KR102600061B1 - 전기자동차의 냉각 시스템 - Google Patents

전기자동차의 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 히터 및 배터리 칠러와 같이 냉각수의 추가적인 가열 및 냉각을 수행하는 구성을 최소화하고, 구성이 단순하면서도 전기동력장치의 냉각 효율을 향상시키는 전기자동차의 냉각 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템은, 적어도 1개 이상의 냉각수 유입구 및 적어도 2개 이상의 냉각수 유출구를 가지며, 상기 2개 이상의 냉각수 유출구 중 하나로 선택적으로 냉각수를 유출시키는 통합밸브; 상기 2개 이상의 냉각수 유출구 중 하나로 유출된 냉각수가 순환이 요구되는 부분에 공급된 후에 상기 적어도 1개 이상의 냉각수 유입구를 통해 상기 통합밸브에 다시 유입되도록 서로 연결된 복수개의 냉각수 통로; 및 상기 복수개의 냉각수 통로 중 적어도 하나 이상의 통로에 구비되어 냉각수의 온도를 선택적으로 조절하도록 기능하는 온도조절부;를 포함할 수 있다.
상기 통합밸브, 상기 복수개의 냉각수 통로 중 일부, 및 상기 온도조절부는 하나의 밸브 모듈일 수 있다.

Description

전기자동차의 냉각 시스템{COOLING SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차의 냉각 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기동력장치의 냉각 효율을 향상시키는 전기자동차의 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차(EV: electric vehicle)에는 구동모터, 변속기 및 전력전자부품(PE: power electronics)이 장착된다. 여기서, 전기자동차는 전기가 동력으로 사용되는 자동차의 총칭이다.
전력전자부품은 인버터, DC-DC converter, 정션 박스(junction box), 가상 엔진 사운드 시스템(VESS: virtual engine Sound System) 및 충전기 등을 포함한다. 인버터는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 장치이고, DC-DC converter는 어떤 전압의 직류전원에서 다른 전압의 직류전원으로 변환하는 전자회로 장치이다. 또한, 정션 박스는 여러 개의 단독커넥터와 멀티커넥터를 상호 변환시키기 위한 상자이고, 충전기는 전기자동차의 고전압 배터리를 충전하도록 구비된 장치이다.
전기자동차에서는 상기 고전압 배터리 및 상기 전력전자부품의 냉각이 차량의 성능에 큰 영향을 미치며, 상기 고전압 배터리 및 상기 전력전자부품의 수명을 결정하게 된다. 이러한 냉각을 효과적으로 구현하기 위하여 차량의 운전상태에 따라 냉각수의 순환 경로를 달리하는 방법이 사용되고 있다. 특히, 냉각수의 순환 경로를 달리하는 방법에서 배터리 칠러를 이용하여 냉각수의 온도를 하강시키거나 배터리 히터를 이용하여 냉각수의 온도를 상승시키는 방법이 함께 활용되고 있다.
상기 방법들은 상기 고전압 배터리의 효율을 향상시키도록 기여하나, 냉각수 통로의 배치가 복잡해질 수 있고, 냉각수의 순환 경로를 달리하기 위한 부품들이 요구되며, 냉각수 통로의 복잡한 배치에서는 냉각수의 순환 경로를 달리하기 위한 부품들의 수가 증가되고, 상기 배터리 칠러 및 상기 배터리 히터를 냉각수 통로 상에 배열하기 위한 공간적 제약이 야기될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 배터리 히터 및 배터리 칠러와 같이 냉각수의 추가적인 가열 및 냉각을 수행하는 구성을 최소화하고, 구성이 단순하면서도 전기동력장치의 냉각 효율을 향상시키는 전기자동차의 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템은, 차량의 동력원을 냉각시키면서 순환하는 냉각수를 순환이 요구되는 부분에 공급한 후에 받아들여 동력원 및 순환이 요구되는 부분에 다시 공급하는 통합밸브; 상기 통합밸브에 냉각수가 유입되는 하나의 유입구인 통합밸브 입구통로; 상기 통합밸브로부터 냉각수가 선택적으로 유출되는 하나의 유출구인 제1 통합밸브 출구통로; 상기 통합밸브로부터 냉각수가 선택적으로 유출되는 다른 하나의 냉각수 유출구인 제2 통합밸브 출구통로; 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과하는 냉각수가 경유하도록 구비되고, 경유하는 냉각수의 온도를 선택적으로 조절하는 온도조절부; 상기 제1 통합밸브 출구통로 및 상기 제2 통합밸브 출구통로와 연통되는 통합순환부; 상기 통합순환부로부터 냉각수가 유출되는 하나의 유출구인 제1 통합순환부 출구통로; 상기 통합순환부에 냉각수가 유입되는 상기 제1 통합밸브 출구통로 및 상기 제2 통합밸브 출구통로와 다른 하나의 유입구인 통합순환부 입구통로; 및 상기 통합순환부로부터 냉각수가 유출되는 다른 하나의 유출구인 제2 통합순환부 출구통로;를 포함하는 밸브 모듈의 작동에 따라 냉각수의 순환 경로를 달리할 수 있다.
