KR102330152B1

KR102330152B1 - 전기 자동차용 냉각시스템

Info

Publication number: KR102330152B1
Application number: KR1020200125651A
Authority: KR
Inventors: 조용국; 조형근; 나성욱; 강호창
Original assignee: 주식회사 케이퓨얼셀
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2021-11-24

Abstract

본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템은, 제1 밸브하우징과 제2 밸브하우징과 제1 펌프하우징과 제2 펌프하우징이 내부에 형성되는 몸체; 상기 제1 밸브하우징을 리저버탱크와 연통시키는 제1 포트; 배터리를 냉각시킨 냉각수를 상기 제1 밸브하우징으로 회송하는 제2 포트; 상기 제1 밸브하우징과 제1 펌프하우징을 연통시키는 제3 포트; 상기 제2 밸브하우징을 리저버탱크와 연통시키는 제4 포트; 전력전자부품을 냉각시킨 냉각수를 상기 제2 밸브하우징으로 회송하는 제5 포트; 상기 제2 밸브하우징과 제2 펌프하우징을 연통시키는 제6 포트; 상기 제1 밸브하우징에 안착되어, 회전 각도에 따라 상기 제1 포트와 제2 포트와 제3 포트 중 둘 이상의 포트를 선택적으로 연통시키는 제1 볼밸브; 상기 제2 밸브하우징에 안착되어, 회전 각도에 따라 상기 제4 포트와 제5 포트와 제6 포트 중 둘 이상의 포트를 선택적으로 연통시키는 제2 볼밸브; 상기 제1 볼밸브와 제2 볼밸브를 일체로 회전시키는 액추에이터; 상기 제1 밸브하우징 내의 냉각수를 흡입하여 배터리로 송출하는 제1 펌프; 상기 제2 밸브하우징 내의 냉각수를 흡입하여 전력전자부품으로 송출하는 제2 펌프;를 포함하여 구성된다.

Description

전기 자동차용 냉각시스템 {Cooling system for electric vehicle}

본 발명은 전기 자동차의 배터리 및 전력전자부품을 냉각시키는 냉각시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 배터리 냉각을 위한 냉각유로와 전력전자부품 냉각을 위한 냉각유로를 하나의 액추에이터로 다양한 패턴으로 제어할 수 있는 전기 자동차용 냉각시스템에 관한 것이다.

최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 사회적 이슈로 대두되고 있는 것이 전기 자동차이다. 전기 자동차는 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 출력하는 모터를 이용하여 작동하고, 따라서 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 아주 작으며, 모터의 에너지효율은 엔진의 에너지효율보다 높은 장점이 있어 친환경 자동차로 각광받고 있다.

전기 자동차는 배터리 등과 같이 전기를 저장하였다가 공급하는 전력원을 탑재하고 있으며, 상기 배터리의 전력으로 차량을 구동하기 위한 인버터, DC-DC converter, 정션 박스(junction box), 가상 엔진 사운드 시스템(VESS: virtual engine Sound System) 및 충전기 등과 같은 전력전자부품(PE: Power Electronics)이 구비된다.

상기와 같은 배터리와 전력전자부품은 작동에 따라 발열이 수반되므로, 그 냉각이 필수적이며, 특히 전기 자동차에서는 이러한 배터리와 전력전자부품의 냉각이 얼마나 효율적으로 이루어지도록 할 수 있는가 하는 것이 차량의 성능에 매우 큰 영향을 주게 된다.

따라서 전기 자동차에는 배터리와 전력전자부품의 냉각을 위한 냉각시스템이 필수적으로 요구되는데, 종래의 전기 자동차에는 배터리 냉각을 위한 냉각장치와 전력전자부품의 냉각을 위한 냉각장치가 각각 별도의 설치되어 있다. 이와 같이 독립된 2개의 냉각장치를 독립적으로 운영하기 위해서는 각 냉각장치의 냉각수 유로 제어를 위한 액추에이터가 개별로 설치되어야 하므로, 전체적인 냉각시스템의 내부 구조가 복잡해지고 액추에이터를 작동시키는데 소요되는 전력량이 증가하게 된다는 단점이 있다.

