KR20150042821A - 전동차량 - Google Patents

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슈헤이 히사다
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

본 전동차량(2)은, 주행용 모터(9), 제1배터리(4), 제2배터리(3), 상기 제1배터리를 냉각하는 액냉식 냉각기, 및 온도 조정기를 구비하고 있다. 상기 제1배터리는, 상기 모터에 전력을 공급하도록 구성되어 있고, 제1용량과 제1출력을 가진다. 상기 제2배터리는, 상기 모터에 전력을 공급하도록 구성되어 있고, 상기 제1용량과 상이한 제2용량, 및 상기 제1출력과 상이한 제2출력을 가진다. 상기 온도 조정기는, 기체를 열매체로서 사용하여 상기 제2배터리의 온도를 조정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

전동차량{ELECTRICALLY DRIVEN VEHICLE}
본 발명은 전동차량에 관한 것이다.
전동차량에 타입이 다른 2종류의 배터리를 탑재하는 것이 제안되어 있다(일본특허출원공보 제2006-79987호(JP-2006-79987 A)). 상기 배터리들 간에 하나는, 내부저항이 작고, 단시간이지만 큰 전력(큰 전류)을 공급할 수 있는 고출력형 배터리이다. 다른 배터리는, 내부저항이 크고, 큰 전력(큰 전류)을 공급할 수는 없지만, 에너지 밀도가 높은(사이즈에 비해 전력용량이 큼) 배터리이다. 이하, 전자를 고출력형 배터리라 칭하고, 후자를 고용량형 배터리라 칭한다.
요즘에는, 고출력형 배터리로서도 고용량형 배터리로서도, 리튬-이온 배터리가 종종 채용된다. 같은 리튬-이온을 사용하는 배터리여도, 활물질의 종류나 활물질층의 두께 등 여러가지 파라미터들을 조정함으로써 고출력형이나 또는 고용량형으로도 만들 수 있다. 첨언하면, 배터리의 기술은 급속하게 발전하고 있고, 리튬-이온 배터리들을 대신하는 고출력형 배터리/고용량형 배터리들이 시장에 등장할 가능성도 있다. 본 명세서가 개시하는 기술은, 리튬-이온 배터리들로 한정되지 않는다는 점에 유의해야 한다.
상기 전동차량에 2종류의 배터리를 탑재함으로써, 전체로서 고출력/고용량 전원을 확보할 수 있다. 전형적으로는, 고출력형 배터리를 탑재함으로써 자동차의 가속 성능을 향상시킬 수 있고, 고용량형 배터리를 탑재함으로써 자동차의 항속 거리를 증가시킬 수 있다.
그런데, 배터리들은 발열량이 크므로, 전동차량은 배터리들의 냉각기들도 탑재한다. 냉각기들에 관한 기술도 몇 가지 제안되어 있다. 배터리만을 전용하여 냉각하는 것보다도, 인버터나 모터 등의 다른 발열 디바이스들을 냉각하는 것이 보다 효율적이다. 그러한 기술이 일본특허출원공보 제2009-126256호(JP-2009-126256 A)에 개시되어 있다. 또한, 에어컨 등에서 조정된 차내의 공기를 배터리에 보내어 식히는 기술이 예를 들면 일본특허출원공보 제2010-280288호(JP-2010-280288 A), 일본특허출원공보 제2009-110829호(JP-2009-110829 A), 및 일본특허출원공보 제2008-141945호(JP-2008-141945 A)에 개시되어 있다. 차량에 탑재된 디바이스들의 냉각에 있어서는, 액냉식과 공냉식 중 하나 또는 양자 모두가 채용될 수도 있다. 액냉식과 공냉식 양방의 냉각기를 채용한 예로는, 일본특허출원공보 제2009-27798호(JP-2009-27798 A)의 기술을 들 수 있다. 일본특허출원공보 제2009-27798호(JP-2009-27798 A)에 개시된 전동차량은, 전압 컨버터가 각각 접속된 2개의 배터리가 구비되어 있다. 2개의 전압 컨버터 중 일방은 공냉식에서 냉각되고, 타방은 액냉식에서 냉각된다. 물론, 타입이 다른 배터리를 탑재하는 경우에도 냉각기들이 필요하다.
본 발명은 2가지 다른 타입의 배터리들을 효율적으로 냉각하는 전동차량을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따른 전동차량은, 주행용 모터, 제1배터리, 제2배터리, 상기 제1배터리를 냉각하는 액냉식 냉각기, 및 온도 조정기를 구비하고 있다. 상기 제1배터리는, 상기 모터에 전력을 공급하도록 구성되어 있고, 제1용량과 제1출력을 가진다. 상기 제2배터리는, 상기 모터에 전력을 공급하도록 구성되어 있고, 상기 제1용량과 상이한 제2용량, 및 상기 제1출력과 상이한 제2출력을 가진다. 상기 온도 조정기는, 기체를 열매체로서 사용하여 상기 제2배터리의 온도를 조정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 형태에 있어서, 상기 제2출력은 상기 제1출력보다 높을 수도 있고, 상기 제2용량은 상기 제1용량보다 작을 수도 있다.
본 발명의 상기 형태에 있어서, 상기 제2출력은 상기 제1출력보다 낮을 수도 있고, 상기 제2용량은 상기 제1용량보다 클 수도 있다.
본 발명의 상기 형태에 있어서, 상기 제2배터리는, 상기 제1배터리보다도 사용 빈도가 낮게 구성될 수도 있다.
본 발명의 상기 형태에 있어서, 상기 전동차량은 순환로(circulation channel) 및 열교환기를 더 구비할 수도 있다. 상기 순환로는, 상기 제1배터리 및 상기 제1배터리와는 상이한 다른 유닛에 액체 냉매를 순환시키도록 구성되어 있다. 상기 열교환기는, 상기 액체 냉매와 상기 온도 조정기가 받아들이는 공기 사이에서 열교환하도록 구성되어 있다.
본 발명의 상기 형태에 있어서, 상기 제1배터리는 워터 재킷을 구비할 수도 있다. 상기 순환로는 상기 워터 재킷을 통해 연장될 수도 있다.
본 발명의 상기 형태에 있어서, 상기 전동차량은, 상기 액체 냉매가 모이는 예비 탱크(reserve tank)를 더 구비할 수도 있다. 상기 순환로는 상기 예비 탱크를 통해 연장될 수도 있고, 상기 워터 재킷과 상기 예비 탱크가 서로 일체형으로 되어 있을 수도 있다.
본 발명의 상기 형태에 있어서, 상기 온도 조정기는 제1덕트를 구비할 수도 있다. 상기 제1덕트는, 상기 예비 탱크에 접하고 있고, 상기 제2배터리에 공기를 보내도록 구성되어 있다. 나아가, 상기 온도 조정기는, 상기 액체 냉매의 온도가 미리 정해진 임계 온도를 초과하는 경우, 상기 제1덕트를 통해 공기를 상기 제2배터리에 보내도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 상기 형태에 있어서, 상기 예비 탱크와 상기 제2배터리 사이에 공기 유로(air flow channel)가 설치되어 있을 수도 있다. 상기 온도 조정기는, 상기 제2배터리가 동작하고 있는 경우에 상기 공기 유로에 공기를 공급하도록 구성될 수도 있고, 상기 제2배터리가 정지하고 있는 경우에는 상기 제2배터리에 공기를 공급하도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 상기 형태에 있어서, 상기 전동차량은, 인버터, 예비 탱크, 및 순환로를 더 구비할 수도 있다. 상기 인버터는, 상기 제1배터리와 상기 제2배터리의 전력을 교류로 변환하여 상기 교류를 상기 모터에 공급하도록 구성되어 있다. 상기 예비 탱크에 있어서는, 온도 조정용 액체가 모아진다. 상기 순환로는, 상기 제1배터리, 상기 인버터, 및 상기 예비 탱크 간에 상기 액체를 순환시키도록 구성되어 있다. 또한, 상기 예비 탱크는, 상기 제1배터리를 수용하는 제1케이스에 접하고 있을 수도 있다. 더욱이, 상기 예비 탱크는, 상기 제2배터리를 수용하는 제2케이스에 접하고 있을 수도 있다.
