KR20010049499A - 차량 배터리용 온도 제어 장치 - Google Patents

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KR20010049499A
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마츠다겐지
히라오도요타카
미즈타니히로시
그레고리에이. 메이저
쥰 비안
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제네랄 모터즈 코포레이션
마스다 노부유키
미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 엔진의 폐열에 의해 고온형 배터리의 온도를 제어하여 차량의 소형화 및 에너지 절약이 가능하고, 고온형 배터리를 최적 효율 온도로 정밀하게 제어할 수 있는 차량 배터리용 온도 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 배터리 온도 제어 장치는 차량 엔진(3)으로부터 폐열을 제거하는 열교환기(11)와 상기 열교환기(11)의 열을 수송하는 냉각 순환 통로인 가열 루프(K)와 고온형 배터리(5)의 냉각을 위한 라디에이터(9)와 고온형 배터리(5)의 열을 상기 라디에이터(9)에 수송하기 위한 냉각 순환 통로로, 가열 루프(K)와 공통 통로(C)를 갖기 위해 병렬로 접속된 냉각 루프(R)와, 상기 가열 루프(K) 및 상기 냉각 루프(R)에 설비된 제 1의 유량 제어 밸브(60) 및 제 2의 유량 제어 밸브(61)를 제공하고 있다.

Description

차량 배터리용 온도 제어 장치{TEMPERATURE CONTROLLER FOR VEHICULAR BATTERY}
본 발명은 차량 배터리의 온도 제어를 위한 배터리 온도 제어 장치에 관한 것이다.
최근의 대기 환경 개선의 요구와 지구 환경 문제에 따라, 저공해 차량 및 대체 에너지 차량을 도입하려는 요구가 증가하였다. 대체 에너지 차량의 유력한 후보로서, 전동 모터와 엔진을 사용하는 하이브리드(hybrid) 차량을 들 수 있다. 하이브리드 차량은 고속 운전 시에는 엔진 구동하여, 저속 운전 시에는 배터리를 전원으로 하는 구동용 모터에 의해서 구동한다. 배터리는 엔진 구동 시에 발전용 모터를 구동하여 축전 된다.
하이브리드 차량의 배터리로는, 납축전지, 알칼리 축전지, 금속 공기 축전지 및 고온형 배터리 등이 있다. 이들 중에서도, 고온형 배터리는 고온의 범위(예컨대, 80 ∼ 90℃) 내에서 안정하게 작동하고, 고효율로 작동하게 되어, 차량의 연료 소비율이 향상된다. 즉, 하이브리드 차량의 고온형 배터리는 대기 온도 보다 높은 최적 효율 온도(효율에 미치는 온도의 영향이 종래의 납축전지 보다 크다)를 갖기 때문에, 발전 및 축전의 효율이나, 차량의 연료 소비율을 고려하여, 약 85℃로 유지하는 것이 바람직하다. 고온형 배터리의 예로는, +극으로는 동, 니켈, 은 등의 할로겐 화합물을, -극으로는 금속 리튬(lithium)(또한, 칼슘, 마그네슘 등의 활성 금속도 가능하다)을 사용하고, 전해질로는 프로필렌 카보네이트 등의 유기물을 사용하는 것이 있다.
고온형 배터리의 온도를 유지하기 위해 열원을 차량에 탑재하는 것이 필수적이기 때문에 차량의 비용 증가와 배터리 비용 증가 및 배터리의 열원을 탑재하기 위한 공간 때문에 차량 대형화의 문제점이 있다.
게다가, 열원만을 위한 냉각 수단을 제공하고 있지 않기 때문에, 고온형 배터리의 온도를 최적 효율 온도로 정밀하게 제어할 수 없다. 따라서, 발전 및 축전의 효율이나 차량의 연료 소비율에 개선의 여지가 있다.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위한 엔진의 폐열을 고온형 배터리에 열을 가하는데 사용하여 차량의 소형화 및 에너지 절약이 가능한 차량 배터리용 온도 제어 장치를 제공하는 것이 목적이다.
게다가, 본 발명의 다른 목적은 고온형 배터리의 온도를 최적 효율 온도로 정밀하게 제어할 수 있는 차량 배터리용 온도 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 차량 배터리용 온도 제어 장치는 차량의 엔진의 폐열을 제거하는 열교환기와, 이 열교환기의 열을 차량의 고온형 배터리에 수송하기 위한 냉각제 순환 통로인 가열 루프(loop)를 구비한다.
본 발명에서는, 엔진의 폐열이 고온형 배터리의 온도를 유지하는데 사용되어, 차량에 새로운 열원을 탑재할 필요가 없다. 결과적으로 차량의 소형화 및 에너지를 절약이 가능하다.
