KR102568852B1 - 차량의 열관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수 흐름과 냉각구조를 개선함으로써, 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수 냉각효율을 높일 수 있고, 이를 통해, 배터리에 순환되는 냉각수의 온도를 충분히 낮춰, 배터리의 냉각효율을 개선시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량에 설치된 복수의 냉각대상물들을 수냉식으로 냉각시키는 수냉식 냉각장치를 구비하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 수냉식 냉각장치는, 냉각대상물과 라디에이터 사이에서 냉각수를 순환시키는 냉각수순환라인을 각각 가지며; 냉각수순환라인은, 발열온도가 각기 다른 냉각대상물을 각각 독립적으로 냉각시킬 수 있도록, 각 냉각대상물별로 각각 독립적인 냉각수 순환 구조를 갖는다.

Description

차량의 열관리 시스템{HEAT MANAGEMENT SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수 흐름과 냉각구조를 개선함으로써, 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수 냉각효율을 높일 수 있고, 이를 통해, 배터리에 순환되는 냉각수의 온도를 충분히 낮춰, 배터리의 냉각효율을 개선시킬 수 있는 차량의 열관리 시스템에 관한 것이다.
친환경 차량의 일례로서, 전기자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차(이하, "차량"이라 통칭함) 등이 있다.
이러한 차량은, 다양한 열관리 장치들을 갖추고 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)와, 차량의 특정 냉각대상물을 수냉식으로 냉각시키는 수냉식 냉각장치, 예를 들면, 배터리(B)를 냉각시키기 위한 수냉식 배터리 냉각장치(20)와, 전장부품모듈(C)을 냉각시키기 위한 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30) 등이 있다.
배터리 냉각장치(20)는, 공조장치(10)의 냉매를 이용하여 배터리(B)를 냉각시키는 것으로, 공조장치(10)의 냉매 일부를 분기하는 분기라인(22)과, 분기된 냉매를 감압,팽창시키는 배터리냉각용 팽창밸브(24)와, 감압,팽창된 냉매를 도입하여 냉기를 발생시키는 칠러(Chiller)(25)와, 칠러(25)에서 발생된 냉기를 배터리(B)에 전달하는 배터리측 냉각수순환라인(26)을 포함한다.
특히, 배터리측 냉각수순환라인(26)은, 워터펌프(27)를 갖추고 있는 것으로, 칠러(25)와 배터리(B) 사이에서 냉각수를 순환시킨다. 따라서, 칠러(25)에서 발생된 냉기를 배터리(B)에 전달하여 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.
전장부품모듈 냉각장치(30)는, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)과 워터펌프(34)와 라디에이터(35)를 갖추고 있는 것으로, 냉각수를 라디에이터(35)와 전장부품모듈(C) 사이에서 순환시킨다.
따라서, 전장부품모듈(C)의 열을 냉각수로 흡수하고, 냉각수에 흡수된 열기를 라디에이터(35)를 통해 방열시키며, 이러한 냉각수의 흡열과 발열 작용을 통해 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.
한편, 배터리 냉각장치(20)의 경우, 공조장치(10)의 냉매를 이용하여 배터리(B)를 냉각시키므로, 공조장치(10)가 오프(OFF)되었을 시, 예를 들면, "난방모드" 시에는, 배터리(B)를 냉각시킬 수 없다.
따라서, 공조장치(10)가 오프(OFF)되어 공조장치(10)의 냉매를 이용할 수 없을 경우에는, 전장부품모듈 냉각장치(30)의 냉각수를 이용하여 배터리(B)를 냉각시키도록 구성된다.
이를 위해, 차량의 열관리 시스템은, 배터리 냉각장치(20)의 배터리측 냉각수순환라인(26)과, 전장부품모듈 냉각장치(30)의 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)을 하나의 냉각수 순환회로로 연결하는 냉각수 회로 연결부(40)를 구비한다.
냉각수 회로 연결부(40)는, 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수를 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)으로 바이패스하는 제 1삼방밸브(42)와 제 1연결라인(44) 및, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)을 순환한 냉각수를 다시 배터리측 냉각수순환라인(26)으로 리턴시키는 제 2삼방밸브(46)와 제 2연결라인(48)을 포함한다.
이러한 냉각수 회로 연결부(40)는, 배터리(B)를 순환한 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수를, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)으로 도입시키고, 도입된 냉각수가 라디에이터(35)를 통과하면서 냉각될 수 있게 한다.
그리고 라디에이터(35)에서 냉각된 냉각수가 다시 배터리측 냉각수순환라인(26)으로 리턴되면서 배터리(B)측으로 순환될 수 있게 한다. 따라서, 상기 배터리(B)가 냉각될 수 있게 한다.
