KR20160144646A - Apparatus to manage Battery pack of Electronic Vehicle and Heat Exchange Module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 팩을 냉각시키거나 가열시키기 위한 냉각수를 냉각 또는 가열시키는 일체형 열교환 모듈을 구비함으로써 전체적인 비용 및 중량을 저감하는 것은 물론 사용례에 따라서 히팅 기능이 삭제된 기존 물-냉매 판형 열교환기 및 히팅 기능을 추가한 열교환 모듈 중 어느 하나로 이용할 수 있으므로 범용성을 향상시킬 수 있는 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery pack heat-conducting device and a heat exchange module for an electric vehicle, and more particularly, to a heat-exchanging module for cooling and heating a battery pack. The present invention relates to a heat-exchanging module and a heat-exchanging module for a battery pack of an electric vehicle which can improve the versatility because the heat-exchanging module can be used either as a conventional water-refrigerant plate heat exchanger or as a heat- .
전기자동차는 자동차의 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차이다. 전기자동차는 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 공해문제의 심각화, 화석 연료의 고갈 등의 문제가 제기되면서 그 개발이 다시 가속화되고 있다.An electric vehicle is an automobile that derives the drive energy of an automobile from electric energy, not from combustion of fossil fuel like existing automobile. Although electric vehicles have no exhaust gas and have a small noise, they are not practical because of the heavy weight of the battery and the time taken to charge the battery. However, recently, problems such as serious pollution problem and depletion of fossil fuel have been raised The development is accelerating again.
배터리는 다수의 배터리 셀이 집약적으로 설치된 배터리 팩으로 이루어질 수 있다.The battery may be a battery pack in which a plurality of battery cells are intensively installed.
그런데, 배터리 팩은 충전 및 방전이 이루어지면 배터리 셀로부터 열이 발생하고, 발생된 열을 그대로 방치시킬 경우 배터리 셀의 성능이 저하되고 배터리 셀의 수명이 단축될 수 있다. 또한, 배터리 팩은 겨울철과 같은 낮은 온도 하에서는 배터리 소모율이 심하여 짧은 시간에 방전되는 문제점이 있다.However, when the battery pack is charged and discharged, heat is generated from the battery cell, and when the generated heat is left as it is, the performance of the battery cell may be deteriorated and the service life of the battery cell may be shortened. In addition, the battery pack has a problem that the battery is discharged in a short period of time because of a high battery consumption rate at a low temperature such as in winter.
따라서, 전기자동차에는 통상적으로 발열되는 배터리 팩을 냉각시키는 냉각시스템 및 낮은 온도의 배터리 팩을 일정 온도까지 가열시키는 가열시스템이 구비되어 있다.Therefore, electric vehicles generally include a cooling system for cooling a battery pack that generates heat and a heating system for heating a battery pack of a low temperature to a predetermined temperature.
도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치의 시스템도이다.1 is a system diagram of a battery pack thermal management apparatus for an electric vehicle according to the prior art.
