KR20120129076A - 전기 자동차용 냉각 시스템 - Google Patents

전기 자동차용 냉각 시스템 Download PDF

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이종두
이상옥
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한라공조주식회사
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Abstract

본 발명의 목적은 장치들 간 배치를 개선함으로써 불필요한 냉각 동작을 최소화하여 냉각 시스템의 작동 효율을 극대화하고 쿨링 모듈 패키지의 소형화 및 경량화를 달성하는, 전기 자동차용 냉각 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 전기 자동차용 냉각 시스템은, 전기 자동차의 구동계 전장 부품(500)의 냉각 및 실내 공기 냉방을 수행하는 냉각 시스템(1000)에 있어서, 냉각수를 이용하여 상기 전장 부품(500)을 냉각하되, 열교환기 형태로 형성되어 냉각수를 유통시키며 외부 공기와 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 냉각하는 라디에이터(110)와, 상기 라디에이터(110)를 유통하는 냉각수를 순환시키는 펌프(120)와, 상기 라디에이터(110)와 나란히 배치 구비되어 상기 라디에이터(110)로 공기를 강제 송풍하는 팬(130)을 포함하여 이루어지는 전장냉각부(100); 냉매를 이용하여 실내 공기를 냉방하되, 응축기(210)와, 팽창 밸브(220)와, 증발기(230)와, 압축기(240)를 포함하며, 냉매가 상기 응축기(210) - 상기 팽창 밸브(220) - 상기 증발기(230) - 상기 압축기(240)를 순차적으로 통과하며 순환하도록 이루어지는 공조부(200); 를 포함하여 이루어지며, 공기 송풍 방향을 따라 상류 방향을 전방, 하류 방향을 후방이라 할 때, 전방에서 후방 순으로 상기 라디에이터(110) - 상기 전장 부품(500) - 상기 응축기(210)가 나란히 병렬 배치되며, 상기 응축기(210)는 수냉식으로서, 상기 라디에이터(110)로부터 배출된 냉각수가 분기되어 일부가 상기 응축기(210)로 유통되어 상기 응축기(210) 내를 유통하는 냉매와 열교환함으로써 냉매의 응축이 일어나도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 자동차용 냉각 시스템 {Cooling System for Electric Vehicle}
본 발명은 전기 자동차용 냉각 시스템에 관한 것이다.
최근 저공해 고연비 대책으로 하이브리드 자동차가 점차 각광받고 있는 추세에 있다. 종래에는 휘발유, 경우 등과 같은 화석 연료를 사용하는 엔진을 구비하는 자동차가 일반적으로 사용되어 왔으나, 화석 연료의 매장량 감소 및 환경 오염 문제 등으로 화석 연료를 대체할 자동차용 에너지원에 대한 연구가 있어 왔다. 그 중 현재 가장 활발히 연구되고 있는 에너지원은 연료 전지인데, 아직까지는 연료 전지만으로 작동하는 자동차의 경우 연료 대비 효율이나 냉각 시스템의 최적화 등이 완전히 이루어지지 않은 상태이다. 따라서 현재로서는 화석 연료와 연료 전지(즉 전기)를 모두 사용하는 하이브리드 자동차가 가장 합리적인 대안으로 대두되고 있다. 이러한 연료 전지 자동차 또는 하이브리드 자동차에는 구동원으로서 전기를 사용하는 구동 모터가 구비되며, 화석 연료를 사용하는 엔진을 대체하거나 또는 보조하는 역할을 한다. 그러나 점차로 자동차의 구동계에 있어서, 내연 기관을 완전히 (전기 모터를 포함하는) 전장 부품으로 전환하고자 하는 연구 및 개발이 꾸준히 이루어지고 있다.