본 발명의 상기 형태에 있어서, 상기 제2배터리에 보내지는 공기가 흐르는 제2덕트는 상기 예비 탱크에 접하고 있을 수도 있다.
본 발명의 상기 형태에 있어서, 상기 제2배터리에 보내지는 공기가 흐르는 제2덕트는 상기 예비 탱크의 내부를 통해 연장될 수도 있다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예들의 특징, 장점, 그리고 기술적 및 산업상 현저성을, 동일한 부호들이 동일한 요소들을 나타내는 첨부 도면들을 참조하여 후술하기로 한다.
도 1은 본 발명의 각 실시예들에 따른 전동차량의 전력 시스템의 블록도;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전동차량의 배터리 온도 조정 시스템의 블록도;
도 3은 제2배터리 주변의 온도 조정 시스템의 구성의 변형예;
도 4는 본 발명의 제2실시예 각각에 따른 전동차량의 전력 시스템의 블록도;
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제2실시예에 따른 전동차량의 배터리 온도 조정 시스템의 블록도들이고, 도 5a는 제2배터리에 공기를 보내는 모습이 그려져 있고, 도 5b는 유닛간 덕트에 공기를 보내는 모습이 그려져 있는 도면;
도 6은 유닛간 덕트의 단면도;
도 7은 온도 조정 처리의 플로우차트; 및
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 전동차량의 배터리 온도 조정 시스템의 블록도이다.
우선, 본 발명의 실시예들의 개요를 후술하기로 한다.
본 발명의 실시예들 각각에 있어서, 냉각매체에 의해 흡수된 열은 배터리들을 예열하는 것에도 사용되어 효과적으로 활용될 수도 있다. 이에 따라, "배터리들의 온도들을 조정하는" 표현은 "배터리들을 냉각하는" 표현 대신에 사용될 수도 있다. 첨언하면, 이하 고출력형 배터리 및 고용량형 배터리 중 하나를 제1배터리라 칭하기로 하고, 다른 것을 이하 제2배터리라 칭할 것이다. 상기 제2배터리는, "제1 배터리와 용량 및 출력면에서 상이한 배터리"이다. 본 발명의 일 실시예로서, 사용 빈도가 보다 높은 배터리를 제1배터리라 칭할 수도 있고, 상기 제1배터리보다도 사용 빈도가 낮은 배터리를 제2배터리라 칭할 수도 있다.
본 발명의 실시예들 각각으로서 전동차량은, 출력과 용량이 서로 상이한 2개의 배터리, 즉 제1배터리 및 제2배터리를 구비하고 있다. 주행용 모터에 공급될 전력은 각각의 배터리들에 저장된다. 상기 제1배터리 및 상기 제2배터리 중 하나는 고출력형으로 설계되고, 다른 것은 고용량형으로 설계된다. 이들 2가지 타입의 배터리들의 전형적인 활용 패턴(utilization pattern)의 예로는, 이하 후술하는 제1패턴, 제2패턴, 및 제3패턴을 들 수 있다. 상기 제1패턴 내지 제3패턴 중 여하한의 경우들에 있어서, 상기 제1배터리는 통상적으로 사용되는 배터리이다. 상기 제1패턴에 있어서, 상기 제2배터리는, 상기 모터의 목표 출력이 큰 경우에 상기 제1배터리와 함께 사용되는 배터리이다. 즉, 상기 모터의 목표 출력이 큰 경우는, 상기 목표 출력이 소정의 출력 임계값보다 큰 경우이다. 상기 제2패턴에 있어서, 상기 제2배터리는 백업용 배터리이다. 상기 제2배터리는, 상기 제1배터리의 잔여량(SOC)이 소정의 잔여량 임계값보다 낮아지는 경우에 사용된다. 이 경우에는, 그 잔여량이 소정의 잔여량 임계값 아래로 떨어진 제1배터리가 정지된다. 상기 제3패턴에 있어서, 상기 전동차량은 하이브리드 자동차이고, 상기 제2배터리는 상기 엔진이 상기 모터에 의해 개시될 때 사용된다. 첨언하면, 상술된 제1패턴 내지 제3패턴 중 일부가 서로 조합될 수도 있다. 상술된 제1패턴 내지 제3패턴 이외의 활용 패턴들이 있을 수도 있다. 상기 활용 패턴들 중 여하한의 것에 있어서, 상기 제1배터리는 보통 상기 제2배터리보다도 사용 빈도가 높게 사용되는 배터리이다.
본 발명의 실시예들 각각으로서 전동차량은, 제1배터리를 냉각하는 액냉식 냉각기, 및 열매체로서 기체를 이용하여 제2배터리의 온도를 조정하는 온도조정기를 더 구비하고 있다. 상기 제2배터리보다 사용 빈도가 많은 제1배터리는 상기 액체 냉매에 의해 냉각되고, 비교적 사용 빈도가 낮은 제2배터리는 기체(통상적으로는 공기)에 의해 냉각된다. 첨언하면, 상세히 후술하지만, 상기 제2배터리의 온도가 활용에 적합한 온도 범위보다 낮다면, 상기 온도조정기가 상기 제2배터리의 온도를 상승시킨다. 본 발명의 실시예들 각각으로서 전동차량에서는, 비교적 사용 빈도가 높은 제1배터리가 상기 액체 냉매에 의해 냉각되고, 비교적 사용 빈도가 낮은 제2배터리는 기체에 의해 냉각된다. 즉, 사용 빈도가 높은 제1배터리를 위해서만 값비싼 액냉식 냉각기가 준비되고, 사용 빈도가 낮은 제2배터리를 위해서는 공냉식 냉각기(온도조정기)가 준비된다. 따라서, 그 사용 빈도들이 서로 상이한 2개의 배터리들 각각이 저비용으로 효율적으로 냉각(온도가 조정)될 수 있다.
첨언하면, 사용 빈도가 높은 제1배터리의 온도가 기본적으로는 상승되지 않는다고 생각해볼 수도 있다. 이에 따라, "온도조정기" 명칭 대신에, 상기 제1배터리의 온도를 조정하는 기구로 "냉각기" 명칭이 할당되었다. 이와는 달리, 사용 빈도가 낮은 제2배터리는, 외부 공기의 온도가 낮은 경우에 있어서 기동 시 따뜻하게 유지되는 것으로 가정한다. 이에 따라, 상기 "온도조정기" 명칭은 상기 제2배터리의 온도를 조정하는 기구에 할당되었다.
상기 고출력형은, 상기 고용량형보다도 많은 양의 열을 발생시킨다. 사용 빈도가 높은 제1배터리는 고출력형으로 설계되고, 상기 액냉식 냉각기가 그와 함께 결합된다. 따라서, 발열량이 많은 배터리가 충분히 냉각될 수 있게 된다. 또한, 사용 빈도가 낮은 제2배터리가 발열량이 적은 고용량형으로 설계되고 상기 공냉식 온도조정기가 그와 함께 결합되는 경우에도, 상기 배터리가 효과적으로 냉각될 수 있다.
다른 한편으로, 사용 빈도가 높은 제1배터리는 고용량형으로 설계될 수도 있고, 상기 액냉식 냉각기는 그와 함께 결합될 수도 있다. 상기 액냉식은, 상기 공냉식보다도 냉각매체의 비열이 작다. 가열 요소의 발열량이 증가함에 따라, 온도 불규칙 발생 가능성이 증가한다. 상기 고출력형 배터리보다도 발열량이 적은 상기 고용량형 배터리는 상기 제1배터리로서 채택되므로, 사용 빈도가 높은 제1배터리가 균일하게 냉각될 수 있게 된다. 또한, 사용 빈도가 낮은 제2배터리가 고출력형으로 설계되고, 상기 공냉식 온도조정기가 그와 함께 결합되는 경우에도, 상기 공냉식은 상기 제2배터리의 사용 빈도가 낮기 때문에 그 상황에 충분히 대처할 수 있다.