상기 통합밸브 입구통로, 상기 제1 통합밸브 출구통로, 및 상기 제2 통합밸브 출구통로는 상기 통합밸브에 형성될 수 있다.
상기 제1 통합순환부 출구통로, 상기 통합순환부 입구통로, 및 상기 제2 통합순환부 출구통로는 상기 통합순환부에 형성될 수 있다.
상기 제1 통합순환부 출구통로는 상기 제1 통합밸브 출구통로를 통하여 상기 통합순환부에 유입된 냉각수가 유출되는 것이 용이하도록 상기 제1 통합밸브 출구통로에 대향하여 배치될 수 있다.
상기 통합순환부에서 냉각수가 순환하는 방향인 상기 통합순환부의 길이방향을 따라 상기 제1 통합순환부 출구통로 및 상기 제1 통합밸브 출구통로는 동일한 위상에 배치되고, 상기 제2 통합밸브 출구통로는 상기 제1 통합밸브 출구통로와 상기 제2 통합순환부 출구통로의 사이에 배치되며, 상기 통합순환부 입구통로는 상기 제1 통합밸브 출구통로와 상기 제2 통합밸브 출구통로의 사이에 배치될 수 있다.
상기 밸브 모듈은, 상기 통합순환부의 길이방향에서 상기 제2 통합밸브 출구통로와 상기 통합순환부 입구통로의 사이에 배치되어 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과한 냉각수가 상기 통합순환부를 통하여 상기 제2 통합순환부 출구통로로 순환할 때에 상기 제1 통합밸브 출구통로, 상기 제1 통합순환부 출구통로, 및 상기 통합순환부 입구통로 측으로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 통합순환부로부터 상기 제1 통합순환부 출구통로를 통하여 유출된 냉각수는 제1 순환통로를 통과한 후에 상기 통합순환부 입구통로를 통하여 상기 통합순환부에 유입되며, 상기 제1 순환통로를 통과하는 냉각수가 라디에이터를 경유하도록 상기 제1 순환통로 상에는 상기 라디에이터가 구비될 수 있다.
상기 통합순환부로부터 상기 제2 통합순환부 출구통로를 통하여 유출된 냉각수는 제2 순환통로를 통과한 후에 상기 통합밸브 입구통로를 통하여 상기 통합밸브에 유입되며, 상기 제2 순환통로를 통과하는 냉각수가 전기동력장치를 경유하도록 상기 제2 순환통로 상에는 상기 전기동력장치가 구비될 수 있다.
상기 통합밸브가 상기 제1 통합밸브 출구통로를 개방하고, 상기 제2 통합밸브 출구통로를 폐쇄하도록 작동되면, 상기 통합밸브로부터 상기 제1 통합밸브 출구통로를 통해 유출된 냉각수는 상기 통합순환부, 상기 제1 통합순환부 출구통로, 상기 제1 순환통로, 상기 통합순환부 입구통로, 상기 통합순환부, 상기 제2 통합순환부 출구통로, 상기 제2 순환통로, 및 상기 통합밸브 입구통로를 순차적으로 경유하여 상기 통합밸브에 유입될 수 있다.
상기 통합밸브의 작동은 냉각수 고온환경에서 상기 라디에이터를 이용한 냉각수의 냉각이 요구되는 경우의 작동일 수 있다.
상기 통합밸브가 상기 제1 통합밸브 출구통로를 폐쇄하고, 상기 제2 통합밸브 출구통로를 개방하도록 작동되면, 상기 통합밸브로부터 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통해 유출된 냉각수는 상기 통합순환부, 및 상기 제2 통합순환부 출구통로, 상기 제2 순환통로, 및 상기 통합밸브 입구통로를 순차적으로 경유하여 상기 통합밸브에 유입될 수 있다.
상기 온도조절부는, 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과하는 냉각수를 가열하도록 선택적으로 발열하는 열선 코일; 및 상기 열선 코일와 연결되도록 제공되어 상기 열선 코일의 발열을 유도하는 코일 가열부;를 포함할 수 있다.
상기 열선 코일이 발열하면, 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과하는 냉각수는 상기 온도조절부를 경유하면서 상기 열선 코일과의 열교환에 의해 온도가 상승된 후에 상기 제2 순환통로를 통과할 수 있다.