화석 연료를 사용하는 내연 기관 자동차의 경우, 엔진에서 고온ㆍ고압의 가스를 점화ㆍ연소시키는 과정에서 매우 많은 양의 열이 발생하게 되며, 따라서 냉각을 시켜 주지 않으면 과열로 인하여 실린더와 피스톤을 포함하는 각종 부품이 녹거나 탐으로써 손상 및 파손이 발생하게 된다. 따라서 실린더 주위에 냉각수를 수용하는 재킷을 설치하고, 상기 재킷 내부로 냉각수를 순환시킴으로써 냉각수가 엔진으로부터 발생하는 열을 흡수함으로써 엔진이 냉각되도록 하고 있다. 그러나 냉각수 역시 오랜 시간 동안 엔진으로부터 열을 흡수하여 고온이 되면 엔진으로부터 더 이상 열을 흡수할 수 없게 되기 때문에, 상기 냉각수를 냉각시켜 주는 장치가 필요한데, 라디에이터(radiator)는 바로 이러한 고온의 냉각수를 순환시켜 냉각시켜 주는 장치로서, 내연 기관에서 발생한 열의 일부를 냉각수를 통해서 대기 속으로 방출하는 역할을 한다. 라디에이터는 대부분의 경우 일반적으로 가장 널리 사용되는 열교환기의 형태, 즉 다열의 튜브들, 상기 튜브들의 양단에 결합되는 한 쌍의 헤더탱크, 상기 튜브들 사이에 개재되는 핀을 포함하여 이루어지는 형태를 가지게 된다.
연료 전지를 동력원으로 하는 자동차의 경우에도 물론, 연료 전지 셀 스택, 모터 등과 같은 각 전장 부품에서 발열이 일어난다. 따라서 내연 기관의 냉각수를 이용한 냉각 시스템과 유사한 방식으로, 냉각수를 이용하여 이러한 전장 부품들에서 발생되는 열을 흡수하여 냉각을 수행하게 된다. 또한 역시 내연 기관의 냉각 시스템과 유사하게, 흡수된 열로 인해 온도가 올라가게 된 냉각수를 별도의 라디에이터를 이용하여 냉각시켜 주게 된다.
한편, 내연 기관을 사용하는 자동차의 경우, 엔진은 시동을 켠 이후 시동을 끌 때까지는 엔진이 항상 작동을 하고 있다. 즉 일반적인 고속 주행 시가 아닌 아이들(idle) 상태 및 저속 주행 시에서도 엔진은 계속 작동을 하고 있기 때문에 엔진에서의 발열이 지속적으로 일어나며, 따라서 냉각수의 순환 및 라디에이터에 의한 냉각수의 냉각 역시 지속적으로 수행되어야 함이 당연하다.
그런데 전기 자동차의 경우에는, 차량 정지 및 저속 주행 시에는 내연 기관 자동차에 비해 구동부의 발열량이 현저히 낮아지게 된다. 도 1은 주행 조건별 전열량을 비교 도시한 것으로, 도시되어 있는 바와 같이 어느 정도 속도 이상으로 주행하고 있을 경우에는 전장 부품에서의 발열량과 콘덴서에서의 발열량이 비슷한 정도로 높게 나타나나, 아이들 상태에서는 전장 부품에서의 발열량이 콘덴서의 발열량에 비해 극도로 낮게 나타남을 알 수 있다. 즉 전기 자동차의 경우 아이들 상태에서는 구동부 전장 부품의 냉각이 거의 필요하지 않은 것이다. (물론 공조 성능을 위하여 콘덴서의 냉각은 계속 반드시 필요하다.)
한편, 도 2는 종래의 차량 냉각 시스템의 배치도를 간략히 도시한 것으로, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 라디에이터와 콘덴서는 서로 나란히 병렬로 배치되는 것이 일반적이다. 라디에이터 및 콘덴서 모두 내부에 유통되는 냉각수 또는 냉매를 외부의 공기와 열교환시키는 장치인 바, 열교환성능을 높이기 위하여 외부 공기를 강제로 송풍하는 팬이 라디에이터 및 콘덴서에 더 구비되게 된다. 따라서 외부 공기는 라디에이터 및 콘덴서를 순차적으로 거쳐 흘러가면서 열교환을 하게 된다.