KR 10-2020-0104645 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리 냉각을 위한 냉각수의 유동경로와 전력전자부품 냉각을 위한 냉각수의 유동경로를 하나의 액추에이터로 제어할 수 있고, 내부 구성이 단순하여 제조원가 절감 및 제품의 소형화가 가능한 전기 자동차용 냉각시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템은, 제1 밸브하우징과 제2 밸브하우징과 제1 펌프하우징과 제2 펌프하우징이 내부에 형성되는 몸체; 상기 제1 밸브하우징을 리저버탱크와 연통시키는 제1 포트; 배터리를 냉각시킨 냉각수를 상기 제1 밸브하우징으로 회송하는 제2 포트; 상기 제1 밸브하우징과 제1 펌프하우징을 연통시키는 제3 포트; 상기 제2 밸브하우징을 리저버탱크와 연통시키는 제4 포트; 전력전자부품을 냉각시킨 냉각수를 상기 제2 밸브하우징으로 회송하는 제5 포트; 상기 제2 밸브하우징과 제2 펌프하우징을 연통시키는 제6 포트; 회전 가능한 구조로 상기 제1 밸브하우징에 안착되어, 회전 각도에 따라 상기 제1 포트와 제2 포트와 제3 포트 중 둘 이상의 포트를 선택적으로 연통시키는 제1 볼밸브; 회전 가능한 구조로 상기 제2 밸브하우징에 안착되어, 회전 각도에 따라 상기 제4 포트와 제5 포트와 제6 포트 중 둘 이상의 포트를 선택적으로 연통시키는 제2 볼밸브; 상기 제1 볼밸브와 제2 볼밸브를 일체로 회전시키는 액추에이터; 상기 제1 펌프하우징에 장착되며, 상기 제1 밸브하우징 내의 냉각수를 흡입하여 배터리로 송출하는 제1 펌프; 상기 제2 펌프하우징에 장착되며, 상기 제2 밸브하우징 내의 냉각수를 흡입하여 전력전자부품으로 송출하는 제2 펌프;를 포함하여 구성된다.

상기 제1 볼밸브와 제2 볼밸브는 회전축이 일치하도록 병렬로 배열되는 롤러형상을 이루되 외주면으로 냉각수가 유출입되도록 형성되고, 상기 제1 밸브하우징과 제2 밸브하우징의 내부공간은 상기 제1 볼밸브와 제2 볼밸브가 밀착 삽입되는 원통형상으로 형성되며, 상기 제1 포트와 제2 포트와 제3 포트는 상기 제1 밸브하우징의 내부공간 외주면에 형성되고, 상기 제4 포트와 제5 포트와 제6 포트는 상기 제2 밸브하우징의 내부공간 외주면에 형성된다.

상기 몸체의 내부 중 상기 제1 밸브하우징과 제2 밸브하우징 사이에는 휠 안착공간이 형성되고, 상기 액추에이터는, 상기 제1 볼밸브 및 제2 볼밸브와 회전축이 일치하는 구조로 결합되어 상기 휠 안착공간에 장착되는 구동휠과, 상기 구동휠을 회전시키는 구동모터를 포함하여 구성된다.

상기 몸체는, 상기 휠 안착공간과 상기 제1 밸브하우징을 연통하는 제1 관통공과, 상기 휠 안착공간과 상기 제2 밸브하우징을 연통하는 제2 관통공을 구비하고, 상기 구동휠은, 회전중심을 따라 일측으로 연장되어 상기 제1 관통공을 통과한 후 상기 제1 볼밸브의 회전중심에 결합되는 제1 구동축과, 회전중심을 따라 타측으로 연장되어 상기 제2 관통공을 통과한 후 상기 제2 볼밸브의 회전중심에 결합되는 제2 구동축을 구비한다.

상기 액추에이터는, 상기 구동모터의 출력축에 결합된 모터기어와 상기 구동휠에 형성된 구동기어 사이에 장착되어 상기 구동모터의 회전력을 감속시킨 후 상기 구동휠로 전달하는 웜기어를 더 포함한다.

상기 구동휠의 외측단을 둘러싸도록 결합되는 마그네트와, 상기 마그네트의 움직임을 감지하여 상기 구동휠의 회전각도를 산출하는 감지센서를 더 포함한다.

상기 제1 볼밸브와 제2 볼밸브의 회전 각도에 따라, 상기 제3 포트는 개방되고 상기 제6 포트는 폐쇄되어 배터리만 냉각시키는 모드와, 상기 제3 포트는 폐쇄되고 상기 제6 포트는 개방되어 전력전자부품만을 냉각시키는 모드와, 상기 제3 포트와 제6 포트가 모두 개방되어 배터리 및 전력전자부품을 모두 냉각시키는 모드로의 전환이 가능하도록 구성된다.

상기 제1 볼밸브의 회전 각도에 따라 상기 제3 포트가 개방된 상태를 유지하면서 상기 제1 포트와 제2 포트 중 하나 이상의 포트가 개방 가능하고, 상기 제2 볼밸브의 회전 각도에 따라 상기 제6 포트가 개방된 상태를 유지하면서 상기 제4 포트와 제5 포트 중 하나 이상의 포트가 개방 가능하도록 구성된다.