종래 기술에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1), 응축기(2), 팽창기(3) 및 증발기(4)를 통하여 냉매가 순환되는 냉매 사이클 회로(5a-5b-5c-5d)와, 순환 펌프(8)에 의하여 배터리 팩(10)을 경유하여 물을 순환시키는 열교환수 순환 회로(12a-12b)를 포함한다.1, a battery pack heat-management apparatus of an electric vehicle according to the related art includes a refrigerant cycle circuit (a refrigerant cycle circuit) in which refrigerant is circulated through a compressor 1, a
여기서, 배터리 팩을 냉각시키기 위한 냉각시스템으로 기능을 하는 경우에는, 냉매 사이클 회로(5a-5b-5c-5d)에서 분기되어 냉매 공급 배관(6)을 통하여 공급된 냉매와, 열교환수 순환 회로(12a-12b)를 순환하는 물이 칠러형 열교환기(7) 내부로 유입되어 열교환되도록 배치되어, 칠러형 열교환기(7)에서 냉각된 물이 배터리 팩(10)으로 유동되어 배터리 팩(10)을 냉각시킨다.Here, when the cooling system functions as a cooling system for cooling the battery pack, the refrigerant branched from the
또한, 배터리 팩을 가열시키기 위한 가열시스템으로 기능을 하는 경우에는, 열교환수 순환 회로(12a)의 일부에 별도로 장착된 히팅부(11)에 의하여 열교환수 순환 회로(12a-12b)를 유동하는 물을 가열한 후 배터리 팩으(8)로 유동시켜 배터리 팩(10)을 가열시킨다.In addition, in the case of functioning as a heating system for heating the battery pack, the water flowing through the heat exchange water circulation circuits (12a-12b) by the heating portion (11) separately mounted in a part of the heat exchange water circulation circuit And then flows to the
그러나, 종래 기술에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치는, 칠러형 열교환기(7)와 히팅부(11)가 별도의 독립된 공간에 설치되는 바 전체적인 배터리 팩의 사이즈를 증대시킴은 물론 중량이 증가하는 문제점을 안고 있다.
However, according to the related art battery pack heat management apparatus of the electric vehicle, since the chiller
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리 팩을 냉각시키거나 가열시키기 위한 냉각수를 냉각 또는 가열시키는 일체형 열교환 모듈을 구비함으로써 전체적인 비용 및 중량을 저감하는 것은 물론 사용례에 따라서 히팅 기능이 삭제된 기존 물-냉매 판형 열교환기 및 히팅 기능을 추가한 열교환 모듈로 이용할 수 있으므로 범용성을 향상시킬 수 있는 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an integrated heat exchange module that cools or heats cooling water for cooling or heating a battery pack to reduce overall cost and weight, And a heat-exchanging module that can improve the versatility of the battery-pack heat-conducting device and the heat-exchanging module of the electric automobile.
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 바람직한 일실시예는, 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기를 통하여 냉매가 순환되는 냉매 사이클 회로와, 순환 펌프에 의하여 배터리 팩을 경유하여 물을 순환시키는 열교환수 순환 회로와, 상기 냉매 사이클 회로 및 상기 열교환수 순환 회로 일부를 공유하도록 배치되고, 상기 냉매 사이클 회로로부터 분기된 냉매와 상기 물을 열교환시켜 냉각된 상기 물을 이용하여 상기 배터리 팩을 냉각시키거나, 상기 물을 전기적으로 가열한 후 가열된 상기 물을 이용하여 상기 배터리 팩을 가열시키는 열교환 모듈을 포함한다.A preferred embodiment of the battery pack heat-conducting device and the heat exchange module of the electric vehicle according to the present invention is characterized in that the refrigerant cycle circuit in which the refrigerant is circulated through the compressor, the condenser, the inflator and the evaporator, A refrigerant cycle circuit for circulating refrigerant from the refrigerant cycle circuit to the heat exchange water circulation circuit for circulating the refrigerant cycle circuit and the refrigerant cycle circuit; And a heat exchange module that heats the battery pack by using the heated water after the water is electrically heated.
여기서, 상기 열교환 모듈은, 상기 냉매가 유입되어 수용된 후 토출되는 내부 공간을 가지며, 상기 물이 열교환 배관을 통하여 상기 내부 공간을 유동하도록 배치된 냉매 수용 본체와, 상기 냉매 수용 본체의 외부 일면 및 타면 중 적어도 한 면에 매칭되도록 착탈 가능하게 배치되어 상기 물이 상기 내부 공간으로 유입되기 전 가열시키는 복수개의 히팅부를 포함할 수 있다.The heat exchange module includes a refrigerant receiving main body having an internal space through which the refrigerant flows in and is discharged after being accommodated and the water flows through the internal space through a heat exchange pipe; And a plurality of heating units that are detachably disposed to match at least one surface of the inner space and heat the water before the water flows into the inner space.
