KR20120057558A - 자동차용 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차를 위한 냉각 장치(1)에 관한 것으로서, 냉각 액체를 이용하여 엔진 조립체(5)를 냉각시킬 수 있고 제어 시스템(9)에 의해 제어되는 냉각 회로를 포함하며 그에 의해서 냉각 장치(1)의 동력이 공급되거나 또는 끊어진다. 본 발명은 차량이 정지되고 잠겨있으며 냉각 액체의 온도가 쓰레숄드 온도보다 위에 있는 동안 제어 시스템(9)이 장치(1)를 동력 공급 상태로 유지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 냉각 장치{Cooling device for a motor vehicle}
본 발명의 주제는 냉각제를 이용하여 엔진 조립체를 냉각시킬 수 있는 냉각 회로를 구비하는, 전기 유형의 자동차용 냉각 장치에 관한 것이다. 본 발명은 전기 자동차에 유리하게 적용된다.
내부 연소 엔진에서, 반복되는 연소는 예를 들어 피스톤, 실린더 및 밸브들과 같은 접촉하고 있는 부품들을 과열시키고, 엔진의 모든 기계적 부품들에 전달된다. 따라서 부품들을 냉각시킬 필요가 있으며 그렇지 않으면 파손의 위험성이 있다. 올바른 작동을 위해서, 폭발형 엔진은 균일하고 적절한 온도가 필요하다.
전기 추진 차량의 경우에, 구동 시스템의 다양한 요소들을 냉각시킬 필요가 있다.
액체를 냉각시키도록 사용되는 열교환기인 라디에이터를 통하여, 그리고 엔진을 통하여 냉각제를 순환시키기 위한 하나 또는 그 이상의 펌프들을 포함하는 냉각 시스템을 이용하는 것은 공지된 과정이다.
차량의 사용의 종료시에 차량이 정지되고 운전자가 차량을 잠금 상태로 둔 이후에, 냉각 장치가 편리하게는 대기 상태로 있게 되는데, 즉, 배터리로부터 불필요하게 전기 에너지를 소비시키지 않도록 하기 위하여 동력을 끊은 상태로 된다.
그러나, 일부 경우에, 차량이 정지된 이후에 엔진 조립체의 냉각이 소망스러울 수 있으며, 이것은 통상적인 냉각 장치들이 제공할 수 없는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 주제는, 동력이 공급되거나 또는 끊길 수 있고, 냉각제를 이용하여 전자 구동 시스템을 포함하는 엔진 조립체를 냉각시킬 수 있는 냉각 회로를 구비하는, 전기형 자동차를 위한 냉각 장치로서, 냉각 회로는, 차량이 사용 종료되고 냉각제의 온도가 쓰레숄드 온도보다 높을 때 냉각 장치를 동력이 공급되게 유지시킬 수 있는 제어 시스템에 의해 제어된다.
본 발명에 따른 장치에서, 전기형 차량은 배터리 충전기 조립체를 구비하고, 냉각 회로는 충전기 조립체 및 엔진 조립체를 냉각시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하여, 엔진의 냉각이 불충분할 때, 차량의 사용 종료시에 냉각 장치의 동력이 끊기는 것을 방지할 수 있다.
"차량의 사용 종료(vehicle at end of mission)"라는 표현은 본 발명의 범위내에서 차량이 정지되고 잠김 상태가 되는 것을 의미하도록 이해되어야 한다. 차량의 컴퓨터에는 동력이 끊긴다.
본 발명의 장치는 엔진 조립체에 냉각제를 선택적으로 공급할 수 있는 제 1 펌프 및 충전기 조립체에 냉각제를 충전기 선택적으로 공급할 수 있는 제 2 펌프를 포함할 수 있다.
이를 위해서, 본 발명의 장치는 충전기 조립체내의 냉각제 유동을 방지할 수있는 제 1 밸브 및, 엔진 조립체내의 냉각제 유동을 방지할 수 있는 제 2 밸브를 구비할 수 있다.