상기 제1 볼밸브의 회전 각도에 따라 상기 제2 포트가 개방된 상태를 유지하면서 상기 제1 포트와 제3 포트 중 하나 이상의 포트가 개방 가능하고, 상기 제2 볼밸브의 회전 각도에 따라 상기 제5 포트가 개방된 상태를 유지하면서 상기 제4 포트와 제6 포트 중 하나 이상의 포트가 개방 가능하도록 구성된다.

상기 구동휠이 45도 회전되었을 때 상기 제1 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제6포트가 연통되며, 상기 구동휠이 90도 회전되었을 때 상기 제2 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제5 포트가 연통되며, 상기 구동휠이 135도 회전되었을 때 상기 제1 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제5포트가 연통되며, 상기 구동휠이 180도 회전되었을 때 상기 제1 포트와 제2 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제5 포트와 제6 포트가 연통되며, 상기 구동휠이 225도 회전되었을 때 상기 제1 포트와 제2 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제5 포트와 제6 포트가 연통되며, 상기 구동휠이 270도 회전되었을 때 상기 제1 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제5 포트와 제6포트가 연통되며, 상기 구동휠이 360도 회전되었을 때 상기 제2 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제6포트가 연통된다.

본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템을 이용하면, 배터리 냉각을 위한 냉각수의 유동경로와 전력전자부품 냉각을 위한 냉각수의 유동경로를 하나의 액추에이터로 제어할 수 있고, 내부 구성이 단순하여 제조원가 절감 및 제품의 소형화가 가능해진다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에 포함되는 본체와 볼밸브의 결합구조를 도시하는 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 포함되는 본체의 단면사시도이다.
도 5는 본 발명에 포함되는 본체의 후면사시도이다.
도 6은 본 발명에 포함되는 액추에이터의 사시도이다.
도 7 내지 도 13은 구동휠의 회전각도에 따른 냉각수의 유동경로를 도시하는 측단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템의 분해사시도이며, 도 3은 본 발명에 포함되는 본체와 볼밸브의 결합구조를 도시하는 분해사시도이다. 또한 도 4는 본 발명에 포함되는 본체의 단면사시도이고, 도 5는 본 발명에 포함되는 본체의 후면사시도이며, 도 6은 본 발명에 포함되는 액추에이터의 사시도이다.

본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템은 전기 자동차에 포함되는 배터리 및 전력전자부품(PE: Power Electronics)을 냉각수로 냉각시키기 위한 장치로서, 배터리로 유입되는 냉각수의 유동경로와 전력전자부품(PE: Power Electronics)으로 유입되는 냉각수의 유동경로를 하나의 액추에이터(300)로 제어할 수 있도록 구성된다는 점에 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템은, 제1 밸브하우징(110)과 제2 밸브하우징(120)과 제1 펌프(510)하우징(130)과 제2 펌프(520)하우징(140)이 내부에 형성되는 몸체(100)와, 상기 제1 밸브하우징(110)을 리저버탱크(400)와 연통시키는 제1 포트(111)와, 배터리를 냉각시킨 냉각수를 상기 제1 밸브하우징(110)으로 회송하는 제2 포트(112)와, 상기 제1 밸브하우징(110)과 제1 펌프(510)하우징(130)을 연통시키는 제3 포트(113)와, 상기 제2 밸브하우징(120)을 리저버탱크(400)와 연통시키는 제4 포트(121)와, 전력전자부품을 냉각시킨 냉각수를 상기 제2 밸브하우징(120)으로 회송하는 제5 포트(122)와, 상기 제2 밸브하우징(120)과 제2 펌프(520)하우징(140)을 연통시키는 제6 포트(123)와, 상기 제1 밸브하우징(110) 및 제2 밸브하우징(120)에 안착되어 각 포트들을 개폐시키는 제1 볼밸브(210) 및 제2 볼밸브(220)와, 상기 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220)를 일체로 회전시키는 액추에이터(300)를 기본 구성요소로 구비한다. 상기 제1 밸브하우징(110) 및 제2 밸브하우징(120) 내측으로 각각 제1 볼밸브(210) 및 제2 볼밸브(220)를 인입시킬 수 있도록, 상기 제1 밸브하우징(110)과 제2 밸브하우징(120)은 입구가 제1 캡(150) 및 제2 캡(160)에 의해 밀폐되도록 구성될 수 있다.

상기 제1 볼밸브(210)는 회전 가능한 구조로 상기 제1 밸브하우징(110)에 안착되어, 회전 각도에 따라 상기 제1 포트(111)와 제2 포트(112)와 제3 포트(113) 중 둘 이상의 포트를 선택적으로 연통시키도록 구성된다. 마찬가지로 제2 볼밸브(220)는 회전 가능한 구조로 상기 제2 밸브하우징(120)에 안착되어, 회전 각도에 따라 상기 제4 포트(121)와 제5 포트(122)와 제6 포트(123) 중 둘 이상의 포트를 선택적으로 연통시키도록 구성된다.

