KR102518184B1 - 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템 - Google Patents

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Abstract

고전압배터리모듈의 하방에 인접하여 마련됨으로써 차량 하부의 외부공기를 통해 방열하는 라디에이터; 냉각수가 라디에이터와 고전압배터리모듈의 사이를 순환하며, 냉각수가 순환하는 라인 상에 메인밸브가 마련된 외기냉각라인; 일단이 메인밸브로부터 분기되고 타단이 외기냉각라인에 라디에이터를 바이패스하도록 연결되며, 라인 상에 열교환기가 마련되고, 냉각수가 열교환기를 통해 외부 냉각매체와 열교환하는 바이패스라인; 및 고전압배터리모듈의 열교환이 필요한 경우 메인밸브의 제어를 통해 고전압배터리모듈이 라디에이터를 통해 방열되거나 열교환기를 통해 열교환되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템이 소개된다.

Description

차량용 고전압배터리의 냉난방시스템 {COOLING AND HEATING SYSTEM FOR HIGH-VOLTAGE BATTERY OF VEHICLE}
본 발명은 차량에 구동에너지를 제공하는 고전압배터리모듈이 장착된 고전압배터리의 냉난방시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라디에이터를 고전압배터리와 인접하여 구성함으로써, 효율적으로 고전압배터리모듈의 냉난방을 수행할 수 있는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템에 관한 것이다.
차량에 구동에너지를 제공하는 고전압배터리모듈이 장착된 전기자동차는 자동차의 구동에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차이다. 전기자동차는 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있으나, 고전압배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 공해문제의 심각화, 화석 연료의 고갈 등의 문제가 제기되면서 그 개발이 다시 가속화되고 있다. 특히, 전기자동차가 실용화되기 위해서는 전기 자동차의 연료공급원인 고전압배터리모듈이 경량화 및 소형화됨과 동시에 그 충전시간이 단축되어야 하는바, 고전압배터리모듈에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
고전압배터리모듈은 직렬로 연결된 복수의 전지셀을 포함하고 있는데, 고전압배터리모듈의 충전과 방전이 효율적으로 이루어지려면, 고전압배터리모듈이 적정한 온도를 유지해야 한다. 따라서, 실외 환경이나 차량의 주행 등에 따른 환경에 따라 고전압배터리모듈을 실시간으로 확인하여 고전압배터리모듈의 냉각 또는 승온을 수행하는 고전압배터리의 냉난방시스템이 구비된다.
그러나 종래의 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템의 경우에는, 고전압배터리모듈을 냉각하기 위한 라디에이터가 차량의 전방에 배치되고, 고전압배터리모듈은 차량의 후방 측 플로어패널쪽에 위치되어, 라디에이터를 통해 열교환된 냉각수가 고전압배터리모듈까지 이동하는 동안 열손실이 발생된다. 또한, 차량의 주행 중 발생되는 차량 외부의 온도에 의해 히트 픽 업(Heat Pick Up) 현상이 발생되어 고전압배터리모듈에 오히려 열이 흡수되는 문제가 발생되었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR10-2012-0066340 (A)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 라디에이터에서 열교환된 냉각수가 열손실이 발생되는 것을 방지하고, 차량 외부의 온도에 의해 고전압배터리가 승온되는 것을 방지할 수 있는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템은 고전압배터리모듈의 하방에 인접하여 마련됨으로써 차량 하부의 외부공기를 통해 방열하는 라디에이터; 냉각수가 라디에이터와 고전압배터리모듈의 사이를 순환하며, 냉각수가 순환하는 라인 상에 메인밸브가 마련된 외기냉각라인; 일단이 메인밸브로부터 분기되고 타단이 외기냉각라인에 라디에이터를 바이패스하도록 연결되며, 라인 상에 열교환기가 마련되고, 냉각수가 열교환기를 통해 외부 냉각매체와 열교환하는 바이패스라인; 및 고전압배터리모듈의 열교환이 필요한 경우 메인밸브의 제어를 통해 고전압배터리모듈이 라디에이터를 통해 방열되거나 열교환기를 통해 열교환되도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
외기냉각라인과 바이패스라인은 각각 독립된 유로를 구성하되, 바이패스라인은 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인의 일부를 공유하여 폐루프로 구성될 수 있다.