상기 통합밸브의 작동은 냉각수 저온환경에서 상기 라디에이터를 이용한 냉각수의 냉각이 요구되지 않는 경우의 작동이며, 상기 열선 코일의 작동은 상기 온도조절부에 유입되는 냉각수의 가열이 요구되는 경우의 작동일 수 있다.
상기 온도조절부는 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과하는 냉각수를 냉각하도록 선택적으로 저온의 냉매가 통과되는 냉매 순환로를 포함할 수 있다.
상기 냉매 순환로에 통과되는 냉매는 에어컨 장치로부터 공급될 수 있다.
상기 냉매 순환로는 냉각수의 통로와 구별되면서 냉매와 냉각수의 사이에 열교환이 수행되도록 구비될 수 있다.
상기 냉매 순환로에 저온의 냉매가 통과되면, 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과하는 냉각수는 상기 온도조절부를 경유하면서 상기 냉매 순환로와의 열교환에 의해 온도가 하강된 후에 상기 제2 순환통로를 통과할 수 있다.
상기 통합밸브의 작동은 냉각수 저온환경에서 상기 라디에이터를 이용한 냉각수의 냉각이 요구되지 않는 경우의 작동이며, 상기 냉매 순환로의 작동은 상기 온도조절부에 유입되는 냉각수의 냉각이 요구되는 경우의 작동일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템은, 적어도 1개 이상의 냉각수 유입구 및 적어도 2개 이상의 냉각수 유출구를 가지며, 상기 2개 이상의 냉각수 유출구 중 하나로 선택적으로 냉각수를 유출시키는 통합밸브; 상기 2개 이상의 냉각수 유출구 중 하나로 유출된 냉각수가 순환이 요구되는 부분에 공급된 후에 상기 적어도 1개 이상의 냉각수 유입구를 통해 상기 통합밸브에 다시 유입되도록 서로 연결된 복수개의 냉각수 통로; 및 상기 복수개의 냉각수 통로 중 적어도 하나 이상의 통로에 구비되어 냉각수의 온도를 선택적으로 조절하도록 기능하는 온도조절부;를 포함할 수 있다.
상기 통합밸브, 상기 복수개의 냉각수 통로 중 일부, 및 상기 온도조절부는 하나의 밸브 모듈일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 통합밸브 및 온도조절부를 포함하는 밸브 모듈을 적용하여 구성이 단순하면서도 전기동력장치의 냉각 효율을 향상시킬 수 있음과 동시에 라디에이터와 같은 주변기기들에 냉각수를 효율적으로 순환시킬 수 있다.
또한, 밸브 모듈을 제공하기 위한 최소한의 공간만이 요구되어 공간활용도가 향상되며, 배터리 히터 및 배터리 칠러와 같이 냉각수의 추가적인 가열 및 냉각을 수행하는 구성이 최소화되어 공간활용도가 극대화될 수 있다.
나아가, 단순한 구성 및 불필요한 구성의 삭제는 궁극적으로 원가 및 중량을 저감시키고, 연비를 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템의 냉각수 고온환경에서 구현되는 냉각수의 순환을 보여주는 작동도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템의 냉각수 저온환경에서 구현되는 냉각수의 순환을 보여주는 작동도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템이 포함하는 온도조절부의 구성 및 냉각수 저온환경에서 온도조절부의 기능을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템이 포함하는 온도조절부의 구성 및 냉각수 저온환경에서 온도조절부의 기능을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템은 전기가 동력으로 사용되는 자동차의 총칭인 전기자동차(EV: electric vehicle)에 적용되며, 냉각수의 순환 경로를 차량의 운전상태에 따라 달리하도록 기능하는 밸브 모듈(10), 냉각수의 순환이 요구되는 주변기기들(310, 320, 330), 그리고 냉각수가 상기 밸브 모듈(10)의 내부 및 상기 주변기기들(310, 320, 330)을 순환하도록 제공되는 냉각수 통로들(112, 114, 116, 130, 132, 134, 135, 136, 138)을 포함한다.
상기 밸브 모듈(10)은 통합밸브(110), 통합밸브 입구통로(112), 제1 통합밸브 출구통로(114), 제2 통합밸브 출구통로(116), 온도조절부(120), 통합순환부(130), 제1 통합순환부 출구통로(134), 통합순환부 입구통로(132), 제2 통합순환부 출구통로(135), 및 체크밸브(410)를 포함한다.