한편, 상기 제1 펌프(510)하우징(130)에는 상기 제1 밸브하우징(110) 내의 냉각수를 흡입하여 제1 배출유로(131)를 통해 배터리로 송출하는 제1 펌프(510)가 장착되고, 상기 제2 펌프(520)하우징(140)에는 상기 제2 밸브하우징(120) 내의 냉각수를 흡입하여 제2 배출유로(141)를 통해 전력전자부품으로 송출하는 제2 펌프(520)가 장착된다. 따라서 제1 볼밸브(210)가 제2 포트(112)는 막고 제1 포트(111)와 제3 포트(113)만을 개방시키도록 회전되었을 때, 리저버탱크(400)에 저장되어 있던 냉각수는 제1 포트(111)를 통해 제1 밸브하우징(110)으로 유입된 후 상기 제1 펌프(510)의 압력에 의해 배터리 측으로 송출되어 배터리를 냉각시키게 된다. 또한 제2 볼밸브(220)가 제5 포트(122)는 막고 제4 포트(121)와 제6 포트(123)만을 개방시키도록 회전되었을 때, 리저버탱크(400)에 저장되어 있던 냉각수는 제4 포트(121)를 통해 제2 밸브하우징(120)으로 유입된 후 상기 제2 펌프(520)의 압력에 의해 전력전자부품 측으로 송출되어 전력전자부품을 냉각시키게 된다.

이때, 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템은, 배터리 측으로의 냉각수 송출을 제어하는 제1 볼밸브(210)와 전력전자부품 측으로의 냉각수 송출을 제어하는 제2 볼밸브(220)가 각각 독립적으로 회전되는 것이 아니라, 하나의 액추에이터(300)에 의해 동시에 회전되도록 구성되는바, 제1 볼밸브(210) 및 제2 볼밸브(220) 회전을 위한 액추에이터(300)의 구성을 단순화시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 하나의 액추에이터(300)로 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220)를 모두 회전시키도록 구성되면, 액추에이터(300)의 부품 수를 줄일 수 있어 제조원가 절감 및 제품의 소형화가 가능해진다는 장점도 있다.

또한, 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220)의 회전 각도에 따라 각 포트들이 안정적으로 개폐될 수 있도록, 상기 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220)는 회전축이 일치하도록 병렬로 배열되는 롤러형상을 이루되 외주면으로 냉각수가 유출입되도록 형성되고, 상기 제1 밸브하우징(110)과 제2 밸브하우징(120)의 내부공간은 상기 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220)가 밀착 삽입되는 원통형상으로 형성될 수 있다. 이때 상기 제1 포트(111)와 제2 포트(112)와 제3 포트(113)는 상기 제1 밸브하우징(110)의 내부공간 외주면에 형성되고, 상기 제4 포트(121)와 제5 포트(122)와 제6 포트(123)는 상기 제2 밸브하우징(120)의 내부공간 외주면에 형성되는바, 각 포트들은 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220)의 회전 각도에 따른 개방과 폐쇄가 확실하게 구현될 수 있게 된다. 이와 같이 외주면을 통해 냉각수가 유출입되는 제1 볼밸브(210) 및 제2 볼밸브(220)는 종래에도 유사한 형상으로 상용화되어 있는바, 제1 볼밸브(210) 및 제 2 볼밸브가 각 포트들을 연통시키는 과정에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 액추에이터(300)는 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220)를 동시에 회전시킬 수 있도록, 상기 제1 볼밸브(210) 및 제2 볼밸브(220)와 회전축이 일치하는 구조로 결합되어 상기 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220) 사이에 장착되는 구동휠(310)과, 상기 구동휠(310)을 회전시키는 구동모터(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220)는 상기 구동휠(310)과 일체로 회전하도록 결합되는바, 상기 구동모터(320)가 작동하여 구동휠(310)이 회전됨에 따라 상기 제1 볼밸브(210) 및 제 2 볼밸브는 회전하게 되고, 이에 따라 각 밸브하우징(110, 120)에 구비된 각 포트들(111, 112, 113, 121, 122, 123)은 적절하게 개폐된다.

이와 같이 구동휠(310)이 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220) 사이에 장착되면, 구동휠(310)의 회전력이 제1 볼밸브(210) 및 제 2 볼밸브에 직접 전달되므로, 내부 구성이 간단해지고 이에 따라 동력전달효율 및 내구성이 향상된다는 효과를 얻을 수 있게 된다.