상술된 전동차량은, 순환로 및 열교환기를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 상기 액체 냉매는, 제1배터리 및 상기 순환로를 통해 냉각될 상기 제1배터리와 상이한 또다른 유닛으로 순환하도록 되어 있다. 상기 열교환기는, 상기 온도조정기에 의해 흡인된 공기와 상기 액체 냉매 간에 열을 교환한다. 이 경우, 상기 액체 냉매의 열은 공기로 운반되어, 상기 공기의 온도가 상승하게 된다. 외부 공기의 온도가 낮고, 기동 전의 상기 제2배터리의 온도가 적절한 동작 온도에 도달하지 않았으면, 상기 제2배터리가 고온의 공기에 의해 따뜻해질 수 있다.
상기 액체 냉매에 의해 상기 제1배터리를 효율적으로 냉각시키기 위해서는, 상기 제1배터리가 워터 재킷을 구비하고, 상술된 순환로가 상기 워터 재킷을 통해 연장되는 구성을 채택하는 것이 적절하다. 나아가, 예비 탱크가 상기 워터 재킷과 일체형으로 제공되고, 상기 예비 탱크가 상술된 순환로를 통해 연장되는 것이 바람직하다. 상기 예비 탱크는, 상기 액체 냉매가 일시적으로 모이게 되는 탱크이다. 또한, 상기 예비 탱크를 상기 워터 재킷과 일체형으로 제공하는 작업은, 상기 워트 재킷이 상기 예비 탱크로서의 역할도 하는 경우를 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 각각으로서의 전동차량은 또한 상기 구성 이외에도 하기 구성을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 온도조정기는, 상기 예비 탱크와 접하게 되는 덕트를 구비하여, 공기를 상기 제2배터리로 전달한다. 나아가, 상기 냉각기 내의 상기 액체 냉매의 온도가 소정의 임계 온도를 초과하였다면, 상기 온도조정기는 상기 덕트를 통해 상기 제2배터리에 공기를 보낸다. 이러한 구성은, 상기 액체 냉매의 온도가 높은 경우에, 상기 액체 냉매의 온도가 상기 제2배터리용 온도조정기를 이용하여 낮아질 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 각각으로서의 전동차량에 있어서, 상기 예비 탱크와 상기 제2배터리 사이에 공기 유로가 제공될 수도 있다. 그리고, 상기 온도조정기는, 상기 제2배터리가 동작 중일 때 상기 공기 유로에 공기를 공급하도록 구성되는 것이 적절하다. 더욱 구체적으로는, 상기 온도조정기가, 상기 제2배터리와 상술된 공기 유로(예비 탱크와 제2배터리 사이의 공기 유로) 간의 공기의 공급처를 전환시키는 유로 전환기(flow channel switcher)를 구비하고, 상기 제2배터리가 동작 중에 상술된 공기 유로로서 공기의 공급처를 설정한다. 이러한 구성은, 상기 예비 탱크와 상기 제2배터리 간의 열전달을 저감시킬 수 있게 한다. 이러한 구성은, 상기 제2배터리를 상기 예비 탱크 내의 액체 냉매로부터 열적으로 보호하기에 적합하다.
본 명세서에 개시된 전동차량의 또다른 실시예는, 제1배터리와 제2배터리 뿐만 아니라 인버터, 예비 탱크, 및 순환로를 구비한다. 상기 인버터는, 상기 제1배터리 및 상기 제2배터리 각각의 전력을 교류로 변환시키고, 상기 교류를 주행용 모터에 공급한다. 상기 예비 탱크는, 온도 조정용 액체가 모이게 되는 컨테이너이다. "온도 조정용 액체"는 소위 냉매를 말한다. 상기 순환로는, 상기 제1배터리, 상기 인버터 및 상기 예비 탱크 사이에서 액체를 순환시킨다. 그리고, 본 발명의 실시예들 각각에 있어서, 상기 제2배터리는 공냉식으로 설계되고, 상기 예비 탱크는 상기 제1배터리가 수용되는 케이스와 접하게 되어 있으며, 또한 상기 제2배터리가 수용되는 케이스와도 접하게 된다.
상기 제1배터리(고출력형 배터리)는, 상기 제2배터리(고용량형 배터리)보다도 출력이 높으므로, 많은 양의 열을 발생시키게 된다. 따라서, 액냉식이 제1배터리용으로 채택된다. 이와는 달리, 상기 제2배터리는 상기 제1배터리보다도 적은 양의 열을 발생시키기 때문에, 공냉식이 제2배터리용으로 채택된다. 여기서는, 냉매가 축적되는 예비 탱크가 상기 제1배터리의 케이스와 접하여 유지되고, 상기 제2배터리의 케이스 또한 상기 예비 탱크와 접하여 유지됨으로써, 상기 제1배터리의 온도를 조정하는 효율성이 증대될 수 있고, 상기 제2배터리의 온도를 조정하는 효율성 또한 증대될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이는 상기 제1배터리 및 상기 제2배터리 양자 모두가 상기 예비 탱크 자체와 열을 교환하기 때문이다.
상기 제2배터리는 공냉식으로 설계되고, 상기 예비 탱크에 의하여 사전에 미리 공기의 온도를 조정하는 것이 적절하다. 그러므로, 상술된 전동차량은, 상기 제2배터리에 보내진 공기(외부 공기)가 유동하는 덕트가 상기 예비 탱크와 접하게 되도록 추가로 구성되는 것이 적절하다. 대안적으로는, 상기 덕트가 상기 예비 탱크 내의 액체를 통해 연장되는 것이 적절하다. 상기 제2배터리가 냉각될 때, 외부 공기의 온도가 상기 예비 탱크 내의 액체의 온도보다도 높다면, 상기 예비 탱크 내의 액체에 의하여 냉각된 후 외부 공기가 상기 제2배터리를 통과한다. 대안적으로는, 상기 제2배터리가 추운 지역 등에서 예열되는 경우, 상기 예비 탱크 내의 액체의 온도가 외부 공기의 온도보다도 높다면, 상기 예비 탱크 내의 액체에 의하여 사전에 미리 외부 공기가 따뜻하게 되어, 상기 제2배터리가 효율적으로 따뜻해질 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시예들의 상세와 그 추가적인 개선점들을 후술하기로 한다.
하기 설명에 있어서, "전동차량"은 모터 및 엔진 양자 모두를 구비하는 하이브리드 자동차, 및 연료전지동력차량을 포함한다. 우선, 본 발명의 실시예들 각각에 따른 전동차량의 전력 시스템을 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전동차량(2)의 전력 시스템을 도시한 시스템 도면이다. 상기 전동차량(2)은, 주행용 모터에 전력을 공급하는 2개의 배터리(제1배터리(4)과 제2배터리(3))를 구비한다. 상기 제1배터리(4)는, 상기 제2배터리(3)보다도 출력 전압이 높고, 상기 제2배터리(3)보다도 용량(최대 충전 전력)이 작다. 다시 말해, 상기 제2배터리(3)는, 상기 제1배터리(4)보다도 출력 전압이 낮고, 상기 제1배터리(4)보다도 용량(최대 충전 전력)이 크다. 고용량형 제2배터리(3)는, 시스템 메인 릴레이(5)를 통해 전압 컨버터(6)에 접속되어 있다. 상기 전압 컨버터(6)의 출력측은 인버터(7)에 접속되어 있다. 또한, 고출력형 제1배터리(4)는, 릴레이(8)를 통해 상기 인버터(7)에 접속되어 있다. 상기 제2배터리(3)는 상기 제1배터리(4)보다도 출력 전압이 낮다. 그러므로, 상기 전압 컨버터(6)는, 상기 제2배터리(3)의 출력 전압을 증가시키므로, 상기 제2배터리(3)의 출력 전압이 상기 제1배터리(4)의 출력 전압과 일치하게 된다.
첨언하면, 보다 엄밀히 말해서, 이는 상기 고출력형 배터리(제1배터리(4))가 상기 고용량형 배터리(제2배터리(3))보다도 출력 밀도가 높고, 상기 고용량형 배터리가 상기 고출력형 배터리보다도 에너지 밀도가 높다는 것을 의미한다. 여기서, 상기 출력 밀도는 배터리의 단위무게당 출력 (W/kg)으로 표현되고, 상기 에너지 밀도는 배터리의 단위무게당 전력 (Wh/kg)으로 표현된다는 점에 유의해야 한다. 하지만, 본 명세서는 간단히 고용량형 배터리가 고출력형 배터리보다도 출력이 작고 용량이 크다(충전을 위한 최대 전력이 큰)고 표현하고 있다.