장치는 유압 제한부도 구비할 수 있으며, 유압 제한부는 엔진 조립체 안에서 냉각제의 최소 유량을 유지할 수 있게 한다.
제어 시스템이 유리하게는 냉각제의 온도 및 설정점 온도(setpoint temperature)에 따라서 폐쇄 루프 조절 시스템의 각각의 펌프 유량을 서보 제어(servo-controlling)할 수 있다. 따라서, 폐쇄 루프내의 각각의 펌프의 유량을 서보 제어하는 것은 펌프의 마모 및 에너지 소비를 제한할 수 있다.
제어 시스템이 유리하게는 동력이 공급되게 유지된 장치를 정지시킬 수 있으며, 즉, 배터리가 과도하게 방전되는 것을 회피하기 위하여, 만약 배터리 전압이 설정점 값 미만이라면, 동력을 끊을 수 있다.
제어 시스템이 유리하게는 동력이 공급되게 유지된 장치를 정지시킬 수 있으며, 즉, 냉각제의 온도가 너무 높을지라도 냉각이 무기한으로 계속되지 않도록, 만약 차량 정지 이래로 경과된 시간이 미리 결정된 시간 간격을 초과한다면, 특히 차량의 사용 종료 이래로 경과된 시간이 미리 결정된 시간 간격을 초과한다면, 동력을 끊을 수 있다.
미리 결정된 시간 간격은 차량 외부의 온도에 따라서 결정된다.
본 발명에서는 차량이 정지된 이후에 엔진 조립체의 냉각이 제어 가능하게 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 비 제한적인 예로서 주어진 다음의 설명을 읽음으로써 보다 명백해질 것이다.
도 1 은 전기 차량에 포함된 본 발명에 따른 냉각 장치를 블록 다이아그램의 형태로 도시한 것이다.
도 2 는 장치의 제어 전략을 블록 다이아그램의 형태로 도시한 것이다.
도 3 은 도 2 의 블록에 대한 상세도이다.
도 1 에 도시된 바와 같은 냉각 장치(1)는 제 1 전기 펌프(2), 제 2 전기 펌프(3), 배터리 충전기(4), 엔진 조립체(5), 라디에이터(6) 및, 제 1 솔레노이드 밸브(7)와 바람직스럽게는 제 2 솔레노이드 밸브(8)를 포함한다. 제 1 전기 펌프(2), 제 2 전기 펌프(3), 제 1 솔레노이드 밸브(7) 및 제 2 솔레노이드 밸브(8)는 제어 장치(9)에 연결된다.
제 1 전기 펌프(2)는 차량이 가동중일 때 사용되도록 의도된 반면에, 제 2 전기 펌프(3)는 배터리를 재충전할 때 사용되도록 의도된다. 제 1 펌프(2)의 유량 및 제 2 펌프(3)의 유량은 제어 신호를 이용하여 설정될 수 있다.
충전기(4)는 차량이 정지되었을 대 가정용 전기 주 공급부로부터 도시되지 않은 전기 트랙션 배터리(electric traction battery)를 재충전시키도록 사용된다.
제 1 솔레노이드 밸브(7)는 차량이 가동될 때 제 2 펌프(3) 및 충전기(4)를 회로 차단(short-cut)시키도록 사용되는 반면에, 제 2 솔레노이드 밸브(8)는 엔진 조립체(5)의 냉각이 필요하지 않다고 평가되는 경우에 배터리를 재충전시킬 때 엔진 조립체(5)를 회로 차단시키도록 사용된다. 제 2 솔레노이드 밸브(8)는 수두 손실(head loss)을 발생시킬 수 있는 유압 제한부(hydraulic restriction, 10)에 연결될 수 있으며, 따라서 제 2 솔레노이드 밸브(8)가 통과 모드에 있을 때조차도 엔진 조립체(5)내의 냉각제 유량을 보유한다.