메인밸브는 멀티웨이밸브이고, 라디에이터측의 제1포트, 바이패스라인측의 제2포트 및 고전압배터리모듈측의 제3포트로 구성되며, 제어부는 고전압배터리모듈의 냉각이 필요한 경우 메인밸브의 제2포트를 폐쇄하여 냉각수가 외기냉각라인을 순환하여 라디에이터와 열교환함으로써, 고전압배터리모듈의 냉각을 수행하도록 할 수 있다.
메인밸브는 멀티웨이밸브이고, 라디에이터측의 제1포트, 바이패스라인측의 제2포트 및 고전압배터리모듈측의 제3포트로 구성되며, 제어부는 고전압배터리모듈의 냉각이 필요한 경우 메인밸브의 제1포트를 폐쇄하여 냉각수가 바이패스라인과 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인의 일부를 공유하여 순환하도록 함으로써, 냉각수가 열교환기와 열교환하여 고전압배터리모듈의 냉각을 수행하도록 할 수 있다.
메인밸브는 멀티웨이밸브이고, 라디에이터측의 제1포트, 바이패스라인측의 제2포트 및 고전압배터리모듈측의 제3포트로 구성되며, 제어부는 고전압배터리모듈의 승온이 필요한 경우 메인밸브의 제1포트를 폐쇄하고 냉각수가 바이패스라인과 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인의 일부를 공유하여 순환하도록 함으로써, 냉각수가 열교환기와 열교환하여 고전압배터리모듈의 승온을 수행하도록 할 수 있다.
외기냉각라인에는 순환펌프가 구비되고, 제어부는 순환펌프를 구동 또는 정지할 수 있다.
순환펌프는 바이패스라인과 고전압배터리모듈 사이에 위치되되, 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인측에 위치될 수 있다.
바이패스라인은 열교환기를 통해서 실내공조용 냉매라인과 열교환 가능하도록 구비되어, 고전압배터리모듈의 냉각 시 냉매라인과 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈을 냉각할 수 있다.
냉매라인에는 냉매라인의 냉매가 열교환기 내에서 바이패스라인의 냉각수와 열교환 가능하도록 냉매를 공급 또는 차단하도록 하는 연결밸브가 구비될 수 있다.
열교환기는 실내공조용 냉매라인의 냉매와 열교환하여 냉각수를 냉각하는 칠러일 수 있다.
열교환기는 실내공조용 냉매라인의 냉매와 열교환하여 냉각수를 승온하는 히터일 수 있다.
열교환기는 제어부에 의해 제어되는 전기히터일 수 있다.
열교환기는 냉각을 위한 열교환기 및 승온을 위한 열교환기를 포함하여 구성되고, 하나의 열교환기는 바이패스라인에 위치되고, 나머지 다른 하나의 열교환기는 바이패스라인과 고전압배터리모듈을 포함하는 외기냉각라인 사이에 병렬로 연결되어 분기라인을 구성하되, 분기라인에는 분기라인과 외기냉각라인을 연결 또는 해제하는 보조밸브가 구비될 수 있다.
라디에이터는 고전압배터리모듈의 면적에 대응되거나 또는 더 크게 형성될 수 있다.
고전압배터리모듈과 라디에이터 사이에는 소정의 공간을 형성하는 단열부가 구비될 수 있다.
고전압배터리모듈은 고전압배터리와 고전압배터리의 하방에 배치되는 냉각수채널을 포함하고, 냉각수채널에 냉각수가 순환됨으로써, 고전압배터리가 냉각 또는 승온될 수 있다.
냉각수채널의 하방에는 라디에이터가 위치되고, 냉각수채널과 라디에이터 사이에 단열부가 배치될 수 있다.
라디에이터에는 고전압배터리모듈의 반대측으로 돌출형성된 방열핀이 구비될 수 있다.
고전압배터리모듈과 라디에이터의 외측에는 고전압배터리모듈과 라디에이터의 외측을 감싸는 케이스가 구비되되, 방열핀은 케이스를 관통하여 케이스의 외부로 노출될 수 있다.
방열핀은 차량의 전후방향으로 길게 형성되어 차량의 주행 시 주행풍에 의해 방열핀이 냉각될 수 있다.