상기 인버터(7)는, 상기 제1배터리(4) 및/또는 상기 제2배터리(3)의 직류 전력을 교류로 변환하고, 상기 교류를 주행용 모터(9)에 출력한다. 컨트롤러(10)가 상황에 따라 상기 시스템 메인 릴레이(5) 및 상기 릴레이(8)를 개폐하고, 상기 인버터(7)에 전력을 공급하는 배터리를 선정한다. 구체적으로, 상기 컨트롤러(10)는, 액셀러레이터 개도 센서(도시되지 않음)나 차속 센서(도시되지 않음) 등의 센서 데이터로부터 상기 모터(9)의 목표 출력을 산출하고, 상기 목표 출력이 소정의 임계 출력보다도 높은 경우에 상기 시스템 메인 릴레이(5) 및 상기 릴레이(8)를 폐쇄시킨다. 즉, 상기 컨트롤러(10)는, 2개의 배터리들로 하여금 상기 인버터(7)에 전력을 공급시킨다. 또한, 상기 컨트롤러(10)는, 상기 목표 출력이 상기 임계 출력보다도 낮은 경우, 상기 시스템 메인 릴레이(5)를 폐쇄시키고 상기 릴레이(8)를 개방시킨다. 즉, 고용량형 제2배터리(3)의 전력만이 상기 인버터(7)에 공급된다. 상기 고출력형 제1배터리(4)는, 차량에 가속이 필요할 때에 사용된다. 따라서, 본 발명의 상기 실시예의 경우에, 상기 제1배터리(4)는 상기 제2배터리(3)보다도 사용 빈도가 낮게 된다. 상기 제1배터리(4) 및 상기 제2배터리(3)는, 차속의 감속 에너지를 사용하여 상기 모터(9)에 의한 발전을 통해 충전된다. 또한, 충전기 등이 도시되어 있지는 않지만, 상기 전동차량(2)은, 외부의 전원으로부터 공급된 전력으로 상기 제1배터리(4) 및 상기 제2배터리(3)를 충전할 수도 있다. 상기 "사용 빈도"는, 예를 들면 차량을 정상 주행시켰을 경우에서의 사용 빈도의 크기 뿐만 아니라, 상기 배터리들로부터 출력되는 전력의 합계의 크기도 포함한다. 즉, 차량의 주행 시에 주로 사용되는 배터리로서 제2배터리가 선정될 수도 있고, 차량의 주행 시에 보조적으로 사용되는 배터리로서 제1배터리가 선정될 수도 있다.
도 2는, 제1배터리(4), 제2배터리(3), 모터(9), 및 파워 컨트롤 유닛(PCU)(13)의 온도들을 조정하는 온도 조정 시스템(20)을 도시한 블록도이다. 첨언하면, 상기 파워 컨트롤 유닛(13)은, 도 1에 나타낸 인버터(7), 전압 컨버터(6), 시스템 메인 릴레이(5), 및 릴레이(8)가 수용되는 디바이스이다. 이하, 상기 파워 컨트롤 유닛(13)을 간단히 PCU(13)라 칭한다.
상기 온도 조정 시스템(20)은, 예비 탱크(17), 순환로(16), 전동 펌프(15), 라디에이터(14), 및 팬(fan; 18)로 구성된다. 상기 예비 탱크(17)에는, 모터(9) 및 PCU(13)를 냉각하는 액체가 모여 있다. 상기 액체는, 통상적으로는 LLC(Long Life Coolant)이지만, 물인 경우도 있을 수 있다. 상기 LLC는, 상기 전동 펌프(15)에 의해 상기 예비 탱크(17)로부터 빨아 내어져, 상기 순환로(16)를 통해 유동하고, 상기 제1배터리(4), 라디에이터(14), PCU(13), 모터(9)의 순서대로, 이들 디바이스들과 열교환하여, 상기 예비 탱크(17)로 되돌아간다.
상기 예비 탱크(17)를 나온 LLC는, 상기 제1배터리(4)가 수용되는 배터리 케이스(22)의 내부를 통해 유동한다. 상기 순환로(16)에서는, 상기 배터리 케이스(22)의 내부가 열교환기로서의 역할을 하고, 여기에서 상기 LLC가 상기 제1배터리(4)와 열교환한다. 상기 제1배터리(4)의 온도가 상기 LLC의 온도보다도 높은 경우에는, 상기 제1배터리(4)가 상기 LLC에 의해 냉각된다. 상기 제1배터리(4)의 온도가 상기 LLC의 온도보다도 낮은 경우에는, 상기 제1배터리(4)가 상기 LLC에 의해 따뜻하게 된다. 예를 들면, 추운 지역 등에서 상기 제1배터리(4)가 사용되는 경우(특히, 제1배터리(4)가 출력 정지 상태로부터 사용되기 시작하는 경우), 상기 제1배터리(4)의 온도가 적정 온도보다도 낮다면, 상기 LLC에 의하여 상기 제1배터리(4)가 따뜻하게 됨으로써, 상기 제1배터리(4)의 저온으로 인한 효율의 저하를 방지할 수 있게 된다. 지금까지 기술한 바와 같이, 상기 온도 조정 시스템(20)에서는, 상기 제1배터리(4)를 위하여 액냉식이 채용된다.
상기 배터리 케이스(22)를 통과한 LLC는, 상기 전동 펌프(15)에 의해 압송(force-fed)되어, 상기 라디에이터(14)에 이른다. 상기 라디에이터에 의해 냉각된 후, 상기 LLC는 상기 PCU(13)를 냉각시킨 다음(즉, 인버터(7)를 냉각하고), 상기 모터(9)를 냉각시킨다. 상기 LLC는 상기 PCU(13) 및 상기 모터(9)로부터 열을 흡수하고, 상기 예비 탱크(17)로 되돌아간다. 즉, 상기 예비 탱크(17)에 축적되는 LLC는, 상응한 열량(PCU(13) 및 모터(9)로부터 흡수된 열량)을 가지고 있다. 상기 열량을 가지는 예비 탱크(17)의 LLC는 우선 상기 제1배터리(4)를 통과한다. 그러므로, 추운 지역 등에 있어서 상기 제1배터리(4)가 따뜻하게 될 수 있다.
첨언하면, 통상 주행 시에는, 온도 조정 컨트롤러(도시되지 않음)가, 상기 모터(9) 및 상기 PCU(13)의 온도들에 따라 상기 전동 펌프(15)의 출력을 조정한다. 구체적으로는, 상기 모터(9) 또는 상기 PCU(13)의 온도가 올라감에 따라, 상기 전동 펌프(15)의 출력이 상승하고, 상기 순환로(16)를 통해 유동하는 LLC의 단위시간당 유량이 증가하며, 냉각 능력이 향상된다.
상기 고용량형 제2배터리(3)는, 상기 고출력형 제1배터리(4)와 비교하면 출력 전압이 낮고, 이에 따라 제1배터리(4)만큼 발열량이 크진 않다. 따라서, 전동차량(2)에서는, 고용량형 제2배터리(3)에 대하여 공냉식을 채용한다. 상기 제2배터리(3)의 배터리 케이스(21) 안으로는 상기 팬(18)에 의해 외부 공기(공기)가 보내진다.
상기 온도 조정 시스템(20)에 있어서, 상기 제2배터리(3)는 공냉식으로 설계되지만, 상기 제2배터리(3)가 수용되는 배터리 케이스(21) 및 상기 제1배터리(4)가 수용되는 배터리 케이스(22) 양자 모두가 상기 예비 탱크(17)에 접하고 있다. 따라서, 상기 배터리 케이스(21, 22) 양자 모두는 상기 예비 탱크(17)(그 내부의 LLC)와 열교환한다. 또한, 상술된 바와 같이, 상기 예비 탱크(17)에는 상기 모터(9) 및 상기 PCU(13)의 열을 흡수한 LLC가 축적된다. 그러므로, 상기 온도 조정 시스템(20)이, 상기 예비 탱크 내의 LLC의 열을 통해 상기 제1배터리(4) 또는 상기 제2배터리(3)를 따뜻하게 할 수 있으므로, 특히 추운 지역에 있어서 배터리의 저온화를 방지하는 데도 적합하게 된다. 예를 들면, 주행 중, 상기 제2배터리(3)가 이용되지만 상기 제1배터리(4)는 이용되지 않고 있을 경우(제2배터리(3)의 전력이 인버터(7)에 공급되지만 제1배터리(4)의 전력은 인버터(7)에 공급되지 않고 있을 경우), 상기 모터(9)의 열과 상기 PCU(13)의 열은 상기 LLC에 의해 상기 예비 탱크(17) 안으로 저장된다. 이와 동시에, 상기 제2배터리(3)가 이용되므로 발열하지만, 상기 열은, 상기 배터리 케이스(21) 및 상기 예비 탱크(17) 간의 직접 접촉으로 의한 열교환을 통해 상기 예비 탱크(17) 내의 LLC로 전달된다. 그 결과, 상기 모터(9), PCU(13) 및 제2배터리(3)의 열이, 상기 배터리 케이스(21)를 통해 상기 제1배터리(4)에 전달되어, 상기 제1배터리(4)를 따뜻하게 할 수 있다.