한편, 각 밸브하우징(110, 120) 내의 냉각수가 액추에이터(300) 측으로 유출되지 아니하도록, 상기 몸체(100)는 상기 제1 밸브하우징(110)과 제2 밸브하우징(120) 사이에 상기 구동휠(310)이 안착되는 휠 안착공간(170)을 구비한다. 상기 휠 안착공간(170)과 상기 제1 밸브하우징(110)은 제1 관통공에 의해 연통되고, 상기 휠 안착공간(170)과 상기 제2 밸브하우징(120)은 제2 관통공에 의해 연통된다.

이때 상기 구동휠(310)은, 회전중심을 따라 일측으로 연장되어 상기 제1 관통공을 통과한 후 상기 제1 볼밸브(210)의 회전중심에 결합되는 제1 구동축(311)과, 회전중심을 따라 타측으로 연장되어 상기 제2 관통공을 통과한 후 상기 제2 볼밸브(220)의 회전중심에 결합되는 제2 구동축(312)을 구비한다. 상기 각 관통공(171, 172)과 각 구동축(311, 312) 사이는 별도의 실링부재에 의해 밀폐되는바, 각 밸브하우징(110, 120)으로 유입된 냉각수는 휠 안착공간(170)으로 유입되지 아니하고 배터리나 전력전자부품으로 송출될 수 있게 된다.

또한, 상기 구동모터(320)는 통상적으로 고속의 회전력을 출력하므로, 상기 구동모터(320)의 회전력이 그대로 구동휠(310)로 전달되면 제1 볼밸브(210) 및 제2 볼밸브(220)의 회전각도를 정확하게 조절하기 어려워지므로, 각 포트들을 정확하게 개폐시키는데 어려움이 있을 수 있다. 따라서 상기 액추에이터(300)는, 상기 구동모터(320)의 출력축에 결합된 모터기어(321)와 상기 구동휠(310)에 형성된 구동기어(313) 사이에 장착되어 상기 구동모터(320)의 회전력을 감속시킨 후 상기 구동휠(310)로 전달하는 웜기어(330)를 구비할 수 있다.

이와 같이 모터기어(321)와 구동기어(313) 사이에 웜기어(330)가 구비되면, 상기 웜기어(330)의 기어비를 조절하여 구동휠(310)의 회전속도를 적절하게 감속시킬 수 있으므로, 각 포트들의 개폐를 정밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있다. 이때, 본 실시예에서는 모터기어(321)의 회전력을 감속시킨 후 구동기어(313)로 전달하는 감속수단으로 웜기어(330)가 적용된 경우만을 도시하고 있으나, 상기 웜기어(330)는 모터기어(321)의 회전력을 감속하여 전달할 수 있다면 어떠한 종류의 감속기어로도 대체될 수 있다.

본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템은 하나의 구동휠(310)이 회전될 때 상기 구동휠(310)의 회전 각도에 따라 배터리 측으로의 냉각수 공급과 전력전자부품 측으로의 냉각수 공급이 제어되는바, 상기 구동휠(310)의 회전각도를 정확하게 측정할 필요가 있다. 이때, 종래에는 회전휠의 회전각도를 측정하기 위해 상기 회전휠에 마그네트를 부착시키고 상기 마그네트의 이동거리를 측정하여 회전휠의 회전각도를 산출하는 방법을 주로 사용하였으나, 이와 같은 경우 회전휠이 1회전 할 때 마그네트의 이동거리가 길지 아니하므로 회전휠의 회전각도를 미세하게 측정하는데 한계가 있다는 문제점이 있었다.

본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템은 구동휠(310)의 회전각도를 미세하게 측정할 수 있도록, 상기 구동휠(310)의 외측단을 둘러싸도록 결합되는 마그네트(314)와, 상기 마그네트(314)의 움직임을 감지하여 상기 구동휠(310)의 회전각도를 산출하는 감지센서(340)를 추가로 구비할 수 있다. 본 실시예에 도시된 바와 같이 마그네트(314)가 구동휠(310)의 외측단을 둘러싸도록 결합되면, 상기 구동휠(310)이 1회전 할 때 마그네트(314)의 이동거리를 최대화시킬 수 있으므로, 구동휠(310)의 회전각도를 미세하게 측정할 수 있게 된다는 장점이 있다.

도 7 내지 도 13은 구동휠(310)의 회전각도에 따른 냉각수의 유동경로를 도시하는 측단면도이다.