제어부는 냉각모드인 경우, 메인밸브를 제어하여 외기냉각라인에서 냉각수가 순환되도록 하고, 라디에이터를 통해 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈을 냉각하도록 제어할 수 있다.
제어부는 냉각모드인 경우, 메인밸브를 제어하여 바이패스라인 및 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인의 일부가 폐루프를 구성하여 냉각수가 순환되도록 하고, 열교환기를 통해 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈을 냉각하도록 제어할 수 있다.
제어부는 난방모드인 경우, 메인밸브를 제어하여 바이패스라인 및 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인의 일부가 폐루프를 구성하여 냉각수가 순환되도록 하고, 열교환기를 통해 열교환하여 승온된 냉각수가 고전압배터리모듈을 승온하도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템에 따르면, 고전압배터리모듈의 하방에 냉각수채널, 단열부 및 라디에이터를 배치함으로써, 주변온도에 따른 열전달을 선택적으로 제어할 수 있어 종래 고전압배터리모듈이 장착된 차량의 히트 픽 업(Heat Pick up) 현상에 대한 단점을 보완할 수 있다. 또한, 종래의 쿨링모듈과 분리된 고전압배터리모듈의 라디에이터를 적용하여 열손실을 방지하여 열교환 성능을 향상할 수 있으며, 배관을 최소화하여 콤팩트한 레이아웃을 가져 중량 및 원가를 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템을 간단하게 도시한 도면.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1이 차량에 탑재된 모습을 도시한 도면.
도 4는 열교환기를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면.
도 5는 라디에이터를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템이 열교환기를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면.
도 7은 도 6의 라디에이터를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면.
도 8은 도 6의 히터를 이용하는 난방모드인 경우를 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템을 간단하게 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이며, 도 3은 도 1이 차량에 탑재된 모습을 도시한 도면이다. 또한, 도 4는 열교환기(700)를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면이고, 도 5는 라디에이터(300)를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템이 열교환기(700)를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 라디에이터(300)를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면이며, 도 8은 도 6의 히터(700')를 이용하는 난방모드인 경우를 도시한 도면이다.
도면에 도시한 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템은 고전압배터리모듈(100)의 하방에 인접하여 마련됨으로써 차량 하부의 외부공기를 통해 방열하는 라디에이터(300); 냉각수가 라디에이터(300)와 고전압배터리모듈(100)의 사이를 순환하며, 냉각수가 순환하는 라인 상에 메인밸브(500)가 마련된 외기냉각라인(10); 일단이 메인밸브(500)로부터 분기되고 타단이 외기냉각라인(10)에 라디에이터(300)를 바이패스하도록 연결되며, 라인 상에 열교환기(700)가 마련되고, 냉각수가 열교환기(700)를 통해 외부 냉각매체와 열교환하는 바이패스라인(30); 및 고전압배터리모듈(100)의 열교환이 필요한 경우 메인밸브(500)의 제어를 통해 고전압배터리모듈(100)이 라디에이터(300)를 통해 방열되거나 열교환기(700)를 통해 열교환되도록 제어하는 제어부(900);를 포함한다.
종래에는 차량의 고전압배터리모듈을 냉각하기 위한 라디에이터가 차량의 전방에 위치되어 라디에이터에서 열교환되어 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈까지 이동되는 동안 열손실이 발생되었다. 그러나 본 발명에서는 차량의 고전압배터리모듈(100)을 냉각하기 위한 라디에이터(300)를 차량의 전방이 아닌 고전압배터리모듈(100)의 하방에 배치하되, 차량 하부의 외부공기와 열교환 가능하도록 한 후, 냉각된 냉각수를 고전압배터리모듈(100)과 바로 열교환 가능하도록 함으로써, 열손실을 줄여 냉각효율을 증대시킬 수 있으며, 주행풍을 이용하여 방열하므로 냉각팬을 설치하지 않아도 되어 냉각팬을 삭제할 수 있는 장점이 있는 것이다.