마찬가지로, 주행 중, 상기 제1배터리(4)는 이용되지만 상기 제2배터리(3)는 이용되지 않고 있을 경우, 상기 배터리 케이스(21, 22)와 예비 탱크(17)를 통해, 상기 모터(9), PCU(13) 및 제1배터리(4)의 열이 상기 제2배터리(3)에 전달되고, 정지하고 있는 제2배터리(3)를 따뜻하게 할 수 있다. 상기의 구조 덕분에, 상기 전동차량(2)은, 특히 추운 지역에 있어서, 정지하고 있는 배터리가 저온에 이르게 되어, 다음 이용 기회를 위한 효율이 저하해 버리는 것을 방지한다. 또한, 전날의 주행으로 인하여, 상기 예비 탱크(17) 내의 LLC에 상기 모터(9)와 상기 PCU(13)의 열이 남아있을 경우도 있다. 예를 들면, 추운 아침에 차량을 기동할 때, 상기 LLC의 잔열에 의해 상기 제1배터리(4) 또는 상기 제2배터리(3)를 따뜻하게 할 수 있다. 따라서, 저온화에 의한 배터리 출력 저하가 방지되어, 차량을 용이하게 시동할 수 있게 된다.
도 2에 나타낸 온도 조정 시스템(20)에 있어서, 상기 제2배터리(3)의 온도는 상기 팬(18)에 의해 전달되는 외부 공기로 조정된다. 상기 예비 탱크(17)에는 LLC를 사용하여 전달되는 외부 공기의 온도를 변화시키고, 상기 제2배터리(3)의 온도를 조정하는 것도 바람직하다. 도 3을 참조하여 변형예에 따른 온도 조정 시스템(20a)을 설명하기로 한다. 또한, 도 3에서는, 도 2에 나타낸 부품과 같은 부품에는 각각 같은 부호를 부여한다는 점에 유의해야 한다.
상기 온도 조정 시스템(20a)은, 상기 제2배터리(3)의 주변 구조가 상술된 온도 조정 시스템(20)과 상이하다. 외부 공기는 상기 팬(18)에 의해 에어덕트(31)에 보내진다. 상기 에어덕트(31)의 일부는, 상기 예비 탱크(17)의 외측면에 접하고 있고, 다른 부분은 상기 예비 탱크(17)의 내부에서 액체 내를 지나가고 있다. 상기 에어덕트(31)의 타단부는, 상기 배터리 케이스(21)에서 개방되어 있다. 이러한 구조에 의해, 외부 공기는 상기 제2배터리(3)와 열교환하기 전에 상기 예비 탱크(17)(예비 탱크(17) 내부의 LLC)와 열교환한다. 상기 LLC의 온도가 외부 공기의 온도보다도 높다면, 외부 공기는 상기 LLC에 의해 따뜻해지고, 상기 제2배터리(3)의 주위를 통과하고, 상기 제2배터리(3)를 효과적으로 따뜻하게 한다. 상기 LLC의 온도가 외부 공기의 온도보다도 낮은 경우에는, 외부 공기가 상기 LLC에 의해 냉각되고, 상기 제2배터리(3)의 주위를 통과하고, 상기 제2배터리(3)를 효과적으로 냉각한다. 도 3의 온도 조정 시스템(20a)에 있어서, 상기 제2배터리(3)는, 상기 배터리 케이스(21)와 상기 예비 탱크(17) 간의 접촉을 통해 열교환하는 동시에, 상기 예비 탱크 내의 LLC와 열교환 및 외부 공기에 의해서도 열교환한다. 도 3에 나타낸 온도 조정 시스템을 탑재한 전동차량은, 2종류의 배터리들의 온도를 효율적으로 조정할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 전동차량을 설명하기로 한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 전동차량은, 주행용 모터 및 엔진을 구비하는 하이브리드 자동차이다. 도 4는 하이브리드 자동차(2a)의 구동 시스템을 도시한 시스템 도면이다. 우선, 모터(9) 및 엔진(52)의 구성을 설명하기로 한다. 상기 모터(9) 및 상기 엔진(52)의 출력 샤프트들은, 동력분배기구(motive power distribution mechanism; 51)에 결합되어 있다. 상기 동력분배기구(51)의 출력 샤프트는, 차동 기어(53)를 통해서 차륜(54)에 결합되어 있다. 구체적으로, 상기 동력분배기구(51)는 유성 기어(planetary gear)로 구성되어 있다. 상기 유성 기어의 썬 기어(sun gear)가 상기 모터(9)의 출력 샤프트에 결합되어 있고, 상기 유성 기어의 캐리어(피니언 기어)가 상기 엔진(52)의 출력 샤프트에 접속되어 있으며, 상기 유성 기어의 링 기어는 상기 차동 기어(53)를 통해 상기 차륜(54)에 결합되어 있다. 상기 동력분배기구(51)는, 상기 모터(9)의 출력 토크와 상기 엔진(52)의 출력 토크를 서로 합성하여, 그 결과 토크를 상기 차륜(54)에 전달한다. 대안적으로는, 상기 동력분배기구(51)가 상기 엔진(52)의 출력 토크를 상기 모터(9) 및 상기 차륜(54)에 분배한다. 전자의 경우에는, 상기 엔진(52) 및 상기 모터(9) 쌍방의 출력 토크가 상기 차륜(54)에 전달되어, 높은 토크가 얻어진다. 후자의 경우에는, 차량이 주행하면서 상기 모터(9)에 의해 발전될 수 있다. 상기 모터(9)에 의해 발전된 교류 전력은, 상기 인버터(7)에 의해 직류 전력으로 변환되어, 상기 직류 전력이 상기 배터리(40) 또는 배터리(30)의 충전에 사용된다.
상기 하이브리드 자동차(2a)의 전력 시스템은, 고용량형 제1배터리(40) 및 고출력형 제2배터리(30)를 구비한다. 상기 제1배터리(40)는, 상기 시스템 메인 릴레이(5)을 통해 상기 전압 컨버터(6)에 접속되고, 상기 전압 컨버터(6)의 출력측에는 상기 인버터(7)가 접속되어 있다. 상기 인버터(7)의 입력측에는, 상기 릴레이(8)를 통해 상기 제2배터리(30)가 접속되어 있다. 도 4에서, 도 1의 도면에 도시된 것과 동일한 부품들은 각각 동일한 참조 부호들로 표시되어 있다. 즉, 상기 시스템 메인 릴레이(5), 전압 컨버터(6), 인버터(7), 릴레이(8), 모터(9), 컨트롤러(10)는, 본 발명의 제2실시예와 본 발명의 제1실시예 간에 공통이다. 하지만, 상기 컨트롤러(10)에 저장되어 있는 프로그램은, 본 발명의 제1실시예에 따른 컨트롤러(10)에 저장된 프로그램과 상이하다.