게다가, 청구항 2 기재의 발명은 상기 고온형 배터리를 냉각하기 위한 라디에이터와 상기 고온형 배터리의 열을 상기 라디에이터에 수송하기 위한 냉각제의 순환 통로인 냉각 루프, 상기 가열 루프와 공통 통로를 갖기 위해 병렬식으로 연결되어 있고, 가열 루프와 냉각 루프를 위한 유량 제어 수단을 포함한다.
본 발명에서, 우선, 차량 가열 시에는 가열 루프 및 냉각 루프를 각각 열린 상태 및 닫힌 상태로 하여, 열교환기에서의 엔진 폐열로 가열된 고온의 냉각제는 가열 루프를 순환하여 고온형 배터리를 가열하여, 신속히 고온 영역으로 난기 상태로 된다. 그 후에, 고온형 배터리의 온도가 최적 효율 온도보다 높은 경우, 냉각 루프를 서서히 열리게 하여 라디에이터에서 열을 받은 저온의 냉각제가 냉각 루프를 순환하여 가열 루프의 냉각제와 합류하여 고온 냉각제 혼합물이 된다. 일정 온도의 냉각제가 고온형 배터리에 공급된다. 이에 따라, 고온형 배터리는 최적 효율 온도에서 작동될 수 있다.
청구항 3의 기재에서, 상기 유량 제어 수단을 위해 상기 가열 루프 및 상기 냉각 루프에 각각 유량 제어 밸브가 제공된다.
게다가, 상기 가열 루프 및 상기 냉각 루프에 유량 제어 밸브를 각각 제공하는 대신에, 상기 가열 루프 및 상기 냉각 루프의 접속부에 3 방 밸브(three way valve)를 제공하여 단일의 3 방 밸브를 조작하여 상술의 온도 제어가 실행될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 배치도이다.
도 2는 하이브리드 차량에 탑재된 HPVM의 사시도이다.
도 3은 하이브리드 차량의 블록도이다.
도 4는 하이브리드 차량에 탑재된 에어컨디셔너의 냉매 유로를 도시한 도면이다.
도 5는 하이브리드 차량의 냉각제의 유동을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 차량 배터리용 온도 제어 장치의 한 실시 형태의 구성도이다.
도 7은 고온형 배터리의 온도와 효율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 … 하이브리드 차량 2 … 구동 장치
2a … 구동용 모터 3 … 엔진
5 … 고온형 배터리 6 … 모터 발전기 장치
8 … 제 1의 라디에이터 9 … 제 2의 라디에이터
12 … 압축기 장치 13, 33 … 열교환기
15 … HPVM 16 … 덕트
21 … 내기 흡입구 22 … 외기 흡입구
23 … 배기구 30 … 내외기 전환 댐퍼
34 … 공기 혼합 댐퍼 35 … 히터 코어
42 … 교축 저항 43 … 4 방 밸브
50 … I/C EGR 시스템 57 … 냉각제 펌프
60 … 제 1의 유량 조정 밸브 61 … 제2의 유량 조절 밸브
다음은 하이브리드 차량을 예로 차량 배터리용 온도 제어장치의 한 실시 형태의 기술이다.
우선, 도 1에서 도시된 바와 같이, 부호 1은 하이브리드 차량으로 전륜 구동용을 위한 모터(2a)가 내장된 차량의 앞부분에 구동 장치(2)(냉각된 장치)와 차량의 후부에 후륜 구동을 위한 차량용 엔진(3)(실시예에서는 터보 과급된 엔진이지만 이에 제한되지는 않는다)이 제공되어 있다. 하이브리드 차량(1)은 저속 운전 시는 구동원으로 구동용 모터(2a)를 사용하여 주행하고, 반면, 일정 속도 이상이 되면 구동원을 엔진(3)으로 변환시킨다. 모터(2a)가 차량 앞 부분에 제공되어 있기 때문에 탑재 공간의 이유 및 공기 저항을 고려하여 엔진(3)은 차량 후부에 제공되어 있다. 또한 엔진(3)과 모터(2a)가 동시에 구동원으로 가동되는 경우도 있다.