상기한 바와 같이, 라디에이터(300)는 고전압모듈의 하방에 위치된다. 따라서, 라디에이터(300)는 소정의 두께를 갖는 플레이트 형상이되, 고전압배터리모듈(100)의 면적에 대응되거나 또는 더 크게 형성되는 것이 바람직할 것이다. 고전압배터리모듈(100)은 고전압배터리(170)와 고전압배터리(170)의 하방에 배치되는 냉각수채널(130)을 포함한다. 따라서, 냉각수채널(130)에 냉각수가 순환됨으로써, 고전압배터리(170)가 냉각 또는 승온되는 것이다. 이러한 냉각수채널(130)의 하방에 라디에이터(300)가 구비되는데, 고전압배터리모듈(100) 특히 그 중에서도 냉각수채널(130)과 라디에이터(300) 사이에는 단열부(110)가 구비된다. 단열부(110)는 소정의 높이를 갖는 공간이거나 또는 별도의 단열부재가 삽입될 수 있을 것이다. 즉, 냉각수채널(130)의 하방에는 라디에이터(300)가 위치되고, 냉각수채널(130)과 라디에이터(300) 사이에 단열부(110)가 배치되는 것이다. 따라서, 단열부(110)에 의해 냉각수채널(130)과 라디에이터(300) 사이를 단열하여 열교환효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
또한, 라디에이터(300)에는 고전압배터리모듈(100)의 반대측으로 돌출형성된 방열핀(150)이 구비되되, 방열핀(150)은 차량의 전후방향으로 길게 형성되어 차량의 주행 시 주행풍에 의해 방열핀(150)이 냉각되어 냉각효율을 증대시킬 수 있게 된다. 고전압배터리모듈(100)과 라디에이터(300)의 외측에는 고전압배터리모듈(100)과 라디에이터(300)의 외측을 감싸는 케이스(800)가 구비되되, 방열핀(150)은 케이스(800)를 관통하여 케이스(800)의 외부로 노출되어 차량의 주행 시 주행풍에 의해 방열핀(150)의 냉각효율이 증대되고, 차량의 충돌 시 냉각수채널(130)을 보호하는 역할을 한다.
외기냉각라인(10)은 냉각수가 라디에이터(300)와 고전압배터리모듈(100) 사이를 순환하도록 폐루프로 형성되며, 냉각수가 순환하는 라인 상에는 메인밸브(500)가 구비된다. 외기냉각라인(10)에는 일단이 메인밸브(500)로부터 분기되고 타단이 외기냉각라인(10)에 연결되되, 라디에이터(300)를 바이패스하도록 연결된다. 즉, 바이패스라인(30)은 메인밸브(500)를 통해 외기냉각라인(10)과 연결되되, 바이패스라인(30)에 의해 라디에이터(300)를 고전압배터리모듈(100)과 분리 또는 연결하도록 구성되며, 특히, 외기냉각라인(10)과 바이패스라인(30)은 각각 독립된 유로를 구성하되, 바이패스라인(30)은 외기냉각라인(10)의 고전압배터리모듈(100)을 포함하는 라인의 일부를 공유하여 폐루프로 구성되는 것이다.
바이패스라인(30)에는 열교환기(700)가 구비된다. 열교환기(700)는 냉각만을 위한 냉각용 열교환기(700)일 수 있고, 히트펌프원리를 이용하여 냉각과 승온을 수행하는 열교환기(700)일 수 있으며, 또는 냉각용 열교환기(700)와 승온용 열교환기(700)가 모두 구비될 수도 있다. 특히, 냉각용 열교환기(700)일 때는 실내공조용 냉매라인(50)의 냉매와 열교환하여 냉각수를 냉각하는 칠러일 수 있다. 승온용 열교환기(700)일 때는 실내공조용 냉매라인(50)의 냉매와 열교환하여 냉각수를 승온하는 히터(700') 또는 제어부(900)에 의해 제어되는 전기히터(700')일 수 있을 것이다.
특히, 바이패스라인(30)은 열교환기(700)를 통해서 실내공조용 냉매라인(50)과 열교환 가능하도록 구비되어, 고전압배터리모듈(100)의 냉각 시 냉매라인(50)과 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈(100)을 냉각한다. 따라서, 냉매라인(50)에는 냉매라인(50)의 냉매가 열교환기(700) 내에서 바이패스라인(30)의 냉각수와 열교환 가능하도록 냉매를 공급 또는 차단하도록 하는 연결밸브(200)가 구비되어 연결밸브(200)의 개방 또는 폐쇄가 제어부(900)에 의해 제어되는 것이 바람직할 것이다.