엔진 조립체(5)는 특히 배터리로부터의 DC 전압을 AC 전압으로 변환시키도록 의도된 전자 구동 시스템(12) 및 엔진(11)을 포함한다.
라디에이터(6)는 내부 연소 엔진의 냉각 장치와 유사한 방식으로 냉각제를 냉각시키도록 사용된다. 여기에는 도시되지 않은 전기 팬이 설치된다.
차량이 정지되었을 때 충전기(4)가 냉각되는 것과 같이, 엔진 조립체(5)는 차량이 가동중일 때 냉각되어야 한다. 냉각 전략은 제어 장치(9)에 의해 관리된다. 제어 장치(9)는 냉각 회로의 센서들, 특히 냉각제 온도 센서들과 연결된 컴퓨터이다. 컴퓨터(9)는 펌프(2,3), 솔레노이드 밸브(7,8) 및, 라디에이터(6)의 전기 팬 세트(electric fan set)를 구동시킨다. 컴퓨터(9)는 냉각 전략에 필요한 다른 측정을 얻기 위하여, 예를 들어 CAN 버스 유형(Ccontroller Area Network bus type) 네트워크를 통해, 차량의 다른 컴퓨터들에 연결되는 것이 유리하다.
냉각 회로를 위한 제어 전략은 도 2 에 도시된 바와 같은 3 개의 모듈(A,B,C)의 형태로 수행될 수 있다. 모듈(A)은 냉각제의 온도 조절에 관련된 것이다. 모듈(B)은 전기 펌프(2,3)의 선택에 관련된 것이다. 모듈(C)은 장치(1)의 동력 끊김(powering-down)의 방지에 관련된 것이다.
모듈(A)은 차량 상태(가동 상태이거나 또는 정지되었을 때의 배터리 재충전 상태)에 따라서 냉각제 유량 제어를 발생시키는 것을 담당한다. 모듈(A)의 입력은 다음과 같다:
- 냉각제의 온도(T): 이것은 하나 또는 그 이상의 온도 센서들을 이용하여 얻을 수 있다.
- 차량 밖의 온도(Text) 및
- 차량의 속도(V).
모듈(B)의 입력은 다음과 같다:
-모듈(A)로부터의 유량 제어(DCOM) 및,
-차량의 상태(E):이것은 자동차의 중앙 컴퓨터로부터 기원하는 신호로서, 차량이 배터리 재충전 모드에 있다면 1 의 값을 가지고, 차량이 가동 모드(running mode)에 있다면 0 의 값을 가진다.
모듈(B)의 출력은 다음과 같다:
- 가동 모드에서 사용되는, 제 1 펌프에 대한 유량 제어(Dcom1). 이것은 0 과 100 사이의 신호이며, 펌프에 의해 생성될 수 있는 최대 유량의 백분율을 나타낸다.
- 재충전 모드에서 사용된, 제 2 펌프에 대한 유량 제어(Dcom2). 이것은 0 과 100 사이의 신호이며, 펌프에 의해 생성될 수 있는 최대 유량의 백분율을 나타낸다.
요약하면, 차량 상태 신호가 1 의 값을 가지면 제 2 펌프만을 사용하고, 차량 상태 신호가 0 의 값을 가지면 제 1 펌프만을 사용하도록 선택이 이루어질 수 있다.
모듈(B)의 목적은 냉각제의 온도에 따라서, 최소 유량 값(Dmin)과 최대 유량값(Dmax) 사이의 유량 제어를 자동으로 변화시키는 것이다. 냉각제의 온도가 설정점 온도 미만에 있는 한, 유량 제어는 최소값(Dmin)에서 유지된다. 냉각제의 온도가 설정점 온도를 초과하자마자, 유량 제어는 폐쇄 루프 조절(closed-loop regulation)에 의해 얻어지는데, 관련된 설정점은 설정점 온도이고, 관련된 피드백 루프(feedback loop)는 냉각제의 측정된 온도이다.