일반적으로 전기 자동차는 주행 조건에 따라 배터리만을 냉각시키거나, 전력전자부품만을 냉각시키거나, 배터리와 전력전자부품을 모두 냉각시켜야 하는 경우가 있을 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템은, 상기 구동휠(310)을 따라 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220)가 일체로 회전하더라도 상기 구동휠(310)이 몇도 회전하였는지에 따라 배터리 측으로의 냉각수 송출과 전력전자부품 측으로의 냉각수 송출이 상이하게 설정되도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 구동휠(310) 및 이에 결합된 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220)(이하 '구동휠'이라 통칭함)가 회전되지 아니한 초기 상태에서는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제2 포트(112)와 제3 포트(113)가 연통되고 상기 제4 포트(121)와 제6포트가 연통되도록 제1 볼밸브(210)와 제2 볼밸브(220)가 세팅되어 있다가, 상기 구동휠(310)이 45도 회전되었을 때에는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1 포트(111)와 제3 포트(113)가 연통되어 리저버탱크(400) 내의 냉각수가 배터리 측으로 송출되고, 상기 제4 포트(121)와 제6포트가 연통되어 리저버탱크(400) 내의 냉각수가 전력전자부품 측으로 송출되도록 구성될 수 있다. 도 8에 도시된 상태는 리저버탱크(400) 내의 냉각수가 배터리측과 전력전자부품 측으로 모두 공급되므로, 배터리와 전력전자부품을 모두 냉각시키는 모드가 된다.

도 8에 도시된 상태에서 상기 구동휠(310)이 45도 더 회전하여 90도 회전된 상태가 되면, 도 9에 도시된 바와 같이 제1 포트(111)는 제1 볼밸브(210)에 의해 폐쇄되고 상기 제2 포트(112)와 제3 포트(113)가 연통되므로, 배터리를 냉각시킨 후 제1 밸브하우징(110)으로 회송되는 냉각수는 다시 배터리 측으로 송출된다. 또한, 구동휠(310)이 90도 회전된 상태가 되었을 때 상기 제6 포트(123)는 제2 볼밸브(220)에 의해 폐쇄되고 상기 제4 포트와 제5 포트(122)가 연통되므로, 전력전자부품을 냉각시킨 후 제2 밸브하우징(120)으로 회송되는 냉각수는 리저버탱크(400)로 재유입된다.

또한, 도 9에 도시된 상태에서 구동휠(310)이 45도 더 회전하여 상기 구동휠(310)이 135도 회전된 상태가 되면, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 제1 포트(111)와 제3 포트(113)가 연통되어 배터리 측으로는 냉각수가 송출되되, 제2 밸브하우징(120)의 냉각수 유동경로는 도 9에 도시된 상태 즉, 제2 밸브하우징(120)으로 회송된 냉각수가 리저버탱크(400)로 재유잉ㅂ되는 상태를 유지하게 된다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이 제3 포트(113) 측으로만 냉각수가 공급되는 경우는 전력전자부품은 냉각되지 아니하고 배터리만이 냉각되는 모드가 된다.

한편, 상기 제1 밸브하우징(110)과 제2 밸브하우징(120)으로 유입되는 냉각수는, 각각 제1 포트(111)와 제4 포트(121)를 통해 리저버탱크(400)로부터 유입되거나, 배터리 및 전력전자부품을 냉각시킨 후 회송되어 제2 포트(112)나 제5 포트(122)를 통해 유입될 수 있다. 더 나아가 상기 제1 밸브하우징(110)으로 유입되는 냉각수는 제1 포트(111)와 제2 포트(112) 모두를 통해 유입될 수 있고, 상기 제2 밸브하우징(120)으로 유입되는 냉각수는 제4 포트(121)와 제5 포트(122) 모두를 통해 유입될 수 있다.

즉, 도 10에 도시된 상태에서 구동휠(310)이 45도 더 회전하여 상기 구동휠(310)이 180도 회전된 상태가 되면, 도 11(b)에 도시된 바와 같이 제4 포트(121)와 제5 포트(122)와 제6 포트(123)가 모두 연통되어 제4 포트(121) 및 제5 포트(122)를 통해 유입된 냉각수가 제2 밸브하우징(120) 내에서 합쳐진 후 제6 포트(123)를 통해 송출될 수 있다. 이때 상기 제1 밸브하우징(110) 내부는 도 11(a)에 도시된 바와 같이 상기 제3 포트(113)는 폐쇄되고 상기 제1 포트(111)와 제2 포트(112)가 연통됨으로써, 제2 포트(112)를 통해 회송된 냉각수가 리저버탱크(400)로 재유입될 수 있다.

더 나아가 도 11에 도시된 상태에서 상기 구동휠(310)이 45도 더 회전되어 상기 구동휠(310)이 225도 회전된 상태가 되면, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 제1 포트(111)와 제2 포트(112)와 제3 포트(113)가 모두 연통되어 제1 포트(111) 및 제2 포트(112)를 통해 유입된 냉각수가 제1 밸브하우징(110) 내에서 합쳐진 후 제3 포트(113)를 통해 송출되고, 제4 포트(121)와 제5 포트(122)와 제6 포트(123)가 모두 연통되어 제4 포트(121) 및 제5 포트(122)를 통해 유입된 냉각수가 제2 밸브하우징(120) 내에서 합쳐진 후 제6 포트(123)를 통해 송출될 수 있다.