그런데, 이러한 종래의 열관리 시스템은, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)의 냉각수를 이용하여 상기 배터리(B)를 냉각시키는 과정에서, 상기 배터리(B)가 충분히 냉각되지 않는다는 단점이 있다.
특히, 배터리(B)의 발열온도에 비해 전장부품모듈(C)의 발열온도가 상대적으로 높은데, 상대적으로 낮은 온도의 배터리(B)의 열을 흡수한 냉각수가, 상대적으로 높은 온도의 전장부품모듈(C)로 순환되면서 오히려 더 가열된다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에 전장부품모듈(C)을 통과한 냉각수가, 라디에이터(35)를 통과하면서 냉각될 시에, 충분히 냉각되지 않는다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 라디에이터(35)를 통과한 냉각수가 배터리측 냉각수순환라인(26)으로 리턴되면서 상기 배터리(B)에 순환되더라도 상기 배터리(B)가 충분히 냉각되지 않는 다는 단점이 있으며, 그 결과, 배터리(B)의 냉각효율이 매우 낮다는 결점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수 흐름과 냉각구조를 개선함으로써, 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수 냉각효율을 높일 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수 냉각효율을 높일 수 있도록 구성함으로써, 배터리에 순환되는 냉각수의 온도를 충분히 낮출 수 있고, 이를 통해, 배터리의 냉각효율을 개선시킬 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 차량에 설치된 복수의 냉각대상물들을 수냉식으로 냉각시키는 수냉식 냉각장치를 구비하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 상기 수냉식 냉각장치는, 상기 냉각대상물과 라디에이터 사이에서 냉각수를 순환시키는 냉각수순환라인을 각각 가지며; 상기 냉각수순환라인은, 발열온도가 각기 다른 냉각대상물을 각각 독립적으로 냉각시킬 수 있도록, 상기 각 냉각대상물별로 각각 독립적인 냉각수 순환 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 수냉식 냉각장치는, 배터리와 라디에이터 사이에서 냉각수를 순환시켜 상기 배터리를 냉각시키는 배터리측 냉각수순환라인과; 전장부품모듈와 라디에이터 사이에서 냉각수를 순환시켜 상기 전장부품모듈을 냉각시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인을 포함하며; 상기 배터리측 냉각수순환라인과 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인은, 상기 배터리와 전장부품모듈을 각각 독립적으로 냉각시킬 수 있도록, 상기 배터리와 전장부품모듈에 각각 대응하여, 독립적인 냉각수 순환 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 배터리측 냉각수순환라인의 라디에이터와, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 라디에이터는, 공용의 몸체를 가지며; 상기 공용의 몸체는, 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수가 순환될 수 있는 배터리 냉각 영역부와; 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수가 순환될 수 있는 전장부품모듈 냉각 영역부가 각각 구분되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 배터리측 냉각수순환라인은, 공조장치의 냉매를 도입하여 냉기를 발생시키는 칠러를 더 포함하며; 상기 칠러와 상기 배터리 사이에서 냉각수를 순환시켜, 상기 칠러의 냉기로 상기 배터리를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수를, 상기 배터리와 칠러 사이에서 순환시키거나 또는 상기 배터리와 라디에이터 사이에서 순환시킬 수 있도록, 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수 흐름을 제어하는 냉각수 흐름제어부를 더 구비하며; 상기 냉각수 흐름제어부는, 상기 칠러의 순환 냉각수와, 상기 라디에이터의 순환 냉각수 중, 어느 하나의 냉각수가 상기 배터리를 선택적으로 냉각시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템에 의하면, 별도의 라디에이터를 통해 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수를 독립적으로 냉각시키는 구조이므로, 발열온도가 각기 다른 배터리와 전장부품모듈을 각각 독립적인 냉각수 순환 구조로 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 발열온도가 각기 다른 배터리와 전장부품모듈을 독립적인 냉각수 순환구조로 냉각시킬 수 있으므로, 단일의 냉각수 순환 구조를 통해 배터리와 전장부품모듈을 한꺼번에 냉각시키는 종래의 기술과 달리, 배터리와 전장부품모듈의 냉각효율을 현저하게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, 발열온도가 상대적으로 낮은 배터리의 경우, 독립적인 냉각수 순환구조로 냉각되므로, 발열온도가 상대적으로 높은 전장부품모듈에 영향받지 않는다. 따라서, 전장부품모듈과 관계없이 효율좋게 냉각되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량 열관리 시스템을 상세하게 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템을 상세하게 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 열관리 시스템을 구성하는 라디에이터를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 2를 참조하여 차량의 열관리 시스템에 대해 간략하게 설명한다.