또한, 상기 열교환 모듈은, 상기 냉매가 유입되어 수용된 후 토출되는 내부 공간을 가지며, 상기 물이 열교환 배관을 통하여 상기 내부 공간을 유동하도록 배치된 냉매 수용 본체와, 상기 냉매 수용 본체의 상기 내부 공간에 배치되고, 상기 열교환수 순환 회로로부터 상기 물을 공급받아 가열시키는 복수개의 히팅부를 포함할 수 있다.The heat exchange module may further include a refrigerant reception main body having an internal space through which the refrigerant flows in and is discharged after being received and the water flows through the internal space through the heat exchange pipe, And a plurality of heating units arranged to heat the water supplied from the heat exchange water circulation circuit.
또한, 상기 열교환 모듈은, 상기 냉매와 상기 물을 열교환할 때 전열 면적을 넓혀주는 판형 열교환기로 구비될 수 있다.In addition, the heat exchange module may be provided as a plate type heat exchanger for expanding the heat transfer area when heat exchange the refrigerant and the water.
또한, 상기 복수개의 히팅부는, 상기 물이 유입되어 유동됨과 아울러 가열되는 가열 공간을 형성하는 워터재킷과, 상기 워터재킷의 상기 가열 공간을 차폐하고 상기 가열 공간에 유입된 물과 직접 접촉되어 상기 물을 가열시키는 가열 히터 패널을 포함할 수 있다.The plurality of heating units may include a water jacket for forming a heating space in which the water flows and flows and is heated, and a water jacket for shielding the heating space of the water jacket and being in direct contact with water introduced into the heating space, And a heating heater panel for heating the heating panel.
또한, 상기 가열 공간은, 상기 워터재킷의 상부면에 상부가 개구되게 홈 형상으로 형성될 수 있다.Further, the heating space may be formed in a groove shape such that an upper portion thereof is opened on the upper surface of the water jacket.
또한, 상기 가열 히터 패널의 상부면에는, 박막형 히터가 인쇄 배치될 수 있다.Further, a thin film heater may be printed and arranged on the upper surface of the heated heater panel.
또한, 상기 가열 히터 패널에는 상기 열교환수 순환 회로로부터 상기 물이 유입되는 물 유입 포트가 형성될 수 있다.In addition, the heating heater panel may be provided with a water inlet port through which the water flows from the heat exchange water circulation circuit.
또한, 상기 가열 히터 패널은, 상기 워터재킷보다 열전도율이 높은 재질로 이루어질 수 있다.The heating heater panel may be made of a material having a higher thermal conductivity than the water jacket.
또한, 상기 냉매 수용 본체의 상부에는, 상기 냉매가 유입되는 냉매 유입 포트와, 상기 냉매가 토출되는 냉매 토출 포트 및 상기 냉매 수용 본체에서 열교환된 물이 토출되는 물 토출 포트가 각각 상부로 돌출되게 구비되고, 상기 워터재킷에는, 상기 냉매 유입 포트, 상기 냉매 토출 포트 및 상기 물 토출 포트가 관통되는 복수개의 관통홀이 각각 대응되는 위치에 형성될 수 있다.In addition, a refrigerant inlet port through which the refrigerant flows, a refrigerant discharge port through which the refrigerant is discharged, and a water discharge port through which the heat-exchanged water is discharged from the refrigerant receiving body are respectively protruded upward from the upper portion of the refrigerant receiving main body And the water jacket may be formed with a plurality of through holes through which the coolant inflow port, the coolant discharge port, and the water discharge port pass, respectively.
또한, 상기 가열 히터 패널의 상부면에는 상기 박막형 히터를 덮도록 단열 패널이 배치될 수 있다.Further, a heat insulating panel may be disposed on the upper surface of the heated heater panel so as to cover the thin film heater.