차량이 고속 주행 시에는 외부 공기 자체가 높은 유속을 가지고 있는 반면, 차량이 아이들 상태에 있을 때에는 외부 공기가 정지 상태에 있기 때문에, 팬에서 불어주는 풍량에 콘덴서에서의 열교환성능이 절대적으로 의존하게 됨은 당연하다. 상술한 바와 같이 콘덴서와 라디에이터가 병렬로 나란히 배치되어 있기 때문에 팬에서 불어주는 바람은 콘덴서 및 라디에이터를 통과하면서 많은 공기 저항을 받게 된다. 내연 기관 자동차의 경우에는 콘덴서 내의 냉매 및 라디에이터 내의 냉각수 모두가 외부 공기에 의하여 냉각이 이루어져야 하는 바, 팬에 의해 발생된 바람이 콘덴서 및 라디에이터를 모두 통과하면서 활발한 열교환이 일어나게 하는 것이 매우 유리한 효과를 가진다. 그런데, 전기 자동차의 경우에는 아이들 상태에 있을 때 전장 부품에서의 발열이 거의 없기 때문에, 라디에이터 내의 냉각수 역시 거의 냉각될 필요가 없다. 따라서 전기 자동차에서 아이들 상태에 있을 때에는 팬에 의해 발생된 바람이 라디에이터를 통과하는 것은 (냉각수의 냉각이 불필요하므로) 단지 외부 공기의 유속 손실만을 야기할 뿐이며, 이에 따라 콘덴서에서의 냉각 성능을 떨어뜨리는 요인이 된다. 다시 말해, 전기 자동차에서는 아이들 상태 또는 저속 주행 시 불필요하게 라디에이터를 냉각하게 됨으로서, 라디에이터의 공기 저항으로 인하여 콘덴서( 및 라디에이터)를 통과하는 풍량의 손실만을 발생시키는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기 자동차용 냉각 시스템에 있어서 각 장치들 간 배치를 개선함으로써 불필요한 냉각 동작을 최소화하여 냉각 시스템의 작동 효율을 극대화하고 쿨링 모듈 패키지의 소형화 및 경량화를 달성하는, 전기 자동차용 냉각 시스템을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 자동차용 냉각 시스템은, 전기 자동차의 구동계 전장 부품(500)의 냉각 및 실내 공기 냉방을 수행하는 냉각 시스템(1000)에 있어서, 냉각수를 이용하여 상기 전장 부품(500)을 냉각하되, 열교환기 형태로 형성되어 냉각수를 유통시키며 외부 공기와 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 냉각하는 라디에이터(110)와, 상기 라디에이터(110)를 유통하는 냉각수를 순환시키는 펌프(120)와, 상기 라디에이터(110)와 나란히 배치 구비되어 상기 라디에이터(110)로 공기를 강제 송풍하는 팬(130)을 포함하여 이루어지는 전장냉각부(100); 냉매를 이용하여 실내 공기를 냉방하되, 응축기(210)와, 팽창 밸브(220)와, 증발기(230)와, 압축기(240)를 포함하며, 냉매가 상기 응축기(210) - 상기 팽창 밸브(220) - 상기 증발기(230) - 상기 압축기(240)를 순차적으로 통과하며 순환하도록 이루어지는 공조부(200); 를 포함하여 이루어지며, 공기 송풍 방향을 따라 상류 방향을 전방, 하류 방향을 후방이라 할 때, 전방에서 후방 순으로 상기 라디에이터(110) - 상기 전장 부품(500) - 상기 응축기(210)가 나란히 병렬 배치되며, 상기 응축기(210)는 수냉식으로서, 상기 라디에이터(110)로부터 배출된 냉각수가 분기되어 일부가 상기 응축기(210)로 유통되어 상기 응축기(210) 내를 유통하는 냉매와 열교환함으로써 냉매의 응축이 일어나도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 냉각 시스템(1000)은 상기 라디에이터(110)로부터 배출된 냉각수가 상기 전장 부품(500) 측과 상기 응축기(210) 측으로 분기되는 지점에, 선택적 유로 선택이 가능하도록 형성되는 밸브(140)가 구비되는 것을 특징으로 한다. 또한 이 때, 상기 밸브(140)는 상기 전장 부품(500) 측과 상기 응축기(210) 측 양쪽 모두로 냉각수를 유통시키는 제1모드 및 상기 전장 부품(500) 측만으로 냉각수를 유통시키는 제2모드를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전기 자동차의 냉각 시스템에 있어서, 라디에이터와 전장 부품을 최전방에 배치하고, 전장 부품의 후방에 수냉식 콘덴서를 배치함으로써, 전기 자동차에서 아이들 상태 또는 저속 주행 시에 라디에이터의 불필요한 냉각에 따른 콘덴서의 냉각 성능 저하를 종래보다 개선하는 큰 효과가 있다.