상기 통합밸브(110)는 전기자동차의 동력원인 엔진(도시하지 않음) 또는 구동모터(도시하지 않음)를 냉각시키면서 순환한 냉각수를 받아들여 상기 냉각수의 순환이 요구되는 주변기기들(310, 320, 330)에 공급하고, 상기 주변기기들(310, 320, 330)을 경유한 냉각수를 받아들여 상기 엔진 또는 상기 구동모터, 및 상기 주변기기들(310, 320, 330)에 다시 공급한다. 즉, 상기 통합밸브(110)는 전기자동차의 냉각수 순환을 총괄하는 밸브로서, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자)에게 자명한 상기 엔진 또는 상기 구동모터로부터 상기 통합밸브(110)에 냉각수가 유입되는 경로에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 통합밸브 입구통로(112)는 냉각수가 상기 엔진 또는 상기 구동모터로부터 상기 통합밸브(110)에 유입되는 경로 이외에 냉각수가 상기 통합밸브(110)에 유입되는 다른 하나의 냉각수 유입구이다. 또한, 상기 통합밸브 입구통로(112)는 상기 통합밸브(110)가 상기 주변기기들(310, 320, 330)을 경유한 냉각수를 받아들이도록 상기 통합밸브(110)에 형성된다.
상기 제1 통합밸브 출구통로(114)는 냉각수가 상기 통합밸브(110)로부터 선택적으로 유출되는 하나의 냉각수 유출구이다. 또한, 상기 제1 통합밸브 출구통로(114)는 상기 통합밸브(110)가 냉각수를 배출하도록 상기 통합밸브(110)에 형성된다.
상기 제2 통합밸브 출구통로(116)는 냉각수가 상기 통합밸브(110)로부터 선택적으로 유출되는 다른 하나의 냉각수 유출구이다. 또한, 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)는 상기 통합밸브(110)가 냉각수를 배출하도록 상기 통합밸브(110)에 형성된다. 즉, 상기 통합밸브(110)는 상기 통합밸브 입구통로(112)로 유입된 냉각수가 상기 제1 통합밸브 출구통로(114) 및 상기 제2 통합밸브 출구통로(116) 중 하나로 유출되도록 기능한다.
상기 온도조절부(120)는 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)에 구비된 장치로서, 냉각수의 온도를 선택적으로 조절한다. 다시 말해, 상기 온도조절부(120)는 냉각수의 온도를 상승시키는 기능 및 냉각수의 온도를 하강시키는 기능 중 하나를 선택적으로 수행한다.
상기 통합순환부(130)는 상기 제1 통합밸브 출구통로(114) 또는 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)를 통과한 냉각수가 순환하도록 상기 제1 통합밸브 출구통로(114) 및 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)와 연통된다.
상기 제1 통합순환부 출구통로(134)는 냉각수가 상기 통합순환부(130)로부터 유출되는 하나의 냉각수 유출구이다. 또한, 상기 제1 통합순환부 출구통로(134)는 상기 통합순환부(130)가 냉각수를 배출하도록 상기 통합순환부(130)에 형성된다. 나아가, 상기 제1 통합순환부 출구통로(134)는 상기 제1 통합밸브 출구통로(114)를 통하여 상기 통합순환부(130)에 유입된 냉각수가 유출되는 것이 용이하도록 상기 제1 통합밸브 출구통로(114)에 대향하여 배치될 수 있다.
상기 통합순환부 입구통로(132)는 냉각수가 상기 제1 통합밸브 출구통로(114) 또는 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)로부터 상기 통합순환부(130)에 유입되는 경로 이외에 냉각수가 상기 통합순환부(130)에 유입되는 다른 하나의 냉각수 유입구이다. 또한, 상기 통합순환부 입구통로(132)는 상기 통합순환부(130)가 냉각수를 받아들이도록 상기 통합순환부(130)에 형성된다.
상기 제2 통합순환부 출구통로(135)는 냉각수가 상기 통합순환부(130)로부터 유출되는 다른 하나의 냉각수 유출구이다. 또한, 상기 제2 통합순환부 출구통로(135)는 상기 통합순환부(130)가 냉각수를 배출하도록 상기 통합순환부(130)에 형성된다. 한편, 상기 통합순환부(130)를 기준으로 냉각수가 순환하는 방향을 상기 통합순환부(130)의 길이방향이라 할 때, 상기 통합순환부(130)의 길이방향을 따라 상기 제1 통합순환부 출구통로(134) 및 상기 제1 통합밸브 출구통로(114)는 동일한 위상에 배치되고, 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)는 상기 제1 통합밸브 출구통로(114)와 상기 제2 통합순환부 출구통로(135)의 사이에 배치되며, 상기 통합순환부 입구통로(132)는 상기 제1 통합밸브 출구통로(114)와 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)의 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 통합순환부(130)에서 상기 통합순환부 출구통로(134)가 형성되는 부분과 상기 통합순환부 입구통로(132)가 형성되는 부분은 구획될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 체크밸브(410)는 상기 통합순환부(130)에 구비된다. 또한, 상기 체크밸브(410)는 상기 통합순환부(130)의 길이방향에서 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)와 상기 통합순환부 입구통로(132)의 사이에 배치된다. 나아가, 상기 체크밸브(410)는 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)를 통과한 냉각수가 상기 통합순환부(130)를 통하여 상기 제2 통합순환부 출구통로(135)로 순환할 때에 상기 제1 통합밸브 출구통로(114), 상기 제1 통합순환부 출구통로(134), 및 상기 통합순환부 입구통로(132) 측으로 역류하는 것을 방지하도록 기능한다.