외기냉각라인(10)에는 제어부(900)에 의해 제어되어 구동 또는 정지되는 순환펌프(600)가 구비된다. 순환펌프(600)는 특히, 바이패스라인(30)과 고전압배터리모듈(100) 사이에 위치되되, 외기냉각라인(10)의 고전압배터리모듈(100)을 포함하는 라인측에 위치된다. 그러므로 냉각수가 외기냉각라인(10)을 순환할 때에도 순환펌프(600)의 개입이 가능하고, 냉각수가 라디에이터(300)를 바이패스하여 바이패스라인(30)과 외기냉각라인(10)의 일부를 순환할 때에도 순환펌프(600)의 개입이 가능해지는 것이다.
메인밸브(500)는 멀티웨이밸브로서, 제어부(900)에 의해 포트의 개폐가 제어된다. 본 발명에서는 메인밸브(500)가 3웨이밸브인 것을 도시하고 설명하나, 필요에 따라 포트의 개수는 얼마든지 변경 가능할 것이다. 메인밸브(500)는 라디에이터(300)측의 제1포트(510), 바이패스라인(30)측의 제2포트(520) 및 고전압배터리모듈(100)측의 제3포트(530)로 구성된다.
제어부(900)는 고전압배터리모듈(100)의 열교환이 필요한 경우 메인밸브(500)의 제어를 통해 고전압배터리모듈(100)이 라디에이터(300)를 통해 방열되거나 열교환기(700)를 통해 열교환되도록 제어하고, 순환펌프(600)와 냉매라인(50)의 연결밸브(200)를 제어하여 바이패스라인(30) 상의 열교환기(700)와 냉매라인(50)의 냉매가 열교환을 수행하도록 제어한다.
도 4 내지 도 5를 통해 본 발명의 제1실시예의 각 모드에 따른 냉각수의 순환을 설명하도록 한다.
도 4는 고전압배터리모듈(100)의 냉각모드 중에서도 차량 외부의 온도가 높아(예를 들어 하절기) 열교환기(700)를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면으로서, 열교환기(700)가 칠러인 경우에 대해 설명한다. 제어부(900)는 고전압배터리모듈(100)의 냉각이 필요한 경우 메인밸브(500)의 제1포트(510)를 폐쇄하여 냉각수가 바이패스라인(30)과 외기냉각라인(10)의 고전압배터리모듈(100)을 포함하는 라인의 일부를 공유하여 순환하도록 함으로써, 냉각수가 열교환기(700)와 열교환하여 고전압배터리모듈(100)의 냉각을 수행하도록 한다. 이때, 냉매라인(50)의 연결밸브(200)가 개방되어 냉매라인(50)과 열교환기(700)는 냉각수가 냉각되도록 열교환된다. 즉, 제어부(900)는 메인밸브(500)를 제어하여 바이패스라인(30) 및 외기냉각라인(10)의 고전압배터리모듈(100)을 포함하는 라인의 일부가 폐루프를 구성하여 냉각수가 순환되도록 하고, 열교환기(700)를 통해 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈(100)을 냉각하도록 제어하는 것이다.
반대로, 도 4는 열교환기(700)가 히터 또는 전기히터인 경우 승온모드의 구현이 가능하다. 따라서, 제어부(900)는 고전압배터리모듈(100)의 승온이 필요한 경우 메인밸브(500)의 제1포트(510)를 폐쇄하고 냉각수가 바이패스라인(30)과 외기냉각라인(10)의 고전압배터리모듈(100)을 포함하는 라인의 일부를 공유하여 순환하도록 함으로써, 냉각수가 열교환기(700)와 열교환하여 고전압배터리모듈(100)의 승온을 수행하도록 한다. 이때, 냉매라인(50)의 연결밸브(200)가 개방되어 냉매라인(50)과 열교환기(700)는 냉각수가 승온되도록 열교환된다. 즉, 제어부(900)는 메인밸브(500)를 제어하여 바이패스라인(30) 및 외기냉각라인(10)의 고전압배터리모듈(100)을 포함하는 라인의 일부가 폐루프를 구성하여 냉각수가 순환되도록 하고, 열교환기(700)를 통해 열교환하여 승온된 냉각수가 고전압배터리모듈(100)을 승온하도록 제어하는 것이다.