보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 종래의 내연 기관 자동차의 경우 구동계에서의 발열이 항상 높다는 사실을 기반으로, 이론적 및 경험적으로 콘덴서 - 라디에이터 - 구동계 순으로 공기가 흘러가도록 배치되는 것이 가장 최적이라고 알려져 있었다. 그런데 전기 자동차의 경우에는 아이들 상태 또는 저속 주행 시 구동계에서의 발열이 거의 없기 때문에 라디에이터를 통과하는 냉각수를 냉각할 필요가 없다. 팬에서 발생되는 바람이 라디에이터를 거침으로써 풍량의 저하가 발생하게 되는데, 전기 자동차의 경우 라디에이터에서의 냉각이 불필요하기 때문에 이러한 풍량의 저하는 단지 콘덴서에서의 냉각 성능의 저하만을 유발하는 문제가 있었다.
그러나 본 발명에서는 라디에이터 - 구동계(전장 부품) 순으로 공기가 흘러가도록 배치하고, 온도대가 유사한 전장 부품과 수냉식 콘덴서가 나란히 배치되도록 하여, 팬에서 송풍되는 공기는 라디에이터에서의 냉각에만 사용되도록 하고 콘덴서의 냉각은 수냉식을 이용하도록 개선하고 있다. 이와 같은 배치의 개선을 통하여, 본 발명에 의하면 팬의 모터 사양 축소 및 소비 전력 감소를 달성할 수 있는 효과가 있고, 궁극적으로는 전반적인 냉각 시스템의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 이에 따라 쿨링 모듈의 패키지의 소형화 및 경량화를 이룰 수 있는 효과가 있다.
더불어 본 발명에 의하면, 동절기 난방 시 즉 콘덴서를 포함하는 공조 사이클이 작동하지 않는 경우에는 전장품만 냉각하도록 함으로써 펌프의 일 및 소비 전력을 저감할 수 있어, 냉각 시스템의 효율을 더욱 극대화하는 효과가 있다.
도 1은 주행 조건별 전열량.
도 2는 종래의 차량 냉각 시스템의 배치도.
도 3은 본 발명의 전기 자동차용 냉각 시스템의 배치도.
도 4는 종래 및 본 발명의 냉각 시스템의 배치 및 온도 분포 비교 예.
도 5는 본 발명의 전기 자동차용 냉각 시스템의 여러 조건에 따른 작동 예.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 전기 자동차용 냉각 시스템의 배치도를 도시한 것이다. 본 발명의 전기 자동차용 냉각 시스템(1000)은 기본적으로 전기 자동차의 구동계 전장 부품(500)의 냉각 및 실내 공기 냉방을 수행한다. 이 때 상기 전장 부품(500)을 냉각하는 장치들을 묶어 전장냉각부(100)라 하고, 실내 공기를 냉방하는 장치들을 묶어 공조부(200)라고 칭하기로 한다.
상기 전장냉각부(100)는 냉각수를 이용하여 상기 전장 부품(500)을 냉각하되, 도시된 바와 같이 라디에이터(110), 펌프(120) 및 팬(130)을 포함하여 이루어진다. 상기 라디에이터(110)는 열교환기 형태로 형성되어 냉각수를 유통시키며 외부 공기와 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 냉각한다. 상기 펌프(120)는 상기 라디에이터(110)를 유통하는 냉각수를 순환시키는 역할을 한다. 즉 상기 전장냉각부(100)는, 내연 기관 자동차에서 엔진 자켓에 냉각수가 유통되는 유로가 형성되도록 하여 엔진으로부터 방출되는 열을 냉각수가 흡수하게 하고, 이 냉각수를 펌프로 강제 순환시켜 라디에이터로 보내며, 라디에이터에서 냉각수가 냉각되도록 하여 엔진을 냉각시키는 것과 동일한 원리로 작동한다. 상기 라디에이터(110)에는 그 내부를 유통하는 냉각수와 그 외부로 흐르는 외부 공기 간의 열교환효율을 보다 높이기 위하여, 상기 라디에이터(110)와 나란히 배치 구비되어 상기 라디에이터(110)로 공기를 강제 송풍하는 팬(130)이 구비된다. 여기에서, 공기 송풍 방향을 따라 상류 방향을 전방, 하류 방향을 후방이라 칭하기로 한다.