모듈(C)의 입력은 다음과 같다:
- 차량의 냉각 요청(Dref): 이것은 차량의 중앙 컴퓨터로부터 기원하는 논리 신호이고, 가동 모드 또는 배터리 재충전 모드에서, 차량의 전자 공학적 부품들을 냉각시킬 필요가 있는지의 여부를 나타낸다. 만약 신호가 1 의 값을 가지면, 냉각이 필요하고, 그렇지 않으면 신호는 0 의 값을 가진다.
- 냉각제의 온도(T): 이것은 하나 또는 그 이상의 온도 센서들을 이용하여 얻어질 수 있다.
- 차량 외부의 온도(Text) 및,
- 배터리 전압(Ubat)
모듈(C)은 냉각 신호(Sref)를 출력으로서 발생시키는데, 만약 냉각 장치가 정지될 수 있다면, 즉, 펌프들이 차단될 수 있고 동력이 끊길 수 있다면 냉각 신호가 1 의 값을 가지거나, 또는 만약 동력 끊김이 인가되지 않고 차량의 전자 공학적 부품들의 냉각이 계속되어야만 한다면 0 의 값을 가진다.
모듈(C)의 가능한 일 실시예는 도 3 에 도시되어 있다. 이러한 구현예에서, 냉각제의 온도가 쓰레숄드 값(threshold value) 위에 있어서 2 개의 상태를 겪을 때, 냉각 시스템을 대기 상태로 두는 것을 방지하는 것이 목적이다. 한편으로, 배터리 전압이 쓰레숄드 값 아래에 있다면 냉각이 계속되지 않는다. 사실, 만약 배터리 전압이 너무 낮으면, 자동차가 움직이지 않는 고장의 위험성이 있다. 다른 한편으로, 만약 냉각 온도가 온도 쓰레숄드 위에 존재하다면, 냉각을 무기한으로 계속하지 않을 것이다. 따라서 차량이 정지된 이후에, 특히 차량의 사용 종료시의 냉각 시간은 최대 지속 기간으로 제한된다. 이러한 지속 기간은 차량이 정지되었을 때의 냉각제 온도 또는 차량 사용의 종료시의 냉각제 온도에 달려 있을 수 있다. 그 온도가 높을수록, 최대 지속 기간이 길어진다.
모듈(C)은 3 개의 상태 블록(C1, C2, C3), 2 개의 논리 게이트 블록(C4, C5) 및 출력 블록(C6)을 포함한다.
블록(C4)으로부터의 신호가 참(TRUE)일 때, 즉, 3 개의 상태(C1 내지 C3)들이 충족되었을 때 장치를 대기 상태에 두는 것을 방지하는 신호(Sint)가 얻어진다.
만약 배터리의 전압(Ubat)이 쓰레숄드 전압(Uthresh)보다 높다면, 예를 들어 14 V 배터리에 대하여 10.7 V 보다 높다면, 상태(C1)가 충족된다.
만약 냉각제의 온도(T)가 쓰레숄드 온도(Tthresh) 보다 높다면, 상태(C2)가 충족된다. 이러한 쓰레숄드 온도(Tthresh)는 차량 박의 온도(Text)에 따라서 쓰레숄드 온도 값의 맵(map)(C21)에 의해 미리 결정될 수 있다. 실제에 있어서, 외부 온도(Text)가 낮을수록, 높은 온도에 대하여 대기 상태로 두는 것이 허용될 수 있으며, 왜냐하면 많은 차량들이 보다 급속하게 냉각될 것이기 때문이다.
냉각 요청(Dref)이 0 의 값을 가지고 이전의 값이 1 이었을 때, 냉각 요청(Dref)을 정지시킨 이후에 촉발된, 시간 지연(time delay)이 가동중이라면 상태(C3)가 충족된다. 시간 지연은 차량 밖의 온도(Text)에 따라서 시간 지연 값의 맵(map of time delay values)에 의해 발생될 수 있다. 냉각제의 온도가 높을수록, 시간 지연이 길어진다. 신호가 1 로 변화되었을 때, 대기 상태(standby condition)가 검출되자마자, 시간 지연은 다운-카운터 블록(down-counter block)으로 보내진다.