부호 5는 모터(2a)의 전원인 배터리(피냉각장치)이고, 부호 6은 엔진(3)의 구동력을 전력으로 변환하여 배터리(5)에 축전 하는 모터 발전기 장치(피냉각장치)이다. 전력 발생 모터(미도시)는 모터 발전기 장치(6)에 탑재되고 전력은 엔진(3)의 구동력을 전력 발생 모터로 전달하여 발생된다. 게다가, 모터 발전기 장치(6)는 전력에 의해 발전용 모터를 구동 시켜서 배터리(5)에 축적된 전력을 구동력으로 전환시키는 기능을 갖는다. 본 실시예의 배터리(5)는 고온 범위(예컨대, 80 ∼ 90℃)에서 안정하여 고효율로 작동되는 액체 가열식의 고온형 배터리이다. 고온형 배터리의 예로는, +극에 동, 니켈, 은 등의 할로겐 화합물, -극에 금속 리튬(또한, 칼슘, 마그네슘 등의 활성 금속도 가능하다), 그리고 전해질로 프로필렌 카보네이트 등의 유기물을 사용한다.
부호 50은 I/C(intercooler)EGR 시스템(피냉각장치)이다. 이 시스템(50)은 EGR(배기 가스 순환 장치:Exhaust Gas Recirculation) 장치(50a)와 중간 냉각기(50b)로 제공된다. 즉, 엔진(3)은 배기 가스의 일부를 다시 엔진(3)에 도입하여 배기 가스 중의 NOx를 줄이기 위해 EGR(50a)가 제공되어 있다. 게다가, 중간 냉각기(intercooler) 장치(50b)가 흡기 온도를 줄이기 위해 터보 과급기(turbo charger)(미도시)와 흡입구 분기관(intake manifold)(미도시) 사이에 제공된다. EGR(50a)과 중간 냉각기(50b)는 모두 액체 냉각 방식이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 부호 8은 엔진(3) 냉각용의 제 1의 라디에이터이고, 부호 9는 제 1의 라디에이터와 함께 제공된 제 2의 라디에이터이다. 제 2의 라디에이터(9)는 고온형 배터리(5), 구동용 모터(2), 모터 발전기 장치(6) 및 I/C EGR 시스템(50)을 냉각시킨다. 이들 제 1의 라디에이터(8) 및 제 2의 라디에이터(9)는 라디에이터 냉각용 팬(10)에 의해서 주위의 공기에 방열되도록 배설되어 있다. 게다가, 엔진(3)의 열을 고온형 배터리(5)에 전하는 배터리 열교환기(냉각제 가열 수단)(11)가 제공된다.
다음은 이 하이브리드 차량(1)에 탑재된 차량용 공기 조절 장치(이하, 에어컨디셔너)에 관해 설명한다.
도 1에서, 부호 12는 냉매를 압축하는 압축기 장치이고, 부호 13은 열교환기, 부호 14는 열교환기(13)에 송풍하는 팬 및 부호 15는 HPVM(Heat Pump Ventilating Module)이라고 불리는 장치이다. 열교환기(13)는 외부 공기와의 열교환을 쉽게 하기 위해서 차체의 오른쪽 면에 설비되어 팬(14)에 의해서 강제적으로 외부 공기와 열이 교환된다. HPVM(15)는 차체의 후부의 중앙에 배열되어, 차체 하부 중앙을 따라 차체 전부에 연장되는 덕트(duct)(16)와 연결되어 있다. 도 3에서 도시된 바와 같이 덕트(16)는 관 형태로 형성되어 있고, 덕트(16)의 중앙부 및 전단부에 각각 공기 출구 영역(17, 18)이 각각 제공되어 있다.
상기 HPVM(15)에 관해서 상세히 설명한다.
도 2는 HPVM(15)의 사시도이고 도 3은 에어컨디셔너의 블록도이다.
도 2에 있어서, HPVM(15)는 케이싱(casing)(15a), 내기 흡입구(21), 외기 흡입구(22), 배기구(23) 및 상기 HPVM(15)과 덕트(6)를 연결하기 위한 연결부(24)가 제공되어 있다. 내부 공기 흡입구(21)는 차량 실내와 연결되어 있고, 외부 공기 흡입구(22) 및 배기구(23)는 차량 외부와 연결되어 있다.
게다가, 도 3에서 도시된 바와 같이 HPVM(15)는 차량 실내의 공기(내기)와 차량 실외의 공기(외기) 중 어느 한편으로부터 공기를 받아드리는 가를 결정하는 내외기 전환 댐퍼(30), 내외기 전환 댐퍼(30)를 통해 공기를 도입하는 팬(31), 도입된 공기와 냉매가 열교환되는 열교환기(33), 열교환된 공기의 일부를 분기하는 공기 혼합 댐퍼(air mix damper)(34) 및 분기된 공기를 가열하는 히터 코어(35)(heater core)를 제공하고 있다.