상기 하이브리드 자동차(2a)에 있어서, 통상 주행 시에는 상기 엔진(52) 또는 상기 모터(9)가 사용된다. 그리고, 통상 주행 시에는, 상기 제1배터리(40)의 전력만으로 상기 모터(9)가 구동된다. 상기 모터(9)에 큰 토크 출력이 요청되는 경우, 상기 제1배터리(40)의 전력 이외에도 상기 제2배터리(30)의 전력이 사용된다. 상기 모터(9)에 큰 토크가 요청되는 통상적인 경우에는, 운전자가 액셀러레이터를 밟아, 상기 액셀러레이터 개도가 단시간에 급격하게 커졌다. 상기 액셀러레이터 개도가 급격하게 커졌을 경우에는, 운전자가 가속을 원한다. 이 경우, 상기 모터(9)의 출력 토크가 증대된다. 이는 소위 킥-다운(kick-down)에 상당한다. 또한, 상기 제2배터리(30)의 전력은, 상기 엔진(52)을 시동할 때, 상기 모터(9)가 스타터로서 사용될 경우에 이용된다. 이렇게, 통상 주행 시에는 상기 제1배터리(40)가 사용되고, 상기 제2배터리(30)는 특정한 상황에서만 사용된다. 요약하자면, 상기 제2배터리(30)는 상기 제1배터리(40)보다도 사용 빈도가 낮다.
도 5는 하이브리드 자동차(2a)가 구비하는 온도 조정 시스템(20a)의 블록도들을 포함한다. 도 5에서도, 본 발명의 제1실시예에 따른 전동차량(2)에 속하는 것과 동일한 부품들에는 각각 동일한 참조 부호들이 부여되어 있다. 도 5a는 온도 조정기(71)에 의해 흡인된 공기가 제2배터리(30)의 배터리 케이스(121)에 보내지는 모습을 나타내고 있다. 도 5b는 온도 조정기(71)에 의해 흡인된 공기가 유닛간 덕트(63)에 보내지는 모습을 나타내고 있다. 상기 온도 조정기(71), 상기 유닛간 덕트(63) 등은 추후 설명하기로 한다.
상기 온도 조정 시스템(20a)은, 상기 제1배터리(40)를 냉각하는 액냉식 냉각기(70), 및 상기 제2배터리(30)의 온도를 조정하는 공냉식 온도 조정기(71)로 구성된다. 상기 냉각기(70)는, 예비 탱크(117), 순환로(16), 전동 펌프(15), 라디에이터(14)로 구성되어 있다. 상기 순환로(16)는, 상기 제1배터리(40)의 배터리 케이스(22)의 내부를 통해 연장되어, 상기 제1배터리(40)를 냉각한다. 냉매로는 물(냉각수)이 사용된다. 즉, 상기 제1배터리(40)는 냉각수에 의해 냉각된다. 또한, 상기 순환로(16)에는, 상기 모터(9) 이외에도 상기 PCU(13)가 접속되어 있다. 즉, 상기 냉각기(70)는, 상기 제1배터리(40) 이외에도, 상기 PCU(13), 상기 모터(9) 등의 유닛(냉각 대상 유닛)들을 냉각한다. 상기 냉각기(70)는 기본적으로 본 발명의 제1실시예에 따른 온도 조정 시스템(20)에 속하는 냉각기와 동일한 구성을 가진다. 첨언하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 온도 조정 시스템(20)의 경우에서와 같이, 상기 예비 탱크(117)는 상기 제1배터리(40)의 배터리 케이스(22)에 접하고 있다. 이에 따라, 상기 제1배터리(40)의 온도가 냉각수의 온도보다도 높은 경우, 상기 예비 탱크(117)의 하우징을 통해 상기 탱크 내의 냉각수가 상기 제1배터리(40)의 열을 빼앗게 된다. 상기 배터리 케이스(22)에 접하고 있는 예비 탱크(117)는 소위 워터 재킷의 역할을 한다. 상기 순환로(16)는, 워터 재킷의 역할을 하는 예비 탱크(117)를 통해 연장되어 있다.
상기 온도 조정기(71)는, 팬(18), 에어 도입 덕트(61), 유닛간 덕트(63), 및 유로 전환기(62)로 구성된다. 상기 팬(18)은, 외부 공기를 상기 제2배터리(30)의 배터리 케이스(121) 또는 유닛간 덕트(63)에 보낸다. 상기 팬(18)에 의해 도입된 공기는, 상기 에어 도입 덕트(61)을 통과하여, 상기 유로 전환기(62)에 보내진다. 상기 유로 전환기(62)는, 상기 도입된 공기의 공급처를, 상기 유닛간 덕트(63)와 상기 배터리 케이스(121) 중 어느 하나로 전환한다. 상기 유닛간 덕트(63)는, 상기 예비 탱크(117)와 상기 제2배터리(30)의 배터리 케이스(121) 사이에 배치되어 있다. 상기 유닛간 덕트(63)는 편평한 하우징을 구비하고 있다. 상기 예비 탱크(117)는 상기 유닛간 덕트(63)의 일면에 접하고 있고, 상기 배터리 케이스(121)는 상기 유닛간 덕트(63)의 타면에 접하고 있다. 다시 말해, 상기 예비 탱크(117) 및 상기 배터리 케이스(121)는 상기 유닛간 덕트(63)를 통해 서로 결합되어 있다.
도 6은 유닛간 덕트(63)의 단면을 도시한 단면도이다. 도 6의 단면은, 상기 예비 탱크(117) 및 상기 배터리 케이스(121)의 대향면에 평행한 단면의 도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 상기 유닛간 덕트(63)의 내부에는, 지그재그로 굴곡되어 있는 복수의 공기 유로(64)가 형성되어 있다. 즉, 상기 예비 탱크(117) 및 상기 배터리 케이스(121) 사이에 복수의 공기 유로(64)가 배치되어 있다. 상기 유닛간 덕트(63)에 공기가 공급되면, 복수의 공기 유로(64)를 통과하는 공기의 단열 효과로 인하여, 상기 예비 탱크(117) 및 상기 배터리 케이스(121) 사이의 열전달율이 낮아질 수 있다.
도 5a는 유로 전환기(62)가 상기 흡인된 공기의 공급처를 상기 유닛간 덕트(63)로서 설정한 상황을 나타내는 도면이다. 도 5b는 상기 유로 전환기(62)가 상기 흡인된 공기의 공급처를 상기 제2배터리(30)의 배터리 케이스(121)로서 설정한 상황을 나타내는 도면이다. 상기 흡인된 공기의 공급처로서 상기 배터리 케이스(121)가 설정된 경우, 상기 흡인된 공기는 상기 제2배터리(30)의 온도를 조정한다. 또한, 이 때, 상기 유닛간 덕트(63)에는 공기가 공급되지 않으므로, 상기 예비 탱크(117)와 상기 배터리 케이스(121) 사이의 단열성이 저하되고, 열전달율이 상승한다. 그러므로, 상기 예비 탱크(117)의 열이 상기 배터리 케이스(121)에 전달되어, 그곳으로부터 공기에 전달된다. 즉, 상기 온도 조정기(71)에 의해 흡인된 공기에 의해 상기 예비 탱크(117)에 축적된 냉각수가 냉각된다.
상기 온도 조정기(71)에 있어서, 상기 팬(18)에 의해 흡인된 공기를 상기 유로 전환기(62)까지 유도하는 상기 에어 도입 덕트(61) 또한 상기 예비 탱크(117)에 접하고 있다. 그러므로, 상기 예비 탱크(117) 내의 냉각수와 상기 흡인된 공기 사이에서 열교환이 행하여진다. 상기 에어 도입 덕트(61)는 열교환기로서의 역할을 한다. 상기 도입된 공기의 온도가 냉각수의 온도보다도 높은 경우에는, 상기 도입된 공기가 냉각수에 의해 냉각된다. 이와는 반대로, 상기 도입된 공기의 온도가 냉각수의 온도보다도 낮은 경우에는, 상기 도입된 공기가 냉각수에 의해 따뜻하게 될 수 있다. 후자의 경우에는, 외부 공기보다도 따뜻한 공기가 상기 제2배터리(30)에 공급된다. 후자의 경우는, 외부 공기의 온도가 낮고, 상기 제2배터리(30)의 온도가 적정한 동작 온도 범위를 하회하고 있는 경우에 유효하다.
도 7은 냉각기(70) 및 온도 조정기(71)를 포함하는 온도 조정 시스템(20a)의 컨트롤러(도시되지 않음)에 의해 실행되는 온도 조정 처리를 도시한 플로우차트이다. 도 7을 참조하여 상기 컨트롤러가 실행하는 온도 조정 처리를 설명하기로 한다. 도 7의 처리는 정기 주기(예를 들면, 10 밀리초 정도의 제어 주기)로 반복해서 실행된다.