상기 공조부(200)는 냉매를 이용하여 실내 공기를 냉방하며, 일반적인 냉동 사이클 형태로 이루어진다. 즉 응축기(210)와, 팽창 밸브(220)와, 증발기(230)와, 압축기(240)를 포함하며, 냉매가 상기 응축기(210) - 상기 팽창 밸브(220) - 상기 증발기(230) - 상기 압축기(240)를 순차적으로 통과하며 순환하도록 이루어지는 것이다. 이와 같은 일반적인 냉동 사이클에 대해서는 널리 잘 알려져 있으며, 각부의 동작 역시 잘 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이 때, 본 발명의 냉각 시스템(1000)에서는, 전방에서 후방 순으로 상기 라디에이터(110) - 상기 전장 부품(500) - 상기 응축기(210)가 나란히 병렬 배치되며, 상기 응축기(210)는 수냉식으로서, 상기 라디에이터(110)로부터 배출된 냉각수가 분기되어 일부가 상기 응축기(210)로 유통되어 상기 응축기(210) 내를 유통하는 냉매와 열교환함으로써 냉매의 응축이 일어나도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 응축기(210)는 이종의 유체를 서로 섞이지 않도록 독립적으로 유통시키면서 열교환시킬 수 있는 일반적인 이종 열교환기 형태를 따라 형성되도록 할 수 있다.
보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 종래에는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 전방에서 후방 순으로 응축기 - 라디에이터 - 전장 부품이 배치되어 있었다. 이는 내연 기관 자동차에서의 배치를 그대로 적용한 것으로, 내연 기관 자동차의 경우 전장 부품 위치에 엔진이 배치되게 된다. 내연 기관 자동차의 경우에는 엔진에서 발생되는 열량이 매우 많으며, 특히 아이들 상태에서도 계속 엔진에서 많은 열량이 발생된다. 따라서 이러한 환경을 고려하여 내연 기관 자동차의 경우 상술한 바와 같은 배치를 적용하였던 것이다.
반면, 도 1을 참조하여 알 수 있듯이 전기 자동차의 경우 아이들 상태에서는 (내연 기관 자동차의 엔진에 해당하는) 구동계 전장 부품에서의 발열량이 지극히 적다. 이에 따라 내연 기관 자동차에서 응축기를 엔진에서 멀리 배치하여야만 했던 제한이 없어지게 된다. 뿐만 아니라 오히려 도 2와 같은 종래의 배치를 고수할 경우, 아이들 상태에서는 라디에이터에서의 냉각수 냉각이 거의 필요하지 않으므로 라디에이터에 의해 송풍 팬의 공기 강제 송풍 효율이 떨어지는 악영향만 일으키게 되는 문제가 있었다.
본 발명에서는 상술한 바와 같은 문제점을 해소하고자, 본 발명의 냉각 시스템(1000)에서는 상기 공조부(200)의 상기 응축기(210)가 수냉식이 되도록 하여 상기 전장냉각부(100)와 연결하고(즉 상기 전장냉각부(100)를 유통하는 냉각수를 분기하여 상기 응축기(210)로 보냄으로써 상기 응축기(210)에서 냉매와 냉각수가 열교환하도록 하고), 상기 응축기(210)를 (종래 내연 기관 자동차와 같은 배치의 경우 최전방에 배치되도록 했던 것과는 달리) 상기 전장 부품(500)의 후방에 배치되도록 한다. 이렇게 할 수 있는 것은, 상술한 바와 같이 전기 자동차의 구동계 전장 부품(500)은 내연 기관 엔진에 비해 발열량이 낮으며 따라서 동작 시 냉각수의 온도도 낮으며, 이에 따라 전기 자동차의 경우 상기 라디에이터(110)를 유통하는 냉각수가 상기 응축기(210)를 냉각시킬 수 있는 온도대를 가지게 되어 상기 응축기(210)에 수냉식 방법을 적용하기 용이하기 때문이다.