내외기 전환 댐퍼(30)를 개폐 조작함에 의해 내기를 내기 흡입구(21)(도 2참조)로부터 흡입하여 덕트(16)에 보내는 내기 순환 운전과 외기를 외기 흡입구(22)(도 2 참조)로부터 흡입하여 덕트(16)에 보냄과 동시에, 내기를 배기구(23)(도 2 참조)로부터 배출하는 외기 도입 운전 중에, 어느 한 가지를 선택하여 운전하는 것이 가능하다.
히터 코어(35)는 하기에 기술된 바와 같은 엔진(3)으로부터 고온 냉각제를 공급받고, 송풍되어 도입된 공기를 가열하는 열교환기이다. 이는 에어컨디셔너의 난방 운전 시(열 펌프 운전)에 보조적으로 사용되는 것이다. 공기 혼합 댐퍼(34)는 그 개방도에 따라, 히터 코어(35)에 분기시키는 도입된 공기량을 조정한다. 도입 공기는 그 후 덕트(16)의 공기 출구 영역(17, 18)으로부터 차량 실내로 들어간다.
열교환기(33) 및 열교환기(13)에는 압축기 장치(12)에 의해서 냉매가 공급되는 것에 의해, 냉각 운전 또는 난방 운전이 실행된다. 도 4는 압축기 장치(12)를 도시한다.
도 4에서 도시된 바와 같이, 압축기 장치(12)는 주된 구성 요소로 압축기(41), 교축 저항(42), 4 방 밸브(43) 및 축전지(44)를 구비한다. 상기 기술된 열교환기(13, 33)는 이들 각기 사이로, 냉매 유로(45)로 연결되어, 냉매 회로를 형성하고 있다.
구동력은 압축기(41)에 엔진(3) 또는 모터 발전기 장치(6)에 의해 전달된다. 압축기(41)는 증발로 방열하여 기화한 냉매를 압축하고 고온 고압의 기체 냉매로서 배출하여 4 방 밸브(43)로 보내는 기능을 갖는다. 이 4 방 밸브(43)의 스위칭에 의해 압축기(41)로부터 방출된 고온 고압의 기체 냉매의 유로 방향을 바꾸어 냉방 운전, 난방 운전을 변화시킨다. 또한 교축 저항(42)은 고온 고압의 액체 냉매를 감압, 팽창시켜 저온 저압의 액체 냉매로 바꾸는 기능을 갖는다. 이는 모세관 또는 팽창 밸브를 사용한다. 어큐뮬레이터(44)는 증발기로 증발을 완료할 수 없던 액체 냉매의 일부가 압축기(41)로 직접 흡입되는 것을 방지하는 것으로, 기체 냉매에 포함된 액체 성분을 제거하기 위해 제공된다.
상기 냉매 회로에서는, 난방 운전 시에는, 저온 저압의 액체 냉매가 열교환기(33)(냉방의 때에는 응결기로 작용한다)에 있어서 외기로부터 열을 흡수하여 저온 저압의 기체 냉매가 되어 압축기(41)에 보내지고, 고온 고압의 기체 냉매로 압축된다. 그 후 열교환기(13)(냉방 시에는 증발기로 작용한다)에 있어서 방열하여 공기를 가열하여 응축되어 액체로 변한 후 교축 저항(42)을 지나서 팽창하여, 저온 저압의 액체 냉매가 되어 다시 열교환기(33)에 순환한다. 이 경우, 열교환기(33)는 증발기로서 작용하여 가열 매체를 냉각한다. 또한, 열교환기(13)는 응축기로 작용하여 냉매를 가열한다.
냉방 운전 시에는 열교환기(33)에 공급된 고온 고압의 기체 냉매는 외기에 열을 방출하여 응축, 액화된다. 이는 교축 저항(42)에 의해 팽창되어 열교환기(13)에 보내지고, 증발 기화한 후 압축기(41)에 보내져서 다시 열교환기(33)에 순환된다. 이 경우, 열교환기(33)는 응축기, 열교환기(13)는 증발기로 작용한다. 즉, 에어컨디셔너에 배치된 냉각 장치의 열교환기 중 한 개의 4 방 밸브를 스위칭하는 것에 의해 증발기로 작용하여 냉각 능력을 발휘하고, 응축기로 작용하여 가열기의 기능을 한다. 증발기로 작용 시, 냉각, 건조, 온도 조정이 가능해지고, 반면, 가열기로 작용 시, 히터 코어에서 작동할 수 있다. 그러므로, 엔진 냉각수 온도가 낮아 난방이 되지 않을 시에도 난방 능력을 발휘할 수가 있다. 게다가, 엔진 작동 후의 보조 난방 작동은 엔진을 사용하지 않고 전력을 주행하는 경우에도 충분한 난방이 가능해진다.