본 발명에 따른 열교환 모듈의 바람직한 일실시예는, 냉매가 유입되어 수용된 후 토출되는 내부 공간을 가지며, 물이 열교환 배관을 통하여 상기 내부 공간을 유동하도록 배치된 냉매 수용 본체와, 상기 냉매 수용 본체의 외부면 및 상기 내부 공간 중 적어도 어느 하나에 배치되고, 상기 물이 상기 냉매와 열교환 하기 전 상기 물을 가열시킨 후 상기 내부 공간에서 상기 냉매와 열교환시키도록 공급하는 적어도 하나 이상의 히팅부를 포함한다.
A preferred embodiment of the heat exchange module according to the present invention comprises a refrigerant receiving main body having an internal space in which refrigerant flows in and is discharged and then discharged so that water flows through the internal space through a heat exchange pipe, And at least one heating unit disposed in at least one of the outer surface and the inner space and heating the water before the water exchanges heat with the refrigerant, and then supplying the water to heat exchange with the refrigerant in the inner space.
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 바람직한 일실시예에 따르면 다음과 같은 다양한 효과를 달성할 수 있다.According to a preferred embodiment of the battery pack thermal management device and the heat exchange module of an electric vehicle according to the present invention, the following various effects can be achieved.
첫째, 배터리 팩을 냉각 또는 가열시키기 위한 물을 냉매와 열교환시키는 칠러형 열교환기 및 상기 물을 가열시키는 히팅부를 일체로 제작함으로써 비용 및 중량을 저감하는 효과를 가진다.First, a chiller type heat exchanger for exchanging water with a refrigerant for cooling or heating the battery pack and a heating unit for heating the water are integrally formed, thereby reducing cost and weight.
둘째, 상술한 바와 같이, 칠러형 열교환기 및 히팅부를 일체로 제작함으로써 소형화를 추구하여 주변 부품의 설계 자유도를 증가시킬 수 있는 효과를 가진다.Second, as described above, the chiller-type heat exchanger and the heating unit are integrally formed, thereby achieving the miniaturization and increasing the degree of design freedom of peripheral components.
셋째, 히팅부의 워터재킷만을 탈거하면 기존과 같이 별도로 히팅부가 마련된 열관리 장치에 그대로 사용할 수 있는 범용성을 향상시킬 수 있다.
Thirdly, if only the water jacket of the heating unit is detached, the versatility of being able to be used as it is in the thermal management apparatus having a separate heating unit provided as before can be improved.
도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치의 시스템도이고,
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 바람직한 일실시예를 나타낸 사시도이며,
도 3은 도 2의 구성 중 히팅부의 가열 히터 패널의 설치 모습을 나타낸 사시도이고,
도 4는 도 2의 분해 사시도이며,
도 5는 도 2의 구성 중 워터재킷을 나타낸 분해 사시도이고,
도 6은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 물 흐름을 나타낸 단면도이며,
도 7은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치의 시스템도이다.1 is a system diagram of a battery pack thermal management apparatus for an electric vehicle according to the prior art,
FIG. 2 is a perspective view showing a preferred embodiment of a battery pack thermal management device and a heat exchange module of an electric vehicle according to the present invention,
FIG. 3 is a perspective view showing the installation of the heating heater panel of the heating part in the configuration of FIG. 2,
Fig. 4 is an exploded perspective view of Fig. 2,
Fig. 5 is an exploded perspective view showing a water jacket in the configuration of Fig. 2,
6 is a cross-sectional view showing a water flow of a battery pack thermal management device and a heat exchange module of an electric vehicle according to the present invention,
7 is a system diagram of a battery pack thermal management apparatus for an electric vehicle according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a battery pack thermal management apparatus and a heat exchange module of an electric vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 바람직한 일실시예를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 구성 중 히팅부의 가열 히터 패널의 설치 모습을 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 2의 분해 사시도이고, 도 5는 도 2의 구성 중 워터재킷을 나타낸 분해 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 물 흐름을 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 다른 실시예를 나타낸 사시도이며, 도 8은 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치의 시스템도이다.FIG. 2 is a perspective view showing a preferred embodiment of a battery pack heat-conducting device and a heat-exchanging module of an electric vehicle according to the present invention, FIG. 3 is a perspective view showing a heat- Fig. 5 is an exploded perspective view showing a water jacket in the configuration of Fig. 2, Fig. 6 is a cross-sectional view showing a water flow of the battery pack heat-conducting device and the heat exchange module of the electric vehicle according to the present invention, 7 is a perspective view showing another embodiment of the battery pack heat management apparatus and heat exchange module of an electric vehicle according to the present invention, and FIG. 8 is a system diagram of a battery pack heat management apparatus for an electric vehicle according to the present invention.