상기 주변기기들(310, 320, 330)은 라디에이터(310), 콘덴서(320), 및 전기동력장치(330)를 포함한다.
상기 라디에이터(310)는 냉각수의 열을 공기 중으로 방출하는 장치이고, 상기 콘덴서(320)는 기화된 냉각수를 응축함과 동시에 냉각수를 냉각하는 장치로서, 당업자에게 자명하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 전기동력장치(330)는 전력전자부품(PE: power electronics) 및 고전압 배터리를 통칭하는 것으로 정의한다. 다시 말해, 전기가 동력으로 사용되는 자동차의 총칭으로서, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템이 적용되는 전기자동차는 상기 전력전자부품 및 상기 고전압 배터리가 사용되는 모든 친환경 차량(eco-friendly vehicle)을 의미한다. 한편, 상기 전기동력장치(330)는 상기 전력전자부품 및 상기 고전압 배터리 중 하나 또는 모두일 수 있다. 통상적으로, 전기자동차에는 동력원인 구동모터, 고전압 배터리, 변속기 및 전력전자부품 등이 장착된다. 여기서, 상기 전력전자부품은 직류전력을 교류전력으로 변환하고, 전압을 변압하며, 커넥터를 동기화하는 등의 기능을 수행하는 기기들로서, 당업자에게 자명하다. 또한, 상기 고전압 배터리가 상기 구동모터에 전력을 공급하는 것 역시 당업자에게 자명하다. 이러한 전기자동차에서 상기 전기동력장치(330)의 온도를 적절하게 유지하는 것은 전기자동차의 성능을 결정할 수 있다.
상기 통합순환부(130)로부터 상기 제1 통합순환부 출구통로(134)를 통하여 유출된 냉각수는 제1 순환통로(136)를 통과한 후에 상기 통합순환부 입구통로(132)를 통하여 상기 통합순환부(130)에 유입된다. 또한, 상기 제1 순환통로(136) 상에는 상기 라디에이터(310) 및 상기 콘덴서(320)가 구비된다. 즉, 상기 제1 순환통로(136)를 통과하는 냉각수는 상기 라디에이터(310) 및 상기 콘덴서(320)를 경유한다.
상기 통합순환부(130)로부터 상기 제2 통합순환부 출구통로(135)를 통하여 유출된 냉각수는 제2 순환통로(138)를 통과한 후에 상기 통합밸브 입구통로(112)를 통하여 상기 통합밸브(110)에 유입된다. 또한, 상기 제2 순환통로(138) 상에는 상기 전기동력장치(330)가 구비된다. 즉, 상기 제2 순환통로(138)를 통과하는 냉각수는 상기 전기동력장치(330)를 경유한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템의 냉각수 고온환경에서 구현되는 냉각수의 순환을 보여주는 작동도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 냉각수 고온환경에서는 상기 라디에이터(310)를 이용한 냉각수의 냉각이 요구됨에 따라 상기 통합밸브(110)는 상기 제1 통합밸브 출구통로(114)를 개방하고, 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)를 폐쇄한다. 이러한 통합밸브(110)의 작동에 의해 상기 통합밸브(110)로부터 상기 제1 통합밸브 출구통로(114)를 통해 유출된 냉각수는 상기 통합순환부(130), 상기 제1 통합순환부 출구통로(134), 상기 제1 순환통로(136), 상기 통합순환부 입구통로(132), 상기 통합순환부(130), 상기 제2 통합순환부 출구통로(135), 상기 제2 순환통로(138), 및 상기 통합밸브 입구통로(112)를 순차적으로 경유하여 상기 통합밸브(110)에 유입된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템의 냉각수 저온환경에서 구현되는 냉각수의 순환을 보여주는 작동도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 냉각수 저온환경에서는 상기 라디에이터(310)를 이용한 냉각수의 냉각이 요구되지 않음에 따라 상기 통합밸브(110)는 상기 제1 통합밸브 출구통로(114)를 폐쇄하고, 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)를 개방한다. 이러한 통합밸브(110)의 작동에 의해 상기 통합밸브(110)로부터 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)를 통해 유출된 냉각수는 상기 통합순환부(130), 상기 제2 통합순환부 출구통로(135), 상기 제2 순환통로(138), 및 상기 통합밸브 입구통로(112)를 순차적으로 경유하여 상기 통합밸브(110)에 유입된다.