그런데, 상기 구성에 있어서, 상술의 구동 장치(2) 및 모터 발전기 장치(6)는 안전한 구동을 위해 65℃ 이하인 것이 요구된다. 게다가, 고온형 배터리(5)의 온도는 축전 효율상의 관점에서 85±5℃ 인 것이 바람직하다. 이 요구를 충족시키기 위해 본 하이브리드 차량(1)에 있어서, 냉각제의 온도는 하기의 기술된 방식으로 제어된다.
도 5에서 도시된 바와 같이, 엔진(3), 고온형 배터리(5), I/C EGR 시스템(50), 구동 장치(2), 모터 발전기 장치(6), 제 1의 라디에이터(8), 제 2의 라디에이터(9) 및 배터리 열교환기(11) 사이에 냉각제가 유동되는 소정의 유로가 형성되어 있다.
엔진(3)은 제 1의 라디에이터(8)에 의해 냉각되고, 고온형 배터리(5), I/C EGR 시스템(50), 구동 장치(2) 및 모터 발전기 장치(6)는 제 2의 라디에이터(9)에 의해 냉각된다.
다음은 상기 유로의 상세한 설명이다.
I/C EGR 시스템(50), 구동 장치(2) 및 모터 발전기 장치(6)는 제 2의 라디에이터(9)로부터 공급되는 냉각제에 의해서 냉각된다.
우선, 제 2의 라디에이터(9)의 바깥 측에서 유로(51)에 냉각제가 공급된다. 냉각제는 분기점(p1)에 있어서, I/C EGR 시스템(50) 측과, 구동 장치(2) 및 모터 발전기 장치(16) 측에 분기한다.
I/C EGR시스템(50) 측에 분기한 냉각제는 유로(b1)에 설비된 중간 냉각기 냉각제 펌프(53)(순환량 제어 수단)를 지나서 I/C EGR시스템(50)에 공급된다. I/C EGR시스템(50)에서 장치계를 냉각한 후, 냉각제는 다시 유로(52)를 통해 제 2의 라디에이터(9)로 순환된다. 이때, 중간-냉각기 냉각제 펌프(53)에 의해 냉각제에 유속이 주어져 유로(b1)내를 유동하게 한다.
한편, 구동 장치(2) 및 모터-발전기 장치(16) 측에 분기한 냉각제는 분기점(p2)에 의해 더욱 분기된 후, 그 한편이 견인 냉각제 펌프(54)(순화량 제어 수단)를 지나서 그 위에 분기한다. 그 한편은 구동 장치(2) 측의 유로(b2)에 분기하고, 다른 쪽은 모터 발전기 장치(6) 측의 유로(b3)에 분기한다. 분기 후의 냉각제는 상기 I/C EGR시스템(50)에 공급되는 냉각제와 유사하게 각각 구동 장치(2) 및 모터 발전기 장치(6)에 공급되어 장치계를 냉각하교, 유로(52)를 지나서 다시 제 2의 라디에이터(9)에 순환된다. 이때 견인 냉각제 펌프(54)에 의해 냉각제에 유속이 주어져 유로(b2) 및 유로(b3) 내를 유동하게 된다.
여기서, 구동 장치(2)는 도 1에서 도시한 바와 같이 차체 앞 부분에 설비된다. 한편, 모터 발전기 장치(6) 및 제 2의 라디에이터(9)는 차체의 후부에 설치된다. 즉, 유로(b2)는 유로(b3)보다 길어서 보다 큰 냉각제 유동 저항을 갖는다. 그러므로, 구동 장치(2) 및 모터 발전기 장치(6)로의 냉각제 유동이 요구될 때, 모터 발전기 장치(6) 측의 유량이 많아져 불균형이 일어난다. 이 문제를 해결하기 위해서, 유로(b3)에는 유로(b2)와의 유량의 균형을 유지하기 위해서 유량 조절 밸브(5)가 설비되어 있다.
상기 분기점(p2)에 의해 분기된 다른 쪽의 냉각제는 배터리 냉각제 펌프(순환량 제어 수단)(57)가 설비된 유로(b4) 내에서 고온형 배터리(5) 측에 유동한다.