도 5는 고전압배터리모듈(100)의 냉각모드 중에서도 차량 외부의 온도가 그리 높지 않은 계절에(예를 들어 봄이나 가을 같은 계절) 열교환기(700)를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면이다. 따라서, 제어부(900)는 고전압배터리모듈(100)의 냉각이 필요한 경우 메인밸브(500)의 제2포트(520)를 폐쇄하여 냉각수가 외기냉각라인(10)을 순환하여 라디에이터(300)와 열교환함으로써, 고전압배터리모듈(100)의 냉각을 수행하도록 하는 것이다. 즉, 제어부(900)는 메인밸브(500)를 제어하여 외기냉각라인(10)에서 냉각수가 순환되도록 하고, 라디에이터(300)를 통해 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈(100)을 냉각하도록 제어하는 것이다.
또한, 도 6 내지 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 고전압배터리(170)의 냉난방시스템을 도시하였다. 제2실시예에서는 제1실시예와 동일한 구성 및 회로로 구성되되, 바이패스라인(30)에는 냉각용 열교환기(700)가 구비되고, 바이패스라인(30) 또는 외기냉각라인(10) 중 어느 하나에 냉각용 열교환기(700)와는 병렬로 히터(700')가 구비되는 경우를 도시하였다. 또는, 열교환기(700)는 냉각을 위한 열교환기(700) 및 승온을 위한 열교환기(700)를 포함하여 구성되고, 하나의 열교환기(700)는 바이패스라인(30)에 위치되고, 나머지 다른 하나의 열교환기(700)는 바이패스라인(30)과 고전압배터리모듈(100)을 포함하는 외기냉각라인(10) 사이에 병렬로 연결되어 분기라인(70)을 구성하되, 분기라인(70)에는 분기라인(70)과 외기냉각라인(10)을 연결 또는 해제하는 보조밸브(400)가 구비되는 구성을 도시하였다. 도면을 통해 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 고전압배터리(170)의 냉난방시스템이 열교환기(700)를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면으로서, 차량 외부의 온도가 높아(예를 들어 하절기) 열교환기(700)를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면이다. 열교환기(700)는 칠러인 것이 바람직할 것이다. 제어부(900)는 고전압배터리모듈(100)의 냉각이 필요한 경우 메인밸브(500)를 제어하여 냉각수가 바이패스라인(30)과 외기냉각라인(10)의 고전압배터리모듈(100)을 포함하는 라인의 일부를 공유하여 순환하도록 함으로써, 냉각수가 열교환기(700)와 열교환하여 고전압배터리모듈(100)의 냉각을 수행하도록 한다. 이때, 냉매라인(50)의 연결밸브(200)가 개방되어 냉매라인(50)과 열교환기(700)는 냉각수가 냉각되도록 열교환된다. 즉, 제어부(900)는 메인밸브(500)를 제어하여 바이패스라인(30) 및 외기냉각라인(10)의 고전압배터리모듈(100)을 포함하는 라인의 일부가 폐루프를 구성하여 냉각수가 순환되도록 하고, 열교환기(700)를 통해 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈(100)을 냉각하도록 제어하는 것이다.
도 7은 도 6의 라디에이터(300)를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면으로서, 차량 외부의 온도가 그리 높지 않은 계절에(예를 들어 봄이나 가을 같은 계절) 열교환기(700)를 이용하는 냉각모드인 경우를 도시한 도면이다. 따라서, 제어부(900)는 고전압배터리모듈(100)의 냉각이 필요한 경우 메인밸브(500)를 제어하여 냉각수가 외기냉각라인(10)을 순환하여 라디에이터(300)와 열교환함으로써, 고전압배터리모듈(100)의 냉각을 수행하도록 하는 것이다. 즉, 제어부(900)는 메인밸브(500)를 제어하여 외기냉각라인(10)에서 냉각수가 순환되도록 하고, 라디에이터(300)를 통해 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈(100)을 냉각하도록 제어하는 것이다.