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치의 바람직한 일실시예는, 도 2 내지 도 8에 참조된 바와 같이, 압축기(201), 응축기(202), 팽창기(203) 및 증발기(204)를 통하여 냉매가 순환되는 냉매 사이클 회로와, 순환 펌프(208)에 의하여 배터리 팩(210)을 경유하여 물을 순환시키는 열교환수 순환 회로와, 냉매 사이클 회로 및 열교환수 순환 회로 일부를 공유하도록 배치되고, 냉매 사이클 회로로부터 분기된 냉매와 물을 열교환시켜 냉각된 물을 이용하여 배터리 팩(210)을 냉각시키거나, 물을 전기적으로 가열한 후 가열된 물을 이용하여 배터리 팩(210)을 가열시키는 열교환 모듈(100)을 포함한다.A preferred embodiment of a battery pack thermal management apparatus for an electric vehicle according to the present invention is a system for controlling the operation of a battery pack through a
보다 상세하게는, 냉매 사이클 회로는, 도 8에 참조된 바와 같이, 냉매를 압축시키는 압축기(201)와, 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(202)와, 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기(203) 및 팽창기(203)에 의하여 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(204)를 포함하고, 냉매는 순차적으로 압축기(201), 응축기(202), 팽창기(203) 및 증발기(204)를 순환하면서 열교환기 역할을 하는 응축기(202) 또는 증발기(204) 중 어느 하나에서 상술한 열교환수 순환 회로를 순환하는 물과 열교환하게 된다.8, the refrigerant cycle circuit includes a
냉매 사이클 회로는, 압축기(201)와 응축기(202)를 연결시키는 압축기-응축기 연결배관(205a), 응축기(202)와 팽창기(203)를 연결시키는 응축기-팽창기 연결배관(205b), 팽창기(203)와 증발기(204)를 연결시키는 팽창기-증발기 연결배관(205c) 및 증발기(204)와 압축기(201)를 연결시키는 증발기-압축기 연결배관(205d)을 포함하고, 아울러, 상술한 열교환 모듈(100)로 냉매를 유입 및 토출시키는 칠러 연결배관(206)을 포함할 수 있다.The refrigerant cycle circuit includes a compressor-
칠러 연결배관(206)은 후술하는 열교환 모듈(100)의 세부 구성 중 냉매가 냉매 수용 본체(110)로 유입되도록 구비된 냉매 유입포트와 연결되고, 냉매가 냉매 수용 본체(110)로부터 토출되도록 구비된 냉매 토출 포트(113)와 연결된다.The
열교환수 순환 회로는, 물을 펌핑시키는 순환 펌프(208)와, 순환 펌프(208)에 의하여 펌핑된 물 중 배터리 팩(210)과 열교환하여 가열된 물을 냉각시키는 저온 라디에이터(209)를 포함한다.The heat exchange water circulation circuit includes a
열교환수 순환 회로는, 순환 펌프(208)와 열교환 모듈(100) 및 배터리 팩(210)을 순환시키도록 연결되는 메인 물순환 배관(212a)과, 메인 물순환 배관(212a)으로부터 분기되어 저온 라디에이터(209)를 통과한 후 다시 메인 물순환 배관(212a)으로 유동되도록 연결된 서브 물순환 배관(212b)을 포함할 수 있다.The heat exchange water circulation circuit includes a main