이 때, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 온도조절부(120)의 구성 및 기능에 의해 냉각수의 온도가 조절되는 작동을 도 4를 참조로 설명하고, 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 온도조절부(120)의 구성 및 기능에 의해 냉각수의 온도가 조절되는 작동을 도 5를 참조로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템이 포함하는 온도조절부의 구성 및 냉각수 저온환경에서 온도조절부의 기능을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 온도조절부(120)는 열선 코일(122) 및 코일 가열부(125)를 포함한다.
상기 열선 코일(122)은 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)에 구비된 상기 온도조절부(120)에 내장된다. 또한, 상기 열선 코일(122)은 선택적으로 발열하여 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)를 통과하면서 상기 온도조절부(120)를 경유하는 냉각수를 가열한다. 나아가, 상기 열선 코일(122)은 얇은 금속 선을 하나의 축을 중심으로 나란히 여러 번 감아서 원통 형상이 된 것으로서, 전류가 흐르면서 저항에 의해 발열하는 당업자에게 자명한 것일 수 있다.
상기 코일 가열부(125)는 상기 열선 코일(122)와 연결되도록 제공되어 상기 열선 코일(122)을 가열하도록 기능한다. 여기서, 상기 코일 가열부(125)는 전력의 공급원으로서, 상기 열선 코일(122)에 전류를 흐르도록 하여 상기 열선 코일(122)의 발열을 유도하는 전원(electric power source)일 수 있다.
냉각수 저온환경에서 상기 온도조절부(120)에 유입되는 냉각수의 온도를 상승시키는 것이 요구되면, 상기 코일 가열부(125)는 상기 열선 코일(122)이 발열하도록 한다. 이러한 열선 코일(122)의 작동에 의해 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)를 통과하는 냉각수는 상기 온도조절부(120)를 경유하면서 상기 열선 코일(122)과의 열교환에 의해 온도가 상승된 후에 상기 제2 순환통로(138)를 통과한다. 따라서, 적정한 온도의 냉각수가 상기 전기동력장치(330)를 순환할 수 있다.
냉각수 저온환경이라도 상기 온도조절부(120)에 유입되는 냉각수의 온도를 상승시키는 것이 요구되지 않으면, 상기 코일 가열부(125) 및 상기 열선 코일(122)은 작동되지 않는다. 따라서, 상기 온도조절부(120)를 경유하는 냉각수를 가열하는 상기 열선 코일(122)과 냉각수의 열교환은 수행되지 않으며, 적정한 온도의 냉각수가 상기 전기동력장치(330)를 순환할 수 있다.
한편, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 온도조절부(120)가 적용되는 경우에는 배터리 히터와 같이 냉각수의 추가적인 가열을 수행하는 구성이 삭제될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전기자동차의 냉각 시스템이 포함하는 온도조절부의 구성 및 냉각수 저온환경에서 온도조절부의 기능을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 온도조절부(120)는 차량의 에어컨 장치(129)와 연결된 냉매 순환로(126)를 포함한다.
상기 에어컨 장치(129)는 차량의 통상적인 에어컨 또는 그 일부분일 수 있으며, 차량의 통상적인 에어컨의 기능을 수행하기 위해 냉매가 사용되는 것은 당업자에게 자명하다.
상기 냉매 순환로(126)는 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)에 구비된 상기 온도조절부(120)에 내장된다. 또한, 상기 에어컨 장치(129)는 상기 냉매 순환로(126)와 연결되도록 제공되고, 상기 냉매 순환로(126)에는 상기 에어컨 장치(129)의 냉매가 통과된다. 나아가, 상기 냉매 순환로(126)는 냉각수의 통로와 구별되면서 냉매와 냉각수의 사이에 열교환이 수행되도록 구비된다.
냉각수 저온환경이라도 상기 온도조절부(120)에 유입되는 냉각수의 온도를 하강시키는 것이 요구되면, 상기 에어컨 장치(129)는 상기 냉매 순환로(126)에 저온의 냉매가 통과되도록 한다. 이러한 냉매 순환로(126)의 작동에 의해 상기 제2 통합밸브 출구통로(116)를 통과하는 냉각수는 상기 온도조절부(120)를 경유하면서 냉매와의 열교환에 의해 온도가 하강된 후에 상기 제2 순환통로(138)를 통과한다. 따라서, 적정한 온도의 냉각수가 상기 전기동력장치(330)를 순환할 수 있다.
