KR102622137B1 - Electric car battery cooling system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기차 배터리 냉각 시스템에 관한 것으로, 흡입되는 저온저압의 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 상태의 냉매를 응축기로 이송하는 압축기; 압축기로부터 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매의 열을 외부로 방출하여 고압의 액체 상태의 냉매로 응축하여 팽창변으로 이송하는 응축기; 응축기로부터 이송된 고압의 액체 상태의 냉매를 저온 저압의 액체/기체 혼합 냉매로 교축하여 제공하는 팽창변; 및 팽창변에서 유입된 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 이용하여 배터리에서 발생된 열을 흡수하고 그 배터리의 열이 흡수된 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 압축기로 이송하는 배터리 냉각기를 포함한다. The present invention relates to an electric vehicle battery cooling system, comprising: a compressor that compresses low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant that is sucked in and transfers the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant to a condenser; A condenser that radiates heat from the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant transferred from the compressor to the outside, condenses it into high-pressure liquid refrigerant, and transfers it to the expansion valve; An expansion valve that converts the high-pressure liquid refrigerant transferred from the condenser into a low-temperature, low-pressure liquid/gas mixed refrigerant. And a battery cooler that absorbs heat generated from the battery using the low-temperature, low-pressure liquid/gaseous refrigerant introduced from the expansion valve and transfers the low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant from which the heat from the battery has been absorbed to the compressor.
Description
본 발명은 전기차 배터리 냉각 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수냉식 콘덴서와 냉매식 배터리 냉각 시스템으로 저온 조건에서의 배터리 급속충전 및 배터리 열관리에 의한 수명 및 용량 감소를 방지할 수 있는 전기차 배터리 냉각 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an electric vehicle battery cooling system and method, and more specifically, to an electric vehicle battery cooling system using a water-cooled condenser and a refrigerant-type battery cooling system to prevent a decrease in lifespan and capacity due to rapid battery charging and battery thermal management in low-temperature conditions. It's about the system.
일반적인 종래 냉매 간접 수냉식 배터리 냉각 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 응축기(11), 팽창변(12), 열교환기(13) 및 압축기(14)로 이루어져 냉매를 순환시켜 차량 내부를 냉방하는 에어컨 시스템과 전장부품(21) 및 배터리(22)를 냉각하기 위해 냉각수를 냉각하기 위해 LTR(23)을 공기로 냉각하기 위한 냉각팬(24), 냉각수 순환 라인이 열교환기(13)를 매개로 각각 연결된 냉각 시스템으로 이루어진다. As shown in FIG. 1, a typical conventional refrigerant indirect water-cooled battery cooling system is an air conditioning system that consists of a condenser 11, an expansion valve 12, a heat exchanger 13, and a compressor 14 to circulate the refrigerant to cool the interior of the vehicle. and a cooling fan (24) for cooling the LTR (23) with air to cool the coolant to cool the electrical components (21) and the battery (22), and a coolant circulation line connected to each other via the heat exchanger (13). It consists of a cooling system.
한편, 전기차는 배터리 탑재 용량이 매우 크기 때문에 차량 실내 냉방과 별도로 배터리 냉각 전용 냉매 순환 시스템을 구성하고, 냉매, 냉각수, 배터리의 순으로 냉각을 하기도 한다. On the other hand, since electric vehicles have a very large battery capacity, a refrigerant circulation system dedicated to battery cooling is established separately from vehicle interior cooling, and cooling is performed in the order of refrigerant, coolant, and battery.
그리고 차량내 전장부품과 배터리는 냉각수 파이프에 직렬로 연결되고, 냉각수를 통해 냉각한 전장부품과 배터리의 열은 저온 라지에터의 대기를 통해 열을 방출하는 냉각 방식이 이용된다. In addition, the electrical components and battery in the vehicle are connected in series to the coolant pipe, and a cooling method is used in which the heat from the electrical components and battery cooled through the coolant is dissipated through the atmosphere of a low-temperature radiator.