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치의 바람직한 일실시예는, 배터리 팩(210)을 냉각시키는 배터리 팩(210) 냉각 모드 가동 시에는, 냉매 사이클 회로 및 순환 펌프(208)를 작동시키되, 압축기(201)에 의하여 압축된 냉매가 응축기(202)를 통과하면서 응축되고, 이와 같이 응축된 냉매가 곧바로 열교환 모듈(100)로 유동시켜 열교환수 순환 회로를 유동하는 물을 냉각시키고, 이와 같이 냉각된 물이 배터리 팩(210)을 냉각시키도록 유동시킨다.A preferred embodiment of the battery pack thermal management apparatus for an electric vehicle according to the present invention is a system for operating a refrigerant cycle circuit and a
또한, 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치의 바람직한 일실시예는, 배터리 팩(210)을 가열시키는 배터리 팩(210) 가열 모드 가동 시에는, 냉매 사이클 회로는 정지시키고, 순환 펌프(208)만을 작동시켜 열교환 모듈(100)의 후술하는 히팅부를 작동시킨다. 이때, 열교환수 순환 회로를 유동하는 물이 열교환 모듈(100)을 통과하면서 히팅부에 의하여 가열되고, 가열된 물이 배터리 팩(210) 내부로 유동되어 배터리 팩(210)을 예열시키게 되는 것이다.In a preferred embodiment of the battery pack heat management apparatus for an electric vehicle according to the present invention, when the
상기와 같이 열교환수 순환 회로를 유동하는 물을 냉각 및 가열시키는 열교환 모듈(100)의 구체적인 구성을 살펴보면 다음과 같다.The specific structure of the
도 2 내지 도 6을 참조하면, 열교환 모듈(100)은, 냉매가 유입되어 수용된 후 토출되는 내부 공간(115)을 가지며, 물이 열교환 배관을 통하여 내부 공간(115)을 유동하도록 배치된 냉매 수용 본체(110)와, 냉매 수용 본체(110)의 외부 일면 및 타면 중 적어도 한 면에 매칭되도록 착탈 가능하게 배치되어 물이 내부 공간(115)으로 유입되기 전 가열시키는 복수개의 히팅부를 포함할 수 있다.2 to 6, the
도 2 내지 도 6에는, 히팅부가 냉매 수용 본체(110)의 상부면에 면 매칭되도록 착탈 가능하게 배치된 것으로 채택된 실시예를 도시한 것이다. 이하에서는, 특별한 설명이 없는 한, 도 2 내지 도 6에 참조된 실시예를 바람직한 일실시예로 하여 설명한다.2 to 6 show an embodiment in which the heating portion is detachably arranged to be matched to the upper surface of the refrigerant receiving
본 발명의 바람직한 일실시예로써, 복수개의 히팅부는, 전기적으로 발열되는 구성으로서, 도 3에 참조된 바와 같이, 냉매 수용 본체(110)의 상부면에 착탈 가능하게 구비된다.As a preferred embodiment of the present invention, the plurality of heating portions are electrically heated, and are detachably provided on the upper surface of the refrigerant receiving
보다 상세하게는, 히팅부는, 물이 유입되어 유동됨과 아울러 가열되는 가열 공간(121)을 형성하는 워터재킷(120)과, 워터재킷(120)의 상부를 차폐하고 가열 공간(121)에 유입된 물과 직접 접촉되어 물을 가열시키는 가열 히터 패널(125)을 포함할 수 있다.More specifically, the heating unit includes a