냉각수 저온환경에서 상기 온도조절부(120)에 유입되는 냉각수의 온도를 하강시키는 것이 요구되지 않으면, 상기 에어컨 장치(129) 및 상기 냉매 순환로(126)는 작동되지 않는다. 따라서, 상기 온도조절부(120)를 경유하는 냉각수를 냉각하는 상기 냉매 순환로(126)와 냉각수의 열교환은 수행되지 않으며, 적정한 온도의 냉각수가 상기 전기동력장치(330)를 순환할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 온도조절부(120)가 적용되는 경우에는 배터리 칠러와 같이 냉각수의 추가적인 냉각을 수행하는 구성이 삭제될 수 있다.
본 명세서에서는 온도센서 등을 이용한 냉각수의 온도 감지, 그리고 자동차의 전자기기들의 제어를 총괄하는 통상의 전자제어유닛(ECU: electronic control unit)과 같은 제어기에 의한 상기 통합밸브(110), 상기 코일 가열부(125), 및 상기 에어컨 장치(129)의 감지된 냉각수의 온도에 따른 제어 등 상기 밸브 모듈(10)의 제어방법과 관련된 사항은 생략하기로 한다. 이러한 밸브 모듈(10)의 제어방법은 당업자의 설계에 따라 다양하게 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 통합밸브(110) 및 온도조절부(120)를 포함하는 밸브 모듈(10)을 적용하여 구성이 단순하면서도 전기동력장치(330)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있음과 동시에 라디에이터(310)와 같은 주변기기들(310, 320)에 냉각수를 효율적으로 순환시킬 수 있다. 또한, 밸브 모듈(10)을 제공하기 위한 최소한의 공간만이 요구되어 공간활용도가 향상되며, 배터리 히터 및 배터리 칠러와 같이 냉각수의 추가적인 가열 및 냉각을 수행하는 구성이 최소화되어 공간활용도가 극대화될 수 있다. 나아가, 단순한 구성 및 불필요한 구성의 삭제는 궁극적으로 원가 및 중량을 저감시키고, 연비를 개선시킬 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 밸브 모듈
110: 통합밸브 112: 통합밸브 입구통로
114: 제1 통합밸브 출구통로
116: 제2 통합밸브 출구통로
120: 온도조절부
122: 열선 코일 125: 코일 가열부
126: 냉매 순환로 129: 에어컨 장치
130: 통합순환부 132: 통합순환부 입구통로
134: 제1 통합순환부 출구통로
135: 제2 통합순환부 출구통로
136: 제1 순환통로
138: 제2 순환통로
310: 라디에이터 320: 콘덴서
330: 전기동력장치
410: 체크밸브

Claims (19)

  1. 차량의 동력원을 냉각시키면서 순환하는 냉각수를 순환이 요구되는 부분에 공급한 후에 받아들여 동력원 및 순환이 요구되는 부분에 다시 공급하는 통합밸브;
    상기 통합밸브에 냉각수가 유입되는 하나의 유입구인 통합밸브 입구통로;
    상기 통합밸브로부터 냉각수가 선택적으로 유출되는 하나의 유출구인 제1 통합밸브 출구통로;
    상기 통합밸브로부터 냉각수가 선택적으로 유출되는 다른 하나의 냉각수 유출구인 제2 통합밸브 출구통로;
    상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과하는 냉각수가 경유하도록 구비되고, 경유하는 냉각수의 온도를 선택적으로 조절하는 온도조절부;
    상기 제1 통합밸브 출구통로 및 상기 제2 통합밸브 출구통로와 연통되는 통합순환부;
    상기 통합순환부로부터 냉각수가 유출되는 하나의 유출구인 제1 통합순환부 출구통로;
    상기 통합순환부에 냉각수가 유입되는 상기 제1 통합밸브 출구통로 및 상기 제2 통합밸브 출구통로와 다른 하나의 유입구인 통합순환부 입구통로; 및
    상기 통합순환부로부터 냉각수가 유출되는 다른 하나의 유출구인 제2 통합순환부 출구통로; 를 포함하는 밸브 모듈의 작동에 따라 냉각수의 순환 경로를 달리하고,
    상기 통합순환부에서 냉각수가 순환하는 방향인 상기 통합순환부의 길이방향을 따라 상기 제1 통합순환부 출구통로 및 상기 제1 통합밸브 출구통로는 동일한 위상에 배치되고, 상기 제2 통합밸브 출구통로는 상기 제1 통합밸브 출구통로와 상기 제2 통합순환부 출구통로의 사이에 배치되며, 상기 통합순환부 입구통로는 상기 제1 통합밸브 출구통로와 상기 제2 통합밸브 출구통로의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통합밸브 입구통로, 상기 제1 통합밸브 출구통로, 및 상기 제2 통합밸브 출구통로는 상기 통합밸브에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 통합순환부 출구통로, 상기 통합순환부 입구통로, 및 상기 제2 통합순환부 출구통로는 상기 통합순환부에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 통합순환부 출구통로는 상기 제1 통합밸브 출구통로를 통하여 상기 통합순환부에 유입된 냉각수가 유출되는 것이 용이하도록 상기 제1 통합밸브 출구통로에 대향하여 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 모듈은,