여기서 배터리 냉각제 펌프(57) 앞의 합류점(p4)에서, 이는 엔진(3)의 열에 의해 가열된 고온의 냉각제와 합류한다. 이 고온 냉각제는 후술한다. 합류 후에, 냉각제는 소정 온도(85±5℃)가 되도록 미리 유량이 조절된다. 그 후, 냉각제는 고온형 배터리(5)에 공급되어 고온형 배터리(5)를 상기 소정 온도로 유지하면서 출구 유로(b5)에 방출된다. 냉각제는 분기점(p3)에 있어서 유로(b6) 및 유로(b7)에 분기한다. 유로(b6)는 배터리 열교환기(11)를 통과하여 합류점(p4)에 있어서 유로(b4)와 합류하고, 유로(b7)는 유로(52)와 합류하고, 다시 제2의 라디에이터(9)에 순환된다. 유로(b6)에는 제 1의 유량 조정 밸브(60), 유로(b7)에는 제2의 유량 조절 밸브(61)가 설비되어 있다. 이 유량 조절 밸브(61, 61)는 후술한다.
유로(b6) 내를 유동하는 냉각제는 배터리 열교환기(11)에서 엔진(3)의 열에 의해 가열된다. 상세하게는 배터리 열교환기(11)와 엔진(3) 사이의 냉각제가 순환되는 유로(b6)와 유로(b10)가 서로 열교환된다. 유로(b6) 내의 냉각제(85±5℃) 보다 엔진(3)에 의해 가열된 유로(b10) 내의 냉각제가 고온이기 때문에 유로(b6) 내의 냉각제가 가열되어, 고온의 냉각제가 되고, 합류점(p4)에서 유로(b4)내의 저온 냉각제와 합류한다.
이런 방식의 고온 냉각제와 저온 냉각제가 합류점(p4)에 합류함에 의해 고온형 배터리(5)에 상기 소정 온도의 냉각제가 공급되는 것이다. 고온 냉각제의 양을 상기 유량 조절 밸브(60, 61)에 의해 조절하고, 고온형 배터리(5)에 공급되는 냉각제의 온도는 도 7에 도시된 바와 같이 최적 효율 온도 K(85℃ 정도)로 제어한다.
여기서, 본 실시형태에 관해 상술한다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 고온형 배터리(5), 열교환기(11) 및 순환 펌프(57)는 유로(b5), 유로(b6) 등으로 이루어지는 가열 루프 K(냉각제 순환통로)에 설비되어 있고 이 가열 루프 K에는 제 1의 유량 제어 밸브(60)가 설비된다. 유로(51, 52, b4, b7)에 의해 구성된 냉각 루프 R(냉각제 순환 통로)의 반대쪽 말단은 가열 루프 K와 공통 통로 C를 가지는 형태로 병렬 접속되어 있다. 냉각 루프 R에는 제 2의 유량 제어 밸브(61)가 설비되어 있다. 상기 유량 제어 수단은 제 1의 유량 제어 밸브(60) 및 제 2의 유량 제어 밸브(61)로 구성된다. 가열 시에는 제 1의 유량 제어 밸브(60) 및 제 2의 유량 제어 밸브(61)는 각각 열린 상태 및 닫힌 상태로 열교환기(11)에서 엔진(3)의 폐열로 가열된 고온 냉각제는 고온의 가열 루프 K를 순환하여 고온형 배터리(5)를 가열하여 신속히 고온 범위의 난기 상태로 한다. 그 후, 고온형 배터리(5)의 온도가 최적 효율 온도 K(도 7에 도시된 실시형태에 있어서, 85℃)보다 높게 된 경우, 제 2의 유량 제어 밸브(61)가 서서히 열리도록 조정되어 제 2의 라디에이터(9)로 열을 받은 저온의 냉각제가 냉각 루프 R을 순환하여 가열 루프 K의 냉각제와 합류하여 고온 냉각제 혼합물이 된다. 일정 온도의 냉각제가 고온형 배터리(5)에 공급된다. 이에 따라 고온형 배터리(5)가 최적 효율 온도에서 가동될 수 있다.
열교환기(11)는 비열이 큰 액을 사용한 플레이트형의 액체 열교환기이다. 이는 종래 대부분 사용되고 있는 장치보다 소형화를 이룰 수 있다.
또, 가열 루프 K 및 냉각 루프 R에 유량 제어 밸브(60, 61)를 각각 제공하는 대신에 , 가열 루프 K 및 냉각 루프 R의 접속부(p3)에 3 방 밸브(도 6의 파선 60a)를 제공하여 이 단일의 3 방 밸브(60a)를 조작하여 상술한 온도 제어를 할 수 있다. 그러므로 밸브 조작이 단순화한다.
엔진(3)에 상기 유로(b10)와는 별도로 유로(b11)가 제공되어 제 1의 라디에이터(8)와 엔진(3) 사이에서 냉각제가 순환된다. 게다가, 유로(b12)가 제공되어 히터 코어(35)와 엔진(3) 사이에서 냉각제가 순환된다.