또한, 냉각수 파이프는 에어컨 시스템의 열교환기에 연결되어, 열교환기에 유입되는 에어컨 시스템의 저온 냉매에 의해 냉각수를 통해 배터리의 열을 냉각하는 방식이 이용될 수 있다. In addition, the coolant pipe is connected to the heat exchanger of the air conditioner system, and a method may be used in which the heat of the battery is cooled through the coolant by the low temperature refrigerant of the air conditioner system flowing into the heat exchanger.
그러나 종래 냉매 간접 수냉식 배터리 냉각 시스템은 냉매를 이용하여 배터리를 단독을 냉각하는 방식을 이용하는 경우, 4℃ 이하의 저온 조건에서 에어컨 압축기 보호를 위하여 작동이 정지되거나, 영하의 온도에서 냉각팬의 빙결/모터 구속에 의한 발화를 방지하기 위하여 냉각팬 작동이 정지될 수 있다. However, when the conventional refrigerant indirect water-cooled battery cooling system uses a method of cooling the battery alone using a refrigerant, it stops operating to protect the air conditioner compressor in low temperature conditions below 4℃, or the cooling fan freezes/frozen at sub-zero temperatures. Cooling fan operation may be stopped to prevent ignition due to motor binding.
이에 따라, 환경온도가 저온인 혹한 지역 경우, 배터리 단독 냉각이 불가능한 문제점이 있다. Accordingly, in extreme cold areas where the environmental temperature is low, there is a problem in that it is impossible to cool the battery alone.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수냉식 콘덴서를 이용하여 냉매식 배터리 냉각 시스템을 구성함으로써, 저온 조건에서의 배터리 냉각 기능을 개선할 수 있고, 배터리의 열관리에 의한 수명 및 용량 감소를 방지할 수 있는 전기차 배터리 냉각 시스템을 제공하고자 한다. The present invention was developed to solve a conventional problem. By constructing a refrigerant-type battery cooling system using a water-cooled condenser, the battery cooling function can be improved in low-temperature conditions, and the life and capacity of the battery can be reduced by thermal management. We aim to provide an electric vehicle battery cooling system that can prevent this.
또한, 본 발명의 다른 목적은 냉각수 누수에 의한 배터리 발화를 방지할 수 있는 전기차 배터리 냉각 시스템을 제공하고자 한다. In addition, another object of the present invention is to provide an electric vehicle battery cooling system that can prevent battery ignition due to coolant leakage.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 냉각 시스템은 흡입되는 저온저압의 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 상태의 냉매를 응축기로 이송하는 압축기; 상기 압축기로부터 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매의 열을 외부로 방출하여 고압의 액체 상태의 냉매로 응축하여 팽창변으로 이송하는 응축기; 상기 응축기로부터 이송된 고압의 액체 상태의 냉매를 저온 저압의 액체/기체 혼합 냉매로 교축하여 제공하는 팽창변; 및 상기 팽창변에서 유입된 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 이용하여 배터리에서 발생된 열을 흡수하고 그 배터리의 열이 흡수된 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 상기 압축기로 이송하는 배터리 냉각기;를 포함한다. In order to achieve the above object, an electric vehicle battery cooling system according to an embodiment of the present invention includes a compressor that compresses inhaled low-temperature and low-pressure gaseous refrigerant and transfers the high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant to a condenser; a condenser that releases heat from the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant transferred from the compressor to the outside, condenses it into high-pressure liquid refrigerant, and transfers it to the expansion valve; an expansion valve configured to compress the high-pressure liquid refrigerant transferred from the condenser into a low-temperature, low-pressure liquid/gas mixed refrigerant; and a battery cooler that absorbs heat generated from the battery using the low-temperature, low-pressure liquid/gaseous refrigerant introduced from the expansion valve and transfers the low-temperature, low-pressure, gaseous refrigerant from which the heat from the battery has been absorbed to the compressor. Includes.