또한, 도 12에 도시된 상태에서 상기 구동휠(310)이 45도 더 회전하여 상기 구동휠(310)이 270도 회전되었을 때, 도 13에 도시된 바와 같이 상기 제2 포트(112)는 폐쇄되고 상기 제1 포트(111)와 제3 포트(113)가 연통됨으로써 배터리 측으로는 냉각수가 송출되지 아니하고, 제4 포트(121)는 폐쇄되고 상기 제5 포트(122)와 제6포트만 연통됨으로써 전력전자부품 측으로는 냉각수가 송출되는 상태 즉, 전력전자부품만 냉각시키는 모드로 전환될 수 있다.

한편, 배터리나 전력전자부품을 냉각시킨 냉각수는 제1 밸브하우징(110)이나 제2 밸브하우징(120)으로 회송되는데, 배터리나 전력전자부품을 지속적으로 냉각시킬 필요가 있을 경우에는 냉각수를 배터리나 전력전자부품으로 송출되고, 배터리나 전력전자부품을 지속적으로 냉각시킬 필요가 없는 경우에는 냉각수를 리저버탱크(400)로 재유입시켜야 한다. 따라서 상기 제2 포트(112)를 통해 상기 제1 밸브하우징(110)으로 유입된 냉각수가 상기 구동휠(310)의 회전 각도에 따라 제1 포트(111)로 유출되거나 제3 포트(113)로 유출될 수 있도록, 상기 제1 볼밸브(210)는 제2 포트(112)를 개방시킨 상태를 유지하면서 도 9에 도시된 바와 같이 제3 포트(113)를 개방하거나 도 11에 도시된 바와 같이 제1 포트(111)를 개방시키도록 작동됨이 바람직하다. 마찬가지로 상기 제4 포트(121)를 통해 제2 밸브하우징(120)으로 유입된 냉각수가 상기 구동휠(310)의 회전 각도에 따라 제4 포트(121)로 유출되거나 제6 포트(123)로 유출될 수 있도록, 상기 제2 볼밸브(220)는 제5 포트(122)를 개방시킨 상태를 유지하면서 도 9에 도시된 바와 같이 제4 포트(121)를 개방하거나 도 13에 도시된 바와 같이 제6 포트(123)를 개방시키도록 작동됨이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각시스템은, 구동휠(310)의 회전각도를 조절함으로써, 제1 밸브하우징(110)과 제2 밸브하우징(120)으로 공급되는 냉각수의 유동경로를 각각 다르게 설정할 수 있으므로, 다양한 패턴의 냉각수 유동을 구현할 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 : 몸체 110 : 제1 밸브하우징
111 : 제1 포트 112 : 제2 포트
113 : 제3 포트 120 : 제2 밸브하우징
121 : 제4 포트 122 : 제5 포트
123 : 제6 포트 130 : 제1 펌프하우징
131 : 제1 배출유로 140 : 제2 펌프하우징
141 : 제2 배출유로 150 : 제1 캡
160 : 제2 캡 170 : 휠 안착공간
171 : 제1 관통공 172 : 제2 관통공
210 : 제1 볼밸브 220 : 제2 볼밸브
300 : 액추에이터 310 : 구동휠
311 : 제1 구동축 312 : 제2 구동축
313 : 구동기어 314 : 마그네트
320 : 구동모터 321 : 모터기어
330 : 웜기어 340 : 감지센서
400 : 리저버탱크 510 : 제1 펌프
520 : 제2 펌프