엔진(3)으로부터 방출된 냉각제는 분기점(p5)에서 유로(b10, b11, b12)에 분기하여, 각각 배터리 열교환기(11), 제 1의 라디에이터(8), 히터 코어(35)를 유동한 후, 합류점(p6)에서 합류하여, 다시 엔진(3)에 순환된다.
엔진(3)으로 들어가는 측의 유로에는 엔진 냉각제 펌프(69)가 제공되어 유로(b10 ∼ b12)의 냉각제를 유동시킨다. 게다가, 유로(b10, b12)에는 각각 유량 조절 밸브(71, 73)가 제공되고, 유로(b11)에는 항온기(thermostat)(72)가 제공된다.
제 1의 라디에이터(8)와 상기 제 2의 라디에이터(9)는 병설되어 있고, 제 1의 라디에이터(8)를 통과하는 냉각제가 고온이기 때문에 풀(흡입)형 라디에이터 냉각 팬(10)이 제 1의 라디에이터(8)의 하부 측에 제공되어, 제 2의 라디에이터(9)를 통과한 공기가 제 1의 라디에이터(8)를 통과한다.
다음에, 상기 에어컨디셔너의 작동에 관해서 설명한다.
상기한 바와 같이 하이브리드 차량(1)은 저속 운전 시는 구동용 모터(2a)를 구동원으로 주행하고, 일정속도 이상이 되면 구동원을 엔진(3)으로 바꾸어 주행한다. 그 때문에 에어컨디셔너의 구동원도 종래의 차량용 에어컨디셔너와는 다르다.
우선 하이브리드 차량(1)이 엔진(3)으로 주행하고 있는 경우, 난방 또는 냉방 운전 시에 압축기 장치(12)는 엔진(3)에 의해 구동력이 얻어져, 열교환기(13, 33) 사이의 냉매를 순환시킨다. 엔진(3)은 또한, 모터 발전기 장치(6)에 구동력을 전달하여 모터 발전기 장치(6)는 모터(미도시)에 의해 발전을 하고 고온형 배터리(5)에 전력을 축전 시킨다.
HPVM(15)에 있어서, 팬(31)이 내외기 전환 댐퍼(30)를 통해 내기 또는 외기를 도입하여 열교환기(33)에 송풍한다. 도입 공기는 열교환기(33)내에서 냉매와 열교환되어 가열(난방 운전 시) 또는 냉각(냉방 운전 시)된다.
가열 후의 공기는 공기 혼합 댐퍼(34)에 의해 덕트(16) 또는 히터 코어(35)에 송풍되고 히터 코어(35)에 보내진 도입 공기는 엔진(3)의 폐열에 의해서 더욱 가열된 후 덕트(16)에 보내진다.
한편, 모터(2a)는 구동되고 엔진(3) 정지 시에는 하기와 같이 작동한다. 즉, 모터 발전기 장치(6)가 고온형 배터리(5)에 축전된 전력을 사용하여 내장하는 발전용 모터를 구동한다. 구동력이 압축기 장치(12)에 전달되어 열교환기(13, 33) 사이에서 냉매를 순환시킨다. 그 밖의 작동은 상기 엔진(3) 구동 시와 유사하다.
다음에, 냉각제의 순환에 관해서 설명한다. 도 6에서 도시한 바와 같이 제 2의 라디에이터(9)로부터 방출된 냉각제는 유로(51)를 지나고, 분기점(p1) 및 분기점(p2)에 의해 분기되어 각 장치에 분배된다. 즉, 배터리 냉각제 펌프(57)에 의해 배터리(5)에 순환된 냉각제의 양이, 중간 냉각기 냉각제 펌프(53)에 의해서 I/C EGR 시스템(50)에 순환되는 냉각제의 양이, 견인 냉각제 펌프(54)에 의해 구동 장치(2) 및 모터 발전기 장치(6)에 순환되는 냉각제의 양이 결정된다.
다음은 엔진(3) 구동 시와 모터(2a) 구동 시의 냉각제 순환의 각각에 대한 설명이다.
엔진(3)에 의한 주행 시, 종래의 엔진 차량과 같이 엔진 냉각제 펌프(69)에 의해 에진(3)과 제 1의 라디에이터(8) 사이에서 냉각제가 순환되어 엔진(3)을 냉각한다. 게다가, I/C EGR 시스템(50)에도 중간 냉각기 냉각제 펌프(53)에 의해 냉각제가 순환된다.
모터 발전기 장치(6)에 있어서는, 내장된 발전용 모터가 구동 시 냉각제가 순환된다. 즉, 엔진(3)의 구동력을 사용하여 축전 하는 경우 및 엔진(3)의 정지 시에 에어컨디셔너를 가동시키는 경우에 견인 냉각제 펌프(54)를 사용하여 모터 발전기 장치(6)에 냉각제가 순환되어, 냉각된다.