상기 응축기는, 냉각수를 이송하는 제 1 관로; 및 상기 제 1 관로를 감싸는 형태의 제 2 관로가 형성되고, 상기 제 2 관로의 일측에 상기 압축기에서 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매가 입력되는 입력구가 구비되며, 상기 제 2 관로의 타측에 상기 제 1 관로의 냉각수에 의해 응축된 고압의 액체 상태의 냉매가 배출되기 위한 배출구가 형성된다. The condenser includes a first pipe for transporting cooling water; And a second pipe is formed to surround the first pipe, and an input port through which the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant transferred from the compressor is input is provided on one side of the second pipe, and the other side of the second pipe is provided. An outlet is formed for discharging the high-pressure liquid refrigerant condensed by the cooling water in the first pipe.
그리고 상기 응축기는, 상기 제 1 관로를 통해 전장부품를 냉각될 수 있다. And the condenser can cool the electrical components through the first pipe.
한편, 상기 압축기와 상기 배터리 냉각기 사이의 냉매의 온도를 조절하기 위한 히터가 더 구비될 수 있다. Meanwhile, a heater may be further provided to control the temperature of the refrigerant between the compressor and the battery cooler.
그리고 상기 히터는, 상기 팽창변을 통해 이동되는 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 입력받아 상기 배터리 냉각기를 통해 이송되는 저온 저압의 기체 상태의 냉매 온도를 조정한 후 다시 상기 팽창변에 이송한다. The heater receives the low-temperature, low-pressure liquid/gaseous refrigerant moving through the expansion valve, adjusts the temperature of the low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant transported through the battery cooler, and then transfers it back to the expansion valve.
따라서, 본 발명의 일 실시예에에 따르면, 저온 조건환경에서 에어컨 압축기의 보호를 위해 작동 정지에 관계없이 배터리의 냉각 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다. Therefore, according to one embodiment of the present invention, there is an effect of performing the cooling function of the battery regardless of the operation stop to protect the air conditioner compressor in a low temperature environment.
도 1은 종래 냉매 간접 수냉식 배터리 냉각 시스템을 설명하기 위한 구성 블록도.
도 2는 본 발명의 배터리 냉각 시스템을 설명하기 위한 구성 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 응축기의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a block diagram illustrating a conventional refrigerant indirect water-cooled battery cooling system.
Figure 2 is a block diagram illustrating the battery cooling system of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the detailed configuration of the condenser shown in FIG. 2.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. The present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and that common knowledge in the technical field to which the present invention pertains is not limited. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Meanwhile, the terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprises” and/or “comprising” means that a referenced element, step, operation and/or element precludes the presence of one or more other elements, steps, operations and/or elements. or does not rule out addition.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 배터리 냉각 시스템을 설명하기 위한 구성 블록도이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Figure 2 is a block diagram for explaining the battery cooling system of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 냉각 시스템은 압축기(100), 응축기(200), 팽창변(300), 배터리 냉각기(400)를 포함한다. As shown in Figure 2. The electric vehicle battery cooling system according to an embodiment of the present invention includes a compressor 100, a
압축기(100)는 흡입되는 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 상태의 냉매를 응축기(200)로 이송한다.The compressor 100 compresses the sucked low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant and transfers the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant to the
그리고 응축기(200)는 상기 압축기(100)로부터 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매의 열을 외부로 방출하여 고압의 액체 상태의 냉매로 응축하여 팽창변(300)으로 이송한다. The
또한 팽창변(300)은 상기 응축기(200)로부터 이송된 고압의 액체 상태의 냉매를 저온 저압의 액체/기체 혼합 냉매로 교축하여 제공한다. Additionally, the expansion valve 300 converts the high-pressure liquid refrigerant transferred from the