출력 블록(C6)은 논리 게이트 블록(C5)으로부터 얻어지며, 논리 게이트 블록은 논리 OR 게이트이다. 따라서 차량의 냉각이 (가동 모드에서 또는 재충전 모드에서) 요청되자마자, 또는 대기 방지 신호(standby prohibition signal)가 참(TRUE)이 되자마자, 냉각이 가능해진다.
위에 설명된 장치가 2 개의 펌프들을 포함할지라도, 본 발명은 하나 또는 2 개 이상의 펌프들을 포함하는 장치에 관한 것일 수 있다. 또한 그것은 전기 물 펌프가 설치된 가솔린 엔진에 적용될 수 있다.
1. 냉각 장치 2. 제 1 전기 펌프
3. 제 2 전기 펌프 4. 배터리 충전기
5.,엔진 조립체 6. 라디에이터

Claims (10)

  1. 냉각제를 이용하여 엔진 조립체(5)를 냉각시킬 수 있는 냉각 회로를 구비하는 차량용 냉각 장치 (1)로서, 상기 냉각 회로는 제어 시스템 (9)에 의해 제어되고, 상기 냉각 장치 (1)는 동력이 공급되거나 또는 끊길 수 있고, 상기 냉각 회로는, 차량이 사용 종료되고 냉각제의 온도가 쓰레숄드 온도보다 높을 때 냉각 장치(1)를 동력이 공급되게 유지시킬 수 있는 제어 시스템 (9)에 의해 제어되는, 차량용 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제어 시스템(9)은, 만약 배터리 전압이 설정점 값 미만이라면 동력이 공급되게 유지된 냉각 장치(1)를 정지시킬 수 있는, 차량용 냉각 장치(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    제어 시스템(9)은, 만약 차량 사용의 종료 이래로 경과된 시간이 미리 결정된 시간 간격을 초과한다면, 동력이 공급되게 유지된 냉각 장치(1)를 정지시킬 수 있는, 차량용 냉각 장치(1).
  4. 제 3 항에 있어서,
    미리 결정된 시간 간격은 차량 밖의 온도에 따라 결정되는, 차량용 냉각 장치(1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량은 전기형 차량이고, 상기 엔진 조립체 (5)는 전자 구동 시스템 (12)을 포함하는, 차량용 냉각 장치(1).
  6. 제 5 항에 있어서,
    전기형 차량은 배터리 충전기 조립체(4)를 구비하고, 냉각 회로는 충전기 조립체(4) 및 엔진 조립체(5)를 냉각시킬 수 있는, 차량용 냉각 장치(1).
  7. 제 6 항에 있어서,
    냉각제를 엔진 조립체(5)로 선택적으로 공급할 수 있는 제 1 펌프(2) 및 냉각제를 충전기 조립체(4)로 선택적으로 공급할 수 있는 제 2 펌프(3)를 포함하는, 차량용 냉각 장치(1).
  8. 제 7 항에 있어서,
    충전기 조립체(4)에서 냉각제의 유동을 방지할 수 있는 제 1 밸브(7) 및, 엔진 조립체(5)에서 냉각제의 유동을 방지할 수 있는 제 2 밸브(8)를 포함하는, 차량용 냉각 장치(1).
  9. 제 8 항에 있어서,
    엔진 조립체(5)에서 냉각제의 최소 유량을 유지할 수 있는 유압 제한부(hydraulic restriction, 10)를 포함하는, 차량용 냉각 장치(1).
  10. 제 7 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 있어서,
    제어 시스템(9)은 냉각제의 온도 및 설정점 온도에 따라서 폐쇄 루프 조절 시스템 안의 각각의 펌프(2,3)의 유량을 서보 제어(servo-controlling)할 수 있는, 차량용 냉각 장치(1).
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