우선, 상기 컨트롤러는, 냉각수의 온도를 취득하는 동시에, 상기 제2배터리(30)의 상태를 모니터링한다(S2). 상기 냉각수의 온도는, 상기 순환로(16)에 장착된 온도센서(도시되지 않음)에 의해 측정된다. 또한, 상기 제2배터리(30)의 상태는, 상기 제2배터리(30)가 동작 중인 지의 여부(즉, 상기 제2배터리(30)의 전력이 사용 중인 지의 여부)에 관한 판정이다.
이어서, 상기 컨트롤러는, 냉각수의 온도가 사전에 미리 정해져 있는 임계 온도 T1을 초과하였는 지의 여부를 판단한다(S3). 이러한 임계 온도 T1은, 현재 시각에서의 외부 공기 온도에 대응하는 방식으로 사전에 미리 정해져 있다. 상기 냉각수의 온도가 임계 온도 T1을 초과한 경우, 즉 상기 냉각수의 온도가 외부 공기 온도(임계 온도 T1)보다도 높은 경우(S3: YES), 상기 컨트롤러는 상기 온도 조정기(71)의 팬(18)을 작동시킨다(S4). 그 후, 상기 팬(18)이 외부 공기를 흡인한다. 상기 흡인된 공기는 상기 에어 도입 덕트(61)를 통과한다. 상기 예비 탱크(117)에 접하고 있는 상기 에어 도입 덕트(61)에 있어서, 상기 도입된 공기가 상기 예비 탱크(117)의 냉각수로부터 열을 빼앗으므로, 상기 냉각수의 온도를 낮추게 된다. 이렇게 해서, 상기 냉각수의 온도가 높은 경우(S3: YES), 본래는 상기 제2배터리(30)의 온도를 조정하기 위해 설계된 온도 조정기(71)가 상기 냉각기(70)를 보조하는 데 사용된다.
단계 S3의 판단 결과가 NO인 경우에는, 상기 컨트롤러가 아무 것도 하지 않고 도 7의 처리를 중지한다. 첨언하면, 이 경우, 상기 컨트롤러는, 상기 냉각수의 온도와 상기 제1배터리(40)의 온도에 의거하여, 상기 순환로(16)에 유동시킬 냉각수의 유량을 특정하고, 상기 유량을 실현하는 방식으로 상기 전동 펌프(15)를 제어한다.
단계 S4의 처리에 이어서, 상기 컨트롤러는 상기 제2배터리(30)가 동작 중인 지의 여부를 판단한다(S5). 이러한 판단은, 상술한 단계 S2에서 모니터링된 상기 제2배터리(30)의 상태에 의거하여 행하여진다. 상기 제2배터리(30)가 동작 중이면, 상기 컨트롤러는 상기 유로 전환기(62)를 제어하고, 상기 팬(18)에 의해 도입된 공기를 상기 유닛간 덕트(63)에 유도한다(S5: YES, S6). 먼저 설명한 것과 같이, 단계 S3에서의 판단 결과가 YES인 경우에는, 상기 냉각수의 온도가 외부 공기 온도보다도 높다. 그러므로, 상기 예비 탱크(117)에 축적된 냉각수의 열이 상기 제2배터리(30)에 도달한다면, 상기 제2배터리(30)의 온도가 상승한다. 따라서, 상기 제2배터리(30)의 동작 시, 상기 유닛간 덕트(63)에 공기를 공급하고, 상기 예비 탱크(117)와 상기 배터리 케이스(121) 간의 열전달율이 낮아지게 된다. 또한, 이 때, 상기 예비 탱크(117) 내의 냉각수의 열은, 상기 유닛간 덕트(63)를 통과하는 공기에 의해 흡수된다. 그러므로, 상기 예비 탱크(117) 내의 냉각수의 온도가 떨어지게 된다.
다른 한편으로, 상기 제2배터리(30)가 동작 중이 아닌 경우, 상기 컨트롤러는 상기 유로 전환기(62)를 제어하고, 상기 팬(18)에 의해 도입된 공기를 상기 제2배터리(30)(배터리 케이스(121)) 안으로 유도한다(S5: NO, S7). 상기 예비 탱크(117) 내의 냉각수의 열은, 상기 제2배터리(30)의 배터리 케이스(121)에 전달되지만, 상기 배터리 케이스(121)의 내부를 통과하는 공기에 의해 외부로 이송된다. 상기 배터리 케이스(121)의 내부를 통과하는 공기는, 상기 제2배터리(30) 자체의 열을 외부에 이송하며, 상기 예비 탱크(117)로부터 받은 열 또한 외부로 이송한다. 첨언하면, 이 때, 동작 중이 아닌 제2배터리(30)는, 상기 예비 탱크(117)로부터 전달되는 열을 흡수하는 흡열재로서의 역할을 한다.
상기한 점 이외에, 상기 온도 조정 시스템(20a)은 본 발명의 제1실시예에 따른 온도 조정 시스템(20)과 같다. 즉, 상기 온도 조정 시스템(20a)은, 상기 상황들에 따라 상기 전동 펌프(15)를 제어하여, 순환하는 냉각수의 유량을 조정한다. 또한, 상기 상황들에 따라 상기 팬(18)을 제어하고, 상기 배터리 케이스(121) 또는 상기 유닛간 덕트(63)에 공급되는 공기의 유량을 조정한다.
(제3실시예) 다음으로, 본 발명의 제3실시예에 따른 전동차량을 설명하기로 한다. 본 발명의 제3실시예에 따른 전동차량은, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 자동차(2a)와 구동 시스템에 있어서 동일하다. 즉, 본 발명의 제3실시예에 따른 전동차량은, 고용량형 제1배터리(40) 및 고출력형 제2배터리(30)를 구비하고 있다. 또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 전동차량은 예비 탱크(217)를 구비하고 있다. 외부 공기(공기)는 상기 팬(18)에 의하여 상기 제2배터리(30)의 배터리 케이스(221)에 전달된다. 통상 주행 시에는, 상기 제1배터리(40)의 전력만으로 상기 모터(9)가 구동된다. 상기 모터(9)에 높은 토크가 요청되는 경우, 상기 제2배터리(30)의 전력이 이용된다. 상기 제2배터리(30)는 상기 제1배터리(40)보다도 사용 빈도가 낮다.
본 발명의 제3실시예에 따른 전동차량이 구비하는 온도 조정 시스템(20c)의 블록도를 나타낸다. 이러한 온도 조정 시스템(20c)은, 상기 제1배터리(40), 모터(9), PCU(13)를 액체 냉매로서 냉각액에 의해 냉각하는 냉각기(70), 및 상기 제2배터리(30)를 공냉식으로 온도 조정하는 온도 조정기(271)를 구비하고 있다. 상기 온도 조정기(271)는, 상기 팬(18) 및 상기 에어 도입 덕트(261)를 구비하고 있다. 본 발명의 제3실시예에 따른 전동차량은, 상기 냉각기(70)와 상기 온도 조정기(271)가 서로 독립적이라는 점에서, 본 발명의 제2실시예에 따른 전동차량(하이브리드 자동차(2a))과 상이하다. 구체적으로는, 본 발명의 제2실시예와 달리, 상기 제2배터리(30)의 배터리 케이스(221)와 상기 예비 탱크(217) 사이에 유닛간 덕트가 배치되지 않는다. 또한, 본 발명의 제2실시예와는 달리, 상기 온도 조정기(271)에 있어서, 상기 팬(18)에 의해 흡인된 공기를 상기 배터리 케이스(221) 안으로 유도하는 상기 에어 도입 덕트(261)가 상기 예비 탱크(217)에 접하고 있지 않다. 본 발명의 제3실시예에 따른 전동차량은, 사용 빈도가 높은 상기 제1배터리(40)를 액체 냉매에 의해 냉각하고, 사용 빈도가 상기 제1배터리(40) 만큼 높지 않은 상기 제2배터리(30)를 공기에 의해 냉각(온도 조정)한다. 본 발명의 제3실시예에 따른 전동차량은, 그 사용 빈도에 따라 배터리들을 냉각하므로, 효율이 좋게 된다.