배터리 냉각기(400)는 상기 팽창변(300)에서 유입된 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 이용하여 배터리에서 발생된 열을 흡수하고 그 배터리의 열이 흡수된 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 상기 압축기(100)로 이송한다. The battery cooler 400 absorbs heat generated from the battery using the low-temperature, low-pressure liquid/gaseous refrigerant introduced from the expansion valve 300, and uses the low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant from which the heat from the battery has been absorbed. Transferred to compressor 100.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저온 조건환경에서 에어컨 압축기(100)의 보호를 위해 작동이 정지에 관계없이 배터리의 냉각 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to one embodiment of the present invention, there is an effect of performing the cooling function of the battery regardless of whether the operation is stopped in order to protect the air conditioner compressor 100 in a low temperature environment.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 칠러를 구비한 냉매 간접 수냉식 배터리 냉각 시스템에 비하여 냉매를 통해 냉각수를 냉각시키기 위한 필러가 제거됨에 따라 저온 조건에서 배터리 냉각에 따른 급속 충전 시간을 단축시키고, 배터리 열관리에 의해 배터리 수명 및 용량이 감소하는 것을 예방할 수 있는 장점이 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, compared to a refrigerant indirect water-cooled battery cooling system equipped with a chiller, the filler for cooling the coolant through the refrigerant is removed, thereby shortening the rapid charging time due to battery cooling in low temperature conditions, There is an advantage in preventing battery life and capacity from being reduced by battery thermal management.
도 3은 도 2에 도시된 응축기의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 응축기(200)는 제 1 관로(210) 및 입력구(221)와 배출구(223)를 구비한 제2 관로(220)를 포함한다. FIG. 3 is a diagram for explaining the detailed configuration of the condenser shown in FIG. 2. As shown in FIG. 3, the
제 1 관로(210)는 냉각수를 이송한다. 이러한 제 1 관로(210)는 차량의 전장부품(600)의 냉각 기능을 수행한다. The
제 2 관로(220)는 상기 제 1 관로(210)를 감싸는 형태로 형성된다. 그리고, 상기 제 2 관로(220)의 일측에는 상기 압축기(100)에서 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매가 입력되는 입력구(221)가 구비되며, 상기 제 2 관로(220)의 타측에는 상기 제 1 관로(210)의 냉각수에 의해 응축된 고압의 액체 상태의 냉매가 배출되기 위한 배출구(223)가 형성된다.The
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 응축기에 따르면, 냉매의 열을 냉각수에 직접 방출하여 냉매를 응축시킴으로써, 배터리를 종래 간접 냉각 방식에 비하여 고효율 냉각 성능을 가질 수 있는 장점이 있다. As such, according to the condenser according to an embodiment of the present invention, there is an advantage in that the heat of the refrigerant can be directly discharged to the cooling water to condense the refrigerant, allowing the battery to have highly efficient cooling performance compared to the conventional indirect cooling method.
그리고 상기 응축기(200)는, 상기 제 1 관로(210)를 통해 전장부품를 냉각될 수 있다. And the
한편, 상기 압축기(100)와 상기 배터리 냉각기(400) 사이의 냉매의 온도를 조절하기 위한 히터(500)가 더 구비될 수 있다. Meanwhile, a heater 500 may be further provided to control the temperature of the refrigerant between the compressor 100 and the battery cooler 400.
그리고 상기 히터는, 상기 팽창변(300)을 통해 이동되는 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 입력받아 상기 배터리 냉각기(400)를 통해 이송되는 저온 저압의 기체 상태의 냉매 온도를 조정한 후 압축기(100)와 응축기(200)를 경유하여 다시 상기 팽창변(300)에 이송한다.And the heater receives the low-temperature, low-pressure liquid/gaseous refrigerant moving through the expansion valve 300, adjusts the temperature of the low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant transported through the battery cooler 400, and then compresses ( It is transferred back to the expansion valve 300 via 100) and the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각수가 에어컨의 냉매에 의해 직접 냉각됨으로써, 저온 조건에서도 보다 효율적으로 냉각 시스템을 구축할 수 있는 장점이 있다.According to one embodiment of the present invention, the cooling water is directly cooled by the refrigerant of the air conditioner, which has the advantage of being able to build a cooling system more efficiently even under low temperature conditions.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니 되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.Above, the configuration of the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, but this is merely an example, and those skilled in the art will be able to make various modifications and changes within the scope of the technical idea of the present invention. Of course this is possible. Therefore, the scope of protection of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the description of the claims below.