이와 같이 함으로써, 상기 응축기(210)는 수냉식이기 때문에 상기 팬(130)의 공기 송풍을 받을 필요가 전혀 없으며, 따라서 상기 팬(130)은 단지 상기 라디에이터(110)로만 공기를 유통시키면 되므로, 상기 팬(130)의 송풍 부하가 종래보다 훨씬 줄어들게 된다. 또한, 아이들 상태에서는 상기 전장 부품(500)에서의 발열이 거의 없으므로 상기 라디에이터(110)에서 냉각을 많이 할 필요가 없고, 또한 상기 응축기(210)에서는 상술한 바와 같이 공기 송풍이 전혀 필요하지 않으므로, 상기 팬(130)을 매우 느리게 돌게 하거나 멈추도록 함으로써 에너지를 훨씬 절약할 수 있으며, 시스템 효율을 더욱 높일 수 있게 된다. 상술한 바와 같이 상기 팬(130)의 부하가 종래보다 훨씬 줄어들기 때문에, 팬 모터 사양을 축소하거나 소비 전력을 감소시킬 수 있게 되며, 나아가 쿨링 모듈 패키지 자체의 소형화 및 경량화 또한 가능하게 된다.
도 4는 종래 및 본 발명의 냉각 시스템의 배치 및 온도 분포 비교 예를 도시하고 있다. 도 4(A)는 종래의 냉각 시스템(도 2 참조)의 배치 및 온도 분포를, 도 4(B)는 본 발명의 냉각 시스템(도 3 참조)의 배치 및 온도 분포를 각각 도시하고 있다. 종래의 냉각 시스템(도 4(A)) 및 본 발명의 냉각 시스템(도 4(B)) 모두, 응축기(210')(210) → 팽창 밸브(220) 유로에서의 냉매 온도는 고속(High) 조건에서 49℃ 및 아이들(Idle) 조건에서 49℃ / 팽창 밸브(220) → 증발기(230) 유로에서의 냉매 온도는 고속(High) 조건에서 5℃ 및 아이들(Idle) 조건에서 2℃ / 증발기(230) → 압축기(240) 유로에서의 냉매 온도는 고속(High) 조건에서 8℃ 및 아이들(Idle) 조건에서 2℃ / 압축기(240) → 응축기(210')(210) 유로에서의 냉매 온도는 고속(High) 조건에서 83℃ 및 아이들(Idle) 조건에서 85℃이다.
이 때, 종래의 냉각 시스템(도 4(A))의 경우, 즉 전방 → 후방 방향으로 응축기(210') - 라디에이터(110) - 전장 부품(500) 순으로 배치되어 있는 경우에는, 라디에이터(110) → 전장 부품(500) 유로에서의 냉각수 온도는 고속(High) 조건에서 58℃ 및 아이들(Idle) 조건에서 56℃ / 전장 부품(500) → 라디에이터(110) 유로에서의 냉각수 온도는 고속(High) 조건에서 63℃ 및 아이들(Idle) 조건에서 55℃이다.
반면, 본 발명의 냉각 시스템(도 4(B))의 경우, 즉 전방 → 후방 방향으로 라디에이터(110) - 전장 부품(500) - 응축기(210) 순으로 배치되어 있는 경우에는, 라디에이터(110) → 전장 부품(500) 유로에서의 냉각수 온도는 고속(High) 조건에서 45℃ 및 아이들(Idle) 조건에서 45℃ / 전장 부품(500) → 라디에이터(110) 유로에서의 냉각수 온도는 고속(High) 조건에서 50℃ 및 아이들(Idle) 조건에서 50℃이다.
이러한 온도 분포 비교를 보면, 본 발명의 냉각 시스템은 작동 시 냉각수의 온도가 종래의 냉각 시스템과 비교하였을 때 전체적으로 낮아지는 경향을 보이고 있음을 알 수 있다. 또한, 고속 조건에서는 종래 및 본 발명의 냉각 시스템 모두 냉각수의 온도가 라디에이터(110)에서 냉각됨으로써 5℃ 가량 낮아지는데 반해, 아이들 조건에서는 종래의 경우 오히려 1℃ 가량 높아지는 반면 본 발명의 경우 고속 조건에서와 마찬가지고 5℃ 가량 낮아져서 냉각 효율이 높아짐을 분명히 확인할 수 있다. 이로부터, 본 발명의 경우 라디에이터(110) 및 전장 부품(500)의 작동 온도가 전체적으로 낮아질 뿐만 아니라, 특히 아이들 조건에서 라디에이터(110)에서의 냉각 효율이 종래에 비해 훨씬 우수해짐을 자명하게 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 전기 자동차용 냉각 시스템의 여러 조건에 따른 작동 예를 도시한 것이다. 상술한 바와 같이 본 발명의 냉각 시스템(1000)은 전장냉각부(100)와 공조부(200)가 분리 배치되도록 하고 있다. 한편 냉방이 필요하지 않은 동절기의 경우에는 공조부(200)를 작동하지 않아도 된다. 