본 발명의 각 실시예들에 설명한 기술에 관한 유의점들을 설명하기로 한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 전동차량에 있어서, 상기 예비 탱크(17)는, 상기 제1배터리(4)를 수용하는 배터리 케이스(22), 및 상기 제2배터리(3)를 수용하는 배터리 케이스(21)에 접하고 있어, 그들 케이스들의 온도를 조정한다. 유동하는 액체가 LLC 등의 액체인 경우에는, 상기 예비 탱크(17)가, 상기 액체가 통과하는 내부를 통하여, 접촉에 의해 대상물과 열교환하므로, 소위 워터 재킷의 기능을 갖는 것으로 간주될 수도 있다.
상기 제1배터리는 고출력형 또는 고용량형 중 어느 것으로도 설계될 수 있다. 상기 제1배터리보다도 사용 빈도가 낮은 제2배터리 또한 고출력형 또는 고용량형 중 어느 것으로도 설계될 수 있다. 본 발명은, 타입이 다른 배터리, 즉 고용량형 배터리와 고출력형 배터리를 구비한 전동차량에 바람직한 기술이다.
상기 유닛간 덕트(63)는, 상기 예비 탱크(117)와 상기 제2배터리(30) 사이에 설치되어 있는 공기 유로의 일례에 상당한다.
상기 제2배터리(3(30))의 온도는 기본적으로 기체(공기)에 의해 조정된다. 그러나, 상기 제2배터리(3(30))의 케이스(21(121))는, 상기 예비 탱크(17(117))에 맞닿고 있어, 상기 제2배터리(3(30))의 온도는 상기 예비 탱크(17(117))에 저장되는 LLC(냉각수)의 영향을 받는다. 다시 말해, 상기 제2배터리(3(30))의 온도는 기본적으로 기체에 의해 조정되지만, 상기 액체 냉매의 온도의 영향을 받는다는 점에 유의해야 한다. 나아가, 다시 말해, 상기 제2배터리(3(30))의 온도는 기본적으로 기체에 의해 조정되지만, 상기 액체 냉매에 의해 보조적으로 상기 온도가 조정된다.
본 발명의 실시예들 각각에 따른 전동차량은 주행용 모터를 하나 구비한 차량이다. 본 명세서에 개시된 기술은, 주행용 모터 및 엔진 양자 모두를 구비하는 하이브리드 자동차에 적용하는 것도 바람직하다. 또한, 본 명세서에 개시된 기술은 제1배터리 및 제2배터리 중 적어도 하나가 연료 전지인 차량에 적용하는 것도 바람직하다.
본 발명의 제1실시예에 있어서, 상기 고출력형의 제1배터리(4)와 상기 고용량형의 제2배터리(3)는, 전형적으로 리튬-이온 배터리나 니켈 카드뮴 배터리이지만, 연료 전지 등의 다른 종류의 배터리일 수도 있다. 상기 고출력형의 제1배터리(4)는 커패시터일 수도 있다.
본 명세서에 있어서는, 배터리가 "정지되어 있다"라는 표현을 몇 차례 사용하였다. 본 명세서에 있어서, 배터리가 "정지되고 있는" 상태란, 배터리의 전력이 사용되고 있지 않는 상태 뿐만 아니라, 예를 들면 상기 릴레이(8)가 개방된 상태도 포함한다는 점에 유의해야 한다.
지금까지 본 발명의 구체예들을 상세하게 설명하였다. 하지만, 이들 구체예들은 단지 예시에 지나지 않고, 본 발명을 한정하는 것도 아니다. 본 발명은 상기 예시화된 구체예들의 각종 변형예 및 변경예들을 포괄하고 있다. 상세한 설명 또는 도면들에 기재된 기술적 요소들은, 단독으로 또는 각종 조합들로 기술적 유용성을 제공할 수도 있다. 또한, 상세한 설명이나 도면들에 예시화된 기술은 복수의 목적을 동시에 달성할 수도 있고, 상기 목적 중 하나를 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 가진다.

Claims (15)

  1. 전동차량(2, 2a)으로서,
    주행용 모터(9);
    상기 모터에 전력을 공급하도록 구성되어 있고, 제1용량과 제1출력을 갖는 제1배터리(4, 40);
    상기 모터에 전력을 공급하도록 구성되어 있고, 제2용량과 제2출력을 갖는 제2배터리(3, 30);
    상기 제1배터리를 냉각하는 액냉식 냉각기; 및
    기체를 열매체로서 사용하여 상기 제2배터리의 온도를 조정하도록 구성되어 있는 온도 조정기를 포함하여 이루어지고,
    상기 제2용량은 상기 제1용량과 상이하고, 상기 제2출력은 상기 제1출력과 상이한 전동차량.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2출력은 상기 제1출력보다 높고,
    상기 제2용량은 상기 제1용량보다 작은 전동차량.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2출력은 상기 제1출력보다 낮고,
    상기 제2용량은 상기 제1용량보다 큰 전동차량.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2배터리는, 상기 제1배터리보다도 사용 빈도가 낮게 구성되어 있는 전동차량.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1배터리 및 상기 제1배터리와는 상이한 다른 유닛에 액체 냉매를 순환시키도록 구성되어 있는 순환로(16); 및
    상기 액체 냉매와 상기 온도 조정기가 받아들이는 공기 사이에서 열교환하도록 구성되어 있는 열교환기를 더 포함하여 이루어지는 전동차량.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1배터리는 워터 재킷을 구비하고,
    상기 순환로는 상기 워터 재킷을 통해 연장되는 전동차량.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 액체 냉매가 모이는 예비 탱크(17, 117, 217)를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 순환로는 상기 예비 탱크를 통해 연장되며,
    상기 워터 재킷과 상기 예비 탱크가 서로 일체형으로 되어 있는 전동차량.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 온도 조정기(71)는, 상기 예비 탱크에 접하고 있고, 상기 제2배터리(30)에 공기를 보내도록 구성되어 있는 제1덕트(61)를 구비하고,
    상기 온도 조정기는, 상기 액체 냉매의 온도가 미리 정해진 임계 온도를 초과하는 경우, 상기 제1덕트를 통해 공기를 상기 제2배터리(40)에 보내도록 구성되어 있는 전동차량(2a).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 예비 탱크와 상기 제2배터리 사이에 공기 유로(63)가 설치되어 있고,
    상기 온도 조정기는, 상기 제2배터리가 동작하고 있는 경우에 상기 공기 유로에 공기를 공급하도록 구성되어 있으며,
    상기 온도 조정기는, 상기 제2배터리가 정지하고 있는 경우에 상기 제2배터리에 공기를 공급하도록 구성되어 있는 전동차량.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1배터리(4)와 상기 제2배터리(3)의 전력을 교류로 변환하여 상기 교류를 상기 모터에 공급하도록 구성되어 있는 인버터(7);
    온도 조정용 액체를 모아두는 예비 탱크(17); 및
    상기 제1배터리, 상기 인버터, 및 상기 예비 탱크 간에 상기 액체를 순환시키도록 구성되어 있는 순환로(16)를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 예비 탱크는, 상기 제1배터리를 수용하는 제1케이스(22)에 접하고 있으며,
    상기 예비 탱크는, 상기 제2배터리를 수용하는 제2케이스(21)에 접하고 있는 전동차량.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2배터리에 보내지는 공기가 흐르는 제2덕트(31)가 상기 예비 탱크에 접하고 있는 전동차량.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2배터리에 보내지는 공기가 흐르는 제2덕트(31)는, 상기 예비 탱크의 내부를 통해 연장되는 전동차량.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 제2배터리는, 상기 차량이 정상적으로 주행하게 되는 경우, 상기 제1배터리보다도 사용 빈도가 낮게 구성되어 있는 전동차량.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 차량이 정상적으로 주행하게 되는 경우, 상기 제2배터리로부터 출력되는 전력의 합은, 상기 제1배터리로부터 출력되는 전력의 합보다도 작은 전동차량.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 온도 조정기는, 상기 덕트 안으로 도입되는 공기의 공급처를, 상기 공기 유로 또는 상기 제2배터리로 전환하도록 구성되어 있는 유로 전환기(62)를 구비하는 전동차량.
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