한편 모터(2a)에 의한 주행 시, 견인 냉각제 펌프(54)에 의해 구동 장치(2)에 냉각제가 순환되어 구동 장치(2)가 냉각된다.
여기서, 엔진(3) 정지 시에는 I/C EGR 시스템(50)을 냉각할 필요가 없다. 따라서, 중간 냉각기 냉각제 펌프(53)를 가동시킬 필요가 없다. 그러므로, 이 펌프가 완전히 정지하면 다른 펌프의 구동에 의해서 냉각제가 역류하는 경우가 있다. 예컨대, 중간 냉각기 냉각제 펌프(53)가 정지 상태 및 견인 냉각제 펌프(54)가 가동하고 있는 경우 구동 장치(2) 또는 모터 발전기 장치(6)로부터 방출된 냉각제가 제 2의 라디에이터(9)로 유동하지 않고 I/C EGR 시스템(50)에 유입되어 중간 냉각기 냉각제 펌프(53)가 역류한다. 이렇게 해서, 분기점(p1)을 지나서 다시 견인 냉각제 펌프(54)에 순환하는 경로를 갖는 경우가 있다.
이를 방지하기 위해, I/C EGR 시스템(50)을 냉각할 필요가 없을 지라도, 상기 역류가 발생하지 않을 정도로 중간 냉각기 냉각제 펌프(53)를 가동시킨다.
즉 엔진 정지 시라도, 전동 펌프는 정지하지 않고, 고정된 주기로 가동시킨다. 결과로, 정지 직후, 종래 고온 상태의 중간 냉각기 및 EGR이 급격히 온도가 저하하여 고온이 되지 않아 내구성이 향상한다.
유사하게 견인 냉각제 펌프(54)는 구동 장치(2) 및 모터 발전기 장치(6)를 냉각할 필요가 없을 지라도, 냉각제의 역류가 발생하지 않을 정도로 가동시킨다.
게다가, 엔진(3) 구동 시 또는 모터(2a) 구동 시에 관계없이, 고온형 배터리(5)는 항상 소정의 온도로 유지된다. 고온형 배터리(5)의 온도 변화에 응해서 배터리 냉각제 펌프(57)가 가동하고, 유량 조절 밸브(60, 61)에 의해서 유량이 조절된 고온 냉각제와 저온 냉각제가 합류점(p4)에서 혼합하여 배터리(5)에 순환하는 냉각제가 항상 소정의 온도로 유지된다.
상기 실시형태에 있어서 하이브리드 차량을 예로 들었지만 차량에 제한을 두지는 않는다.
본 발명은 상술한 바와 같이 구성되어 차량의 고온형 배터리의 고온 범위(예컨대, 80 ∼ 90℃)에의 난기의 열원으로서 엔진 폐열에 의해 가열된 고온의 냉각제를 사용하여 고온형 배터리의 온도 제어를 특별한 가열기 또는 동력원을 제공하지 않고 가능하다.
게다가, 가열 루프와 냉각 루프를 사용하여 냉각제의 온도를 제어하여 고온형 배터리를 최적 효율 온도로 정밀하게 제어할 수가 있다. 따라서 차량의 소형화와 에너지 절약이 가능하다.
게다가, 열교환기로서, 비열이 큰 액체를 사용한 플레이트형의 액체 열교환기를 사용하여 종래 흔히 사용하고 있는 공기에 의한 가열 냉각 장치와 비교하여 소형화를 이룰 수 있다.

Claims (5)

  1. 차량 엔진의 폐열을 제거하는 열교환기와, 상기 열교환기의 열을 차량의 고온형 배터리로 수송하기 위한 냉각제의 순환 통로인 가열 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 온도 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고온형 배터리를 냉각하기 위한 라디에이터와 상기 고온형 배터리의 열을 상기 라디에이터에 수송하기 위한 냉각제의 순환 통로이고, 또한 상기 가열 루프와 공통 통로를 갖도록 상기 가열 루프에 병렬로 접속된 냉각 루프와 상기 가열 루프 및 상기 냉각 루프의 유량 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 온도 제어 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 유량 제어 수단은 상기 가열 루프 및 상기 냉각 루프에 각각 제공된 유량 제어 밸브인 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 온도 제어 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 유량 제어 수단은 상기 가열 루프 및 상기 냉각 루프의 접속부에 제공된 3 방 밸브인 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 온도 제어 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열교환기는 플레이트형 액체 열교환기인 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 온도 제어 장치.
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