    상기 통합순환부의 길이방향에서 상기 제2 통합밸브 출구통로와 상기 통합순환부 입구통로의 사이에 배치되어 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과한 냉각수가 상기 통합순환부를 통하여 상기 제2 통합순환부 출구통로로 순환할 때에 상기 제1 통합밸브 출구통로, 상기 제1 통합순환부 출구통로, 및 상기 통합순환부 입구통로 측으로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통합순환부로부터 상기 제1 통합순환부 출구통로를 통하여 유출된 냉각수는 제1 순환통로를 통과한 후에 상기 통합순환부 입구통로를 통하여 상기 통합순환부에 유입되며,
    상기 제1 순환통로를 통과하는 냉각수가 라디에이터를 경유하도록 상기 제1 순환통로 상에는 상기 라디에이터가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 통합순환부로부터 상기 제2 통합순환부 출구통로를 통하여 유출된 냉각수는 제2 순환통로를 통과한 후에 상기 통합밸브 입구통로를 통하여 상기 통합밸브에 유입되며,
    상기 제2 순환통로를 통과하는 냉각수가 전기동력장치를 경유하도록 상기 제2 순환통로 상에는 상기 전기동력장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 통합밸브가 상기 제1 통합밸브 출구통로를 개방하고, 상기 제2 통합밸브 출구통로를 폐쇄하도록 작동되면,
    상기 통합밸브로부터 상기 제1 통합밸브 출구통로를 통해 유출된 냉각수는 상기 통합순환부, 상기 제1 통합순환부 출구통로, 상기 제1 순환통로, 상기 통합순환부 입구통로, 상기 통합순환부, 상기 제2 통합순환부 출구통로, 상기 제2 순환통로, 및 상기 통합밸브 입구통로를 순차적으로 경유하여 상기 통합밸브에 유입되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 통합밸브의 작동은 냉각수 고온환경에서 상기 라디에이터를 이용한 냉각수의 냉각이 요구되는 경우의 작동인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 통합밸브가 상기 제1 통합밸브 출구통로를 폐쇄하고, 상기 제2 통합밸브 출구통로를 개방하도록 작동되면,
    상기 통합밸브로부터 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통해 유출된 냉각수는 상기 통합순환부, 및 상기 제2 통합순환부 출구통로, 상기 제2 순환통로, 및 상기 통합밸브 입구통로를 순차적으로 경유하여 상기 통합밸브에 유입되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 온도조절부는,
    상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과하는 냉각수를 가열하도록 선택적으로 발열하는 열선 코일; 및
    상기 열선 코일와 연결되도록 제공되어 상기 열선 코일의 발열을 유도하는 코일 가열부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 열선 코일이 발열하면, 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과하는 냉각수는 상기 온도조절부를 경유하면서 상기 열선 코일과의 열교환에 의해 온도가 상승된 후에 상기 제2 순환통로를 통과하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 통합밸브의 작동은 냉각수 저온환경에서 상기 라디에이터를 이용한 냉각수의 냉각이 요구되지 않는 경우의 작동이며,
    상기 열선 코일의 작동은 상기 온도조절부에 유입되는 냉각수의 가열이 요구되는 경우의 작동인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 온도조절부는 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과하는 냉각수를 냉각하도록 선택적으로 저온의 냉매가 통과되는 냉매 순환로를 포함하고,
    상기 냉매 순환로에 통과되는 냉매는 에어컨 장치로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 냉매 순환로는 냉각수의 통로와 구별되면서 냉매와 냉각수의 사이에 열교환이 수행되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 냉매 순환로에 저온의 냉매가 통과되면, 상기 제2 통합밸브 출구통로를 통과하는 냉각수는 상기 온도조절부를 경유하면서 상기 냉매 순환로와의 열교환에 의해 온도가 하강된 후에 상기 제2 순환통로를 통과하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 통합밸브의 작동은 냉각수 저온환경에서 상기 라디에이터를 이용한 냉각수의 냉각이 요구되지 않는 경우의 작동이며,
    상기 냉매 순환로의 작동은 상기 온도조절부에 유입되는 냉각수의 냉각이 요구되는 경우의 작동인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉각 시스템.
  19. 삭제
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