차량의 열관리 시스템은, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)와, 차량의 특정 냉각대상물들을 수냉식으로 냉각시키는 수냉식 냉각장치, 예를 들면, 배터리(B)를 냉각시키는 수냉식 배터리 냉각장치(20)와, 전장부품모듈(C)을 냉각시키는 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30)를 포함한다.
배터리 냉각장치(20)는, 공조장치(10)의 냉매를 이용하여 배터리(B)를 냉각시키는 것으로, 공조장치(10)의 냉매 일부를 분기하는 분기라인(22)과, 분기된 냉매를 감압,팽창시키는 배터리냉각용 팽창밸브(24)와, 감압,팽창된 냉매를 도입하여 냉기를 발생시키는 칠러(25)와, 칠러(25)에서 발생된 냉기를 배터리(B)에 전달하는 배터리측 냉각수순환라인(26)을 포함한다.
특히, 배터리측 냉각수순환라인(26)은, 워터펌프(27)를 갖추고 있으며, 칠러(25)와 배터리(B) 사이에서 냉각수를 순환시킨다. 따라서, 칠러(25)에서 발생된 냉기를 배터리(B)에 전달하여 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.
전장부품모듈 냉각장치(30)는, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)과 워터펌프(34)와 라디에이터(35)를 갖추고 있으며, 냉각수를 라디에이터(35)와 전장부품모듈(C) 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 특징부를 도 2와 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수를 독립적으로 냉각시키기 위한 라디에이터(50)와, 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수를 필요에 따라 선택적으로 상기 라디에이터(50)측으로 순환시키는 냉각수 흐름제어부(60)를 더 구비한다.
라디에이터(50)는, 내부유로를 갖추고 있는 것으로, 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수를 도입한 후, 주변의 공기와 열교환시켜 냉각시킨다. 따라서, 냉각된 냉각수가 배터리측 냉각수순환라인(26)의 배터리(B)로 순환되면서 상기 배터리(B)를 냉각시킬 수 있게 한다.
여기서, 배터리측 냉각수순환라인(26)의 라디에이터(50)는, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)의 라디에이터(35)와 공용의 몸체를 갖도록 구성된다.
이때, 배터리측 냉각수순환라인(26)의 라디에이터(50)와, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)의 라디에이터(35)가 공용으로 사용하고 있는 공용 몸체(70)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수가 순환될 수 있는 배터리 냉각 영역부(72)와, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)의 냉각수가 순환될 수 있는 전장부품모듈 냉각 영역부(74)가 각각 구분되게 형성되어 있으며, 이들, 각 영역부(72, 74)들을 통해, 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수와 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)의 냉각수는 각각 개별적으로 냉각된다.
냉각수 흐름제어부(60)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(B)로부터 배출된 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수를 바이패스하는 바이패스 밸브(62)와, 바이패스된 냉각수를 라디에이터(50)에 도입시키는 도입라인(64)과, 라디에이터(50)를 통과한 냉각수를 다시 배터리(B)의 입구측으로 리턴시키는 리턴라인(66)을 포함한다.
특히, 바이패스 밸브(62)는, 공조장치(10)의 냉매를 이용할 수 없는 조건, 예를 들면, 공조장치(10)의 오프(OFF) 시에, 상기 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수를 라디에이터(50)측으로 바이패스한다.
따라서, 공조장치(10)의 냉매를 이용할 수 없는 조건에서, 상기 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수가 상기 라디에이터(50)측으로 순환되면서 냉각될 수 있게 하고, 이렇게 냉각된 냉각수가 배터리(B)로 도입되면서 상기 배터리(B)를 냉각시킬 수 있게 한다.
한편, 상기 바이패스 밸브(62)는, 공조장치(10)의 냉매를 이용할 수 있는 조건, 예를 들면, 공조장치(10)의 온(ON) 시에는, 라디에이터(50)측으로의 냉각수 바이패스를 중단한다.
따라서, 공조장치(10)의 냉매를 이용할 수 있는 조건에서는, 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수가 칠러(25)와 배터리(B) 사이에서만 순환되면서 상기 배터리(B)를 냉각시킬 수 있게 한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템에 의하면, 별도의 라디에이터(50)를 통해 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수를 독립적으로 냉각시키는 구조이므로, 발열온도가 각기 다른 배터리(B)와 전장부품모듈(C)을 각각 독립적인 냉각수 순환 구조로 냉각시킬 수 있다.
또한, 발열온도가 각기 다른 배터리(B)와 전장부품모듈(C)을 독립적인 냉각수 순환구조로 냉각시킬 수 있으므로, 단일의 냉각수 순환 구조를 통해 배터리(B)와 전장부품모듈(C)을 한꺼번에 냉각시키는 종래의 기술과 달리, 배터리(B)와 전장부품모듈(C)의 냉각효율을 현저하게 개선시킬 수 있다.