도 8은 도 6의 히터(700')를 이용하는 난방모드인 경우를 도시한 도면으로서, 히터(700') 또는 전기히터(700')를 이용하여 고전압배터리모듈(100)을 승온하는 경우를 도시하였다. 따라서, 제어부(900)는 고전압배터리모듈(100)의 승온이 필요한 경우 메인밸브(500)를 제어하여 냉각수가 열교환기(700)측으로 이동되지 못하도록 하고, 히터(700') 측에 구비된 보조밸브(400)를 개방하여 병렬로 연결된 분기라인(70)을 개방하여 냉각수가 분기라인(70)과 외기냉각라인(10)의 일부를 순환하도록 함으로써, 냉각수가 히터(700')와 열교환하여 고전압배터리모듈(100)의 승온을 수행하도록 한다. 여기서 히터(700')는 전기히터로서, 제어부(900)에 의해 온오프가 제어될 수도 있고, 별도로 도시하지는 않았지만, 냉매라인(50)과 연결되어 냉매에 의해 냉각수를 승온할 수도 있을 것이다. 즉, 제어부(900)는 메인밸브(500)와 보조밸브(400)를 제어하여 보조라인 및 외기냉각라인(10)의 고전압배터리모듈(100)을 포함하는 라인의 일부가 폐루프를 구성하여 냉각수가 순환되도록 하고, 열교환기(700)를 통해 열교환하여 승온된 냉각수가 고전압배터리모듈(100)을 승온하도록 제어하는 것이다.
따라서, 상기한 바와 같은 본 발명의 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템에 의하면, 고전압배터리모듈의 하방에 냉각수채널, 단열부 및 라디에이터를 배치함으로써, 주변온도에 따른 열전달을 선택적으로 제어할 수 있어 종래 고전압배터리모듈이 장착된 차량의 히트 픽 업(Heat Pick up) 현상에 대한 단점을 보완할 수 있다. 또한, 종래의 쿨링모듈과 분리된 고전압배터리모듈의 라디에이터를 적용하여 열손실을 방지하여 열교환 성능을 향상할 수 있으며, 배관을 최소화하여 콤팩트한 레이아웃을 가져 중량 및 원가를 절감하는 효과가 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 외기냉각라인 30 : 바이패스라인
50 : 냉매라인 70 : 분기라인
100 : 고전압배터리모듈 110 : 단열부
130 : 냉각수채널 150 : 방열핀
170 : 고전압배터리 200 : 연결밸브
300 : 라디에이터 400 : 보조밸브
500 : 메인밸브 510 : 제1포트
520 : 제2포트 530 : 제3포트
600 : 순환펌프 700 : 열교환기
700' : 히터 800 : 케이스
900 : 제어부

Claims (23)

  1. 고전압배터리모듈의 하방에 인접하여 마련됨으로써 차량 하부의 외부공기를 통해 방열하는 라디에이터;
    고전압배터리의 하방에 배치되며, 냉각수가 순환되어 고전압배터리가 냉각 또는 승온되도록 하는 냉각수채널;
    냉각수가 라디에이터와 고전압배터리모듈의 사이를 순환하며, 냉각수가 순환하는 라인 상에 메인밸브가 마련된 외기냉각라인;
    일단이 메인밸브로부터 분기되고 타단이 외기냉각라인에 라디에이터를 바이패스하도록 연결되며, 라인 상에 열교환기가 마련되고, 냉각수가 열교환기를 통해 외부 냉각매체와 열교환하는 바이패스라인;
    고전압배터리모듈의 열교환이 필요한 경우 메인밸브의 제어를 통해 고전압배터리모듈이 라디에이터를 통해 방열되거나 열교환기를 통해 열교환되도록 제어하는 제어부; 및
    고전압배터리모듈과 라디에이터 사이에는 소정의 공간을 형성하는 단열부;를 포함하며,
    냉각수채널의 하방에는 라디에이터가 위치되고, 냉각수채널과 라디에이터 사이에 단열부가 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    외기냉각라인과 바이패스라인은 각각 독립된 유로를 구성하되, 바이패스라인은 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인의 일부를 공유하여 폐루프로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    메인밸브는 멀티웨이밸브이고, 라디에이터측의 제1포트, 바이패스라인측의 제2포트 및 고전압배터리모듈측의 제3포트로 구성되며, 제어부는 고전압배터리모듈의 냉각이 필요한 경우 메인밸브의 제2포트를 폐쇄하여 냉각수가 외기냉각라인을 순환하여 라디에이터와 열교환함으로써, 고전압배터리모듈의 냉각을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    메인밸브는 멀티웨이밸브이고, 라디에이터측의 제1포트, 바이패스라인측의 제2포트 및 고전압배터리모듈측의 제3포트로 구성되며, 제어부는 고전압배터리모듈의 냉각이 필요한 경우 메인밸브의 제1포트를 폐쇄하여 냉각수가 바이패스라인과 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인의 일부를 공유하여 순환하도록 함으로써, 냉각수가 열교환기와 열교환하여 고전압배터리모듈의 냉각을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    메인밸브는 멀티웨이밸브이고, 라디에이터측의 제1포트, 바이패스라인측의 