따라서 본 발명의 냉각 시스템(1000)에서, 냉방이 필요하여 공조부(200)를 작동시키는 하절기에는 도 5(A)와 같이 냉각수가 상기 응축기(210)로 유통되도록 유로를 형성하고, 동절기에는 도 5(B)에 도시되어 있는 바와 같이 냉각수가 단지 상기 전장 부품(500) 측만으로 유통되고 상기 응축기(210)로는 유통되지 않도록 유로를 형성하도록 함으로써 시스템 효율을 보다 높일 수 있다. 즉 도시된 바와 같이, 상기 냉각 시스템(1000)에서, 상기 라디에이터(110)로부터 배출된 냉각수가 상기 전장 부품(500) 측과 상기 응축기(210) 측으로 분기되는 지점에 밸브(140)가 구비되도록 함으로써 상술한 바와 같은 선택적 유로 선택이 가능하도록 하는 것이다. 상술한 바와 같은 유로 선택이 가능하도록 하려면, 상기 밸브(140)는 최소한, 상기 전장 부품(500) 측과 상기 응축기(210) 측 양쪽 모두로 냉각수를 유통시키는 제1모드(즉 도 5(A)와 같이 유통시키는 모드) 및 상기 전장 부품(500) 측만으로 냉각수를 유통시키는 제2모드(즉 도 5(B)와 같이 유통시키는 모드)를 가지도록 형성되도록 한다. 이러한 밸브 형태는, 하나의 입구와 두 개의 출구를 가지며, 두 개의 출구가 서로 독립적으로 개폐 가능하도록 형성되기만 하면 쉽게 구현할 수 있으므로, 이러한 조건만 만족시킨다면 상기 밸브(140)의 구체적인 형태는 어떻게 이루어져도 무방하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000: (본 발명의) 냉각 시스템
100: 전장냉각부
110: 라디에이터 120: 펌프
130: 팬 140: 밸브
200: 공조부
210: 응축기 220: 팽창 밸브
230: 증발기 240: 압축기

Claims (3)

  1. 전기 자동차의 구동계 전장 부품(500)의 냉각 및 실내 공기 냉방을 수행하는 냉각 시스템(1000)에 있어서,
    냉각수를 이용하여 상기 전장 부품(500)을 냉각하되, 열교환기 형태로 형성되어 냉각수를 유통시키며 외부 공기와 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 냉각하는 라디에이터(110)와, 상기 라디에이터(110)를 유통하는 냉각수를 순환시키는 펌프(120)와, 상기 라디에이터(110)와 나란히 배치 구비되어 상기 라디에이터(110)로 공기를 강제 송풍하는 팬(130)을 포함하여 이루어지는 전장냉각부(100);
    냉매를 이용하여 실내 공기를 냉방하되, 응축기(210)와, 팽창 밸브(220)와, 증발기(230)와, 압축기(240)를 포함하며, 냉매가 상기 응축기(210) - 상기 팽창 밸브(220) - 상기 증발기(230) - 상기 압축기(240)를 순차적으로 통과하며 순환하도록 이루어지는 공조부(200);
    를 포함하여 이루어지며,
    공기 송풍 방향을 따라 상류 방향을 전방, 하류 방향을 후방이라 할 때,
    전방에서 후방 순으로 상기 라디에이터(110) - 상기 전장 부품(500) - 상기 응축기(210)가 나란히 병렬 배치되며,
    상기 응축기(210)는 수냉식으로서, 상기 라디에이터(110)로부터 배출된 냉각수가 분기되어 일부가 상기 응축기(210)로 유통되어 상기 응축기(210) 내를 유통하는 냉매와 열교환함으로써 냉매의 응축이 일어나도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각 시스템(1000)은
    상기 라디에이터(110)로부터 배출된 냉각수가 상기 전장 부품(500) 측과 상기 응축기(210) 측으로 분기되는 지점에, 선택적 유로 선택이 가능하도록 형성되는 밸브(140)가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 밸브(140)는
    상기 전장 부품(500) 측과 상기 응축기(210) 측 양쪽 모두로 냉각수를 유통시키는 제1모드 및 상기 전장 부품(500) 측만으로 냉각수를 유통시키는 제2모드를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각 시스템.
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