특히, 발열온도가 상대적으로 낮은 배터리(B)의 경우, 독립적인 냉각수 순환구조로 냉각되므로, 발열온도가 상대적으로 높은 전장부품모듈(C)에 영향받지 않는다. 따라서, 전장부품모듈(C)과 관계없이 효율좋게 냉각된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 공조장치 20: 배터리 냉각장치
22: 분기라인(Line) 24: 배터리냉각용 팽창밸브(Valve)
25: 칠러(Chiller) 26: 배터리측 냉각수순환라인
30: 전장부품모듈 냉각장치 32: 전장부품모듈측 냉각수순환라인
34: 워터펌프(Water Pump) 35: 라디에이터(Radiator)
50: 라디에이터(Radiator) 60: 냉각수 흐름제어부
62: 바이패스 밸브(Bypass Valve) 64: 도입라인
66: 리턴라인(Return Line) 70: 공용 몸체
72: 배터리 냉각 영역부 74: 전장부품모듈 냉각 영역부
B: 배터리(Battery) C: 전방부품모듈(Module)

Claims (6)

  1. 차량에 설치된 복수의 냉각대상물들을 수냉식으로 냉각시키는 수냉식 냉각장치를 구비하는 차량의 열관리 시스템에 있어서,
    상기 수냉식 냉각장치는,
    상기 냉각대상물과 라디에이터(35, 50) 사이에서 냉각수를 순환시키는 냉각수순환라인(26, 32)을 각각 가지며;
    상기 냉각수순환라인(26, 32)은,
    발열온도가 각기 다른 냉각대상물을 각각 독립적으로 냉각시킬 수 있도록, 상기 각 냉각대상물별로 각각 독립적인 냉각수 순환 구조를 가지고;
    상기 수냉식 냉각장치는,
    배터리(B)와 라디에이터(50) 사이에서 냉각수를 순환시켜, 상기 배터리(B)를 냉각시키는 배터리측 냉각수순환라인(26)과;
    전장부품모듈(C)와 라디에이터(35) 사이에서 냉각수를 순환시켜, 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)을 포함하며;
    상기 배터리측 냉각수순환라인(26)과 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)은, 상기 배터리(B)와 전장부품모듈(C)을 각각 독립적으로 냉각시킬 수 있도록, 상기 배터리(B)와 전장부품모듈(C)에 각각 대응하여, 독립적인 냉각수 순환 구조를 가지며;
    상기 배터리측 냉각수순환라인(26)은,
    공조장치(10)의 냉매를 도입하여 냉기를 발생시키는 칠러(25)를 더 포함하며;
    상기 칠러(25)와 상기 배터리(B) 사이에서 냉각수를 순환시켜, 상기 칠러(25)의 냉기로 상기 배터리(B)를 냉각시키고;
    상기 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수를, 상기 배터리(B)와 칠러(25) 사이에서 순환시키거나 또는 상기 배터리(B)와 라디에이터(50) 사이에서 순환시킬 수 있도록, 상기 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수 흐름을 제어하는 냉각수 흐름제어부(60)를 더 구비하며;
    상기 냉각수 흐름제어부(60)는, 상기 칠러(25)의 순환 냉각수와, 상기 라디에이터(50)의 순환 냉각수 중, 어느 하나의 냉각수가 상기 배터리(B)를 선택적으로 냉각시킬 수 있되;
    상기 냉각수 흐름제어부(60)는,
    상기 배터리(B)를 통과한 상기 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수를 상기 라디에이터(50)측으로 바이패스할 수 있는 바이패스 밸브(62)와;
    상기 라디에이터(50)를 통과한 냉각수를 상기 배터리(B)측으로 리턴시키는 리턴라인(66)을 포함하며;
    상기 바이패스 밸브(62)는,
    상기 공조장치(10)의 온(ON) 시에는, 상기 칠러(25)를 통과한 냉각수의 상기 배터리(B)측 도입을 허용하여, 상기 칠러(25)와 배터리(B) 사이에서의 냉각수 순환을 허용하고,
    상기 공조장치(10)의 오프(OFF) 시에는, 상기 배터리(B)를 통과한 냉각수를 상기 라디에이터(50)측으로 바이패스하여, 상기 배터리(B)와 라디에이터(50) 사이에서의 냉각수 순환을 허용하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리측 냉각수순환라인(26)의 라디에이터(50)와, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)의 라디에이터(35)는, 공용의 몸체(70)를 가지며;
    상기 공용의 몸체(70)는,
    상기 배터리측 냉각수순환라인(26)의 냉각수가 순환될 수 있는 배터리 냉각 영역부(72)와;
    상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)의 냉각수가 순환될 수 있는 전장부품모듈 냉각 영역부(74)가 각각 구분되게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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