제2포트 및 고전압배터리모듈측의 제3포트로 구성되며, 제어부는 고전압배터리모듈의 승온이 필요한 경우 메인밸브의 제1포트를 폐쇄하고 냉각수가 바이패스라인과 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인의 일부를 공유하여 순환하도록 함으로써, 냉각수가 열교환기와 열교환하여 고전압배터리모듈의 승온을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    외기냉각라인에는 순환펌프가 구비되고, 제어부는 순환펌프를 구동 또는 정지하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    순환펌프는 바이패스라인과 고전압배터리모듈 사이에 위치되되, 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인측에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    바이패스라인은 열교환기를 통해서 실내공조용 냉매라인과 열교환 가능하도록 구비되어, 고전압배터리모듈의 냉각 시 냉매라인과 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈을 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    냉매라인에는 냉매라인의 냉매가 열교환기 내에서 바이패스라인의 냉각수와 열교환 가능하도록 냉매를 공급 또는 차단하도록 하는 연결밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    열교환기는 실내공조용 냉매라인의 냉매와 열교환하여 냉각수를 냉각하는 칠러인 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  11. 청구항 8에 있어서,
    열교환기는 실내공조용 냉매라인의 냉매와 열교환하여 냉각수를 승온하는 히터인 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    열교환기는 제어부에 의해 제어되는 전기히터인 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    열교환기는 냉각을 위한 열교환기 및 승온을 위한 열교환기를 포함하여 구성되고, 하나의 열교환기는 바이패스라인에 위치되고, 나머지 다른 하나의 열교환기는 바이패스라인과 고전압배터리모듈을 포함하는 외기냉각라인 사이에 병렬로 연결되어 분기라인을 구성하되, 분기라인에는 분기라인과 외기냉각라인을 연결 또는 해제하는 보조밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    라디에이터는 고전압배터리모듈의 면적에 대응되거나 또는 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 청구항 1에 있어서,
    라디에이터에는 고전압배터리모듈의 반대측으로 돌출형성된 방열핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    고전압배터리모듈과 라디에이터의 외측에는 고전압배터리모듈과 라디에이터의 외측을 감싸는 케이스가 구비되되, 방열핀은 케이스를 관통하여 케이스의 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  20. 청구항 18에 있어서,
    방열핀은 차량의 전후방향으로 길게 형성되어 차량의 주행 시 주행풍에 의해 방열핀이 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  21. 청구항 1에 있어서,
    제어부는 냉각모드인 경우, 메인밸브를 제어하여 외기냉각라인에서 냉각수가 순환되도록 하고, 라디에이터를 통해 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈을 냉각하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  22. 청구항 1에 있어서,
    제어부는 냉각모드인 경우, 메인밸브를 제어하여 바이패스라인 및 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인의 일부가 폐루프를 구성하여 냉각수가 순환되도록 하고, 열교환기를 통해 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리모듈을 냉각하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
  23. 청구항 1에 있어서,
    제어부는 난방모드인 경우, 메인밸브를 제어하여 바이패스라인 및 외기냉각라인의 고전압배터리모듈을 포함하는 라인의 일부가 폐루프를 구성하여 냉각수가 순환되도록 하고, 열교환기를 통해 열교환하여 승온된 냉각수가 고전압배터리모듈을 승온하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 고전압배터리의 냉난방시스템.
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