100 : 압축기 200 : 응축기
210 : 제 1 관로 220 : 제2 관로
221 : 입력구 223 : 배출구
300 : 팽창변 400 : 배터리 냉각기
500 : 히터 100: Compressor 200: Condenser
210: 1st pipe 220: 2nd pipe
221: input port 223: outlet
300: expansion valve 400: battery cooler
500: Heater
Claims (5)
상기 압축기로부터 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매의 열을 외부로 방출하여 고압의 액체 상태의 냉매로 응축하여 팽창변으로 이송하는 응축기;
상기 응축기로부터 이송된 고압의 액체 상태의 냉매를 저온 저압의 액체/기체 혼합 냉매로 교축하여 제공하는 팽창변; 및
상기 팽창변에서 유입된 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 이용하여 배터리에서 발생된 열을 흡수하고 그 배터리의 열이 흡수된 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 상기 압축기로 이송하는 배터리 냉각기를 포함하되,
상기 응축기는,
냉각수를 이송하는 제 1 관로; 및
상기 제 1 관로를 감싸는 형태의 제 2 관로가 형성되고, 상기 제 2 관로의 일측에 상기 압축기에서 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매가 입력되는 입력구가 구비되며, 상기 제 2 관로의 타측에 상기 제 1 관로의 냉각수에 의해 응축된 고압의 액체 상태의 냉매가 배출되기 위한 배출구가 형성되고,
상기 제 1 관로를 통해 전장부품를 냉각하며,
상기 압축기와 상기 배터리 냉각기의 사이에서의 냉매의 온도를 조절하기 위한 히터가 더 구비되고,
상기 히터는, 상기 팽창변을 통해 이동되는 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 입력받아 상기 배터리 냉각기를 통해 이송되는 저온 저압의 기체 상태의 냉매 온도를 조정한 후 상기 압축기와 상기 응축기를 경유하여 다시 상기 팽창변에 이송하는 것을 특징으로 하는 전기차 배터리 냉각 시스템.
A compressor that compresses the low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant that is sucked in and transfers the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant to the condenser;
a condenser that releases heat from the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant transferred from the compressor to the outside, condenses it into high-pressure liquid refrigerant, and transfers it to the expansion valve;
an expansion valve configured to compress the high-pressure liquid refrigerant transferred from the condenser into a low-temperature, low-pressure liquid/gas mixed refrigerant; and
A battery cooler that absorbs heat generated from the battery using the low-temperature, low-pressure liquid/gaseous refrigerant introduced from the expansion valve and transfers the low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant from which the heat from the battery has been absorbed to the compressor, ,
The condenser,
A first pipe transporting cooling water; and
A second pipe is formed to surround the first pipe, and an input port through which the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant transferred from the compressor is input is provided on one side of the second pipe, and an input port is provided on the other side of the second pipe. An outlet is formed for discharging high-pressure liquid refrigerant condensed by the cooling water in the first pipe,
Cooling the electrical components through the first pipe,
A heater is further provided to control the temperature of the refrigerant between the compressor and the battery cooler,
The heater receives the low-temperature, low-pressure liquid/gaseous refrigerant moving through the expansion valve, adjusts the temperature of the low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant transferred through the battery cooler, and then returns it again via the compressor and the condenser. An electric vehicle battery cooling system, characterized in that it is transferred to the expansion valve.
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2019
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