Claims

제1 밸브하우징과 제2 밸브하우징과 제1 펌프하우징과 제2 펌프하우징이 내부에 형성되는 몸체;
상기 제1 밸브하우징을 리저버탱크와 연통시키는 제1 포트;
배터리를 냉각시킨 냉각수를 상기 제1 밸브하우징으로 회송하는 제2 포트;
상기 제1 밸브하우징과 제1 펌프하우징을 연통시키는 제3 포트;
상기 제2 밸브하우징을 리저버탱크와 연통시키는 제4 포트;
전력전자부품을 냉각시킨 냉각수를 상기 제2 밸브하우징으로 회송하는 제5 포트;
상기 제2 밸브하우징과 제2 펌프하우징을 연통시키는 제6 포트;
회전 가능한 구조로 상기 제1 밸브하우징에 안착되어, 회전 각도에 따라 상기 제1 포트와 제2 포트와 제3 포트 중 둘 이상의 포트를 선택적으로 연통시키는 제1 볼밸브;
회전 가능한 구조로 상기 제2 밸브하우징에 안착되어, 회전 각도에 따라 상기 제4 포트와 제5 포트와 제6 포트 중 둘 이상의 포트를 선택적으로 연통시키는 제2 볼밸브;
상기 제1 볼밸브와 제2 볼밸브를 일체로 회전시키는 액추에이터;
상기 제1 펌프하우징에 장착되며, 상기 제1 밸브하우징 내의 냉각수를 흡입하여 배터리로 송출하는 제1 펌프; 및
상기 제2 펌프하우징에 장착되며, 상기 제2 밸브하우징 내의 냉각수를 흡입하여 전력전자부품으로 송출하는 제2 펌프;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 볼밸브와 제2 볼밸브는 회전축이 일치하도록 병렬로 배열되는 롤러형상을 이루되 외주면으로 냉각수가 유출입되도록 형성되고,
상기 제1 밸브하우징과 제2 밸브하우징의 내부공간은 상기 제1 볼밸브와 제2 볼밸브가 밀착 삽입되는 원통형상으로 형성되며,
상기 제1 포트와 제2 포트와 제3 포트는 상기 제1 밸브하우징의 내부공간 외주면에 형성되고, 상기 제4 포트와 제5 포트와 제6 포트는 상기 제2 밸브하우징의 내부공간 외주면에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 몸체의 내부 중 상기 제1 밸브하우징과 제2 밸브하우징 사이에는 휠 안착공간이 형성되고,
상기 액추에이터는, 상기 제1 볼밸브 및 제2 볼밸브와 회전축이 일치하는 구조로 결합되어 상기 휠 안착공간에 장착되는 구동휠과, 상기 구동휠을 회전시키는 구동모터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 몸체는, 상기 휠 안착공간과 상기 제1 밸브하우징을 연통하는 제1 관통공과, 상기 휠 안착공간과 상기 제2 밸브하우징을 연통하는 제2 관통공을 구비하고,
상기 구동휠은, 회전중심을 따라 일측으로 연장되어 상기 제1 관통공을 통과한 후 상기 제1 볼밸브의 회전중심에 결합되는 제1 구동축과, 회전중심을 따라 타측으로 연장되어 상기 제2 관통공을 통과한 후 상기 제2 볼밸브의 회전중심에 결합되는 제2 구동축을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 액추에이터는, 상기 구동모터의 출력축에 결합된 모터기어와 상기 구동휠에 형성된 구동기어 사이에 장착되어 상기 구동모터의 회전력을 감속시킨 후 상기 구동휠로 전달하는 웜기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 액추에이터는, 상기 구동휠의 외측단을 둘러싸도록 결합되는 마그네트와, 상기 마그네트의 움직임을 감지하여 상기 구동휠의 회전각도를 산출하는 감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 볼밸브와 제2 볼밸브의 회전 각도에 따라, 상기 제3 포트는 개방되고 상기 제6 포트는 폐쇄되어 배터리만 냉각시키는 모드와, 상기 제3 포트는 폐쇄되고 상기 제6 포트는 개방되어 전력전자부품만을 냉각시키는 모드와, 상기 제3 포트와 제6 포트가 모두 개방되어 배터리 및 전력전자부품을 모두 냉각시키는 모드로의 전환이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 볼밸브의 회전 각도에 따라 상기 제3 포트가 개방된 상태를 유지하면서 상기 제1 포트와 제2 포트 중 하나 이상의 포트가 개방 가능하고,
상기 제2 볼밸브의 회전 각도에 따라 상기 제6 포트가 개방된 상태를 유지하면서 상기 제4 포트와 제5 포트 중 하나 이상의 포트가 개방 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 볼밸브의 회전 각도에 따라 상기 제2 포트가 개방된 상태를 유지하면서 상기 제1 포트와 제3 포트 중 하나 이상의 포트가 개방 가능하고,
상기 제2 볼밸브의 회전 각도에 따라 상기 제5 포트가 개방된 상태를 유지하면서 상기 제4 포트와 제6 포트 중 하나 이상의 포트가 개방 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 구동휠이 45도 회전되었을 때 상기 제1 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제6포트가 연통되며, 상기 구동휠이 90도 회전되었을 때 상기 제2 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제5 포트가 연통되며, 상기 구동휠이 135도 회전되었을 때 상기 제1 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제5포트가 연통되며, 상기 구동휠이 180도 회전되었을 때 상기 제1 포트와 제2 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제5 포트와 제6 포트가 연통되며, 상기 구동휠이 225도 회전되었을 때 상기 제1 포트와 제2 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제5 포트와 제6 포트가 연통되며, 상기 구동휠이 270도 회전되었을 때 상기 제1 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제5 포트와 제6포트가 연통되며, 상기 구동휠이 360도 회전되었을 때 상기 제2 포트와 제3 포트가 연통되고 상기 제4 포트와 제6포트가 연통되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각시스템.