시스템(15)의 라디에이터(17) 하류 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 냉각 시스템(6)의 라디에이터(81) 또는 라디에이터(8)의 일부가 제1 기류(31)의 유동 방향에 대해 제2 냉각 시스템(15)의 라디에이터(17) 상류 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 냉각 시스템(6)의 라디에이터(82) 또는 라디에이터(8)의 일부가 제1 기류(31)의 유동 방향에 대해 냉동 시스템의 응축기(26) 하류 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 라디에이터 팬들(29, 32)이 전기모터(30, 33)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    라디에이터 팬들(29, 32)의 속도가 제어 유닛(12)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 냉각 시스템(6)이 외부 열원(2)에 의해 제1 냉각제를 가열할 수 있는 열교환기(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 냉각 시스템(15)이 외부 열원(3)에 의해 제2 냉각제를 가열할 수 있는 열교환기(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  15. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 라디에이터 팬(29)과 제2 라디에이터 팬(32)이 서로 인접하고 평행하게 그리고 동일 방향으로 흐르는 제1 기류(31)와 제2 기류(34)를 제공하도록 차량 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
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