가열 공간(121)은, 워터재킷(120)의 상부면에 상부가 개구되게 홈 형상으로 형성되고, 이와 같은 가열 공간(121)을 가열 히터 패널(125)이 차폐하도록 덮는 형상으로 배치되되, 가열 공간(121)을 유동하는 물과 직접 접촉되도록 구비될 수 있다.The
가열 히터 패널(125)의 상부면에는, 도 2 및 도 3에 참조된 바와 같이, 장방형의 안착부(127)가 홈 형상으로 마련되되, 안착부(127)에 전원 공급에 의하여 열을 발생시키는 박막형 히터(130)가 인쇄될 수 있다. 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 바람직한 일실시예에서는, 물을 가열시키기 위한 구성으로서 부피를 거의 차지하지 않는 박막형 히터(130)가 인쇄된 가열 히터 패널(125)로 구비됨으로써 전기자동차의 배터리 팩(210)의 패키지 중량을 크게 저감시키고, 부피 축소로 인한 주변 부품의 설계 자유도를 증가시킬 수 있는 이점을 창출한다.2 and 3, a
한편, 가열 히터 패널(125)에는 열교환수 순환 회로로부터 물이 유입되는 물 유입 포트(126)가 형성되고, 가열 공간(121)의 저부 일측에는, 물 유입 포트(126)를 통하여 워터재킷(120) 내부로 유입된 물이 유동되어 냉매 수용 본체(110)의 내부 공간(115)으로 유입되도록 본체 연통구(122)가 상하로 개구되게 형성된다.The
냉매 수용 본체(110)의 상부에는, 냉매가 유입되는 냉매 유입 포트(112)와, 냉매가 토출되는 냉매 토출 포트(113) 및 냉매 수용 본체(110)에서 열교환된 물이 토출되는 물 토출 포트(111)가 각각 상부로 돌출되게 구비될 수 있다.A
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 바람직한 일실시예에서, 냉매 수용 본체(110)의 형상이 직육면체일 경우, 냉매 수용 본체(110)의 상부에 구비된 다수의 포트 중 냉매 유입 포트(112)와 냉매 토출 포트(113)는 각각 대각선 모서리 부분에 배치되고, 물 토출 포트(111) 및 본체 연통구(122)와 연통되게 냉매 수용 본체(110)에 형성된 본체 유입구(114)는 냉매 유입 포트(112) 및 냉매 토출 포트(113)가 점하지 않는 대각선 모서리 부분에 각각 배치되며, 물 유입 포트(126)는 물 토출 포트(111)에 인접되는 가열 히터 패널(125) 측에 배치될 수 있다.In a preferred embodiment of the battery pack thermal management device and the heat exchange module of the electric vehicle according to the present invention, when the shape of the refrigerant receiving
여기서, 냉매 수용 본체(110)의 상부에 직접 형성된 냉매 유입 포트(112)와 냉매 토출 포트(113) 및 물 토출 포트(111)와 본체 유입구(114) 중 냉매 유입 포트(112), 냉매 토출 포트(113) 및 물 토출 포트(111)는 상부로 돌출되게 구비되고, 본체 유입구(114)는 그 구성 명칭에서 알 수 있는 바와 같이 냉매 수용 본체(110)의 내부와 연통되는 구멍 형태로 형성되는 것이 바람직하다.The
한편, 워터재킷(120)은, 사용자의 선택 또는 적용되는 차종에 따라 필요 시 냉매 수용 본체(110)의 상부로부터 탈거될 수 있도록 구비되고, 이를 위해, 워터재킷(120)에는, 상술한 바와 같이 냉매 수용 본체(110)의 상부로 돌출 형성된 냉매 유입 포트(112), 냉매 토출 포트(113) 및 물 토출 포트(111)가 관통되는 복수개의 관통홀(123a 내지 123c)이 각각 대응되는 위치에 형성될 수 있다.On the other hand, the
특히, 워터재킷(120)이 탈거되어 히팅부가 열교환 모듈(100)로부터 분리되어 장착되고, 개별로 작동되도록 설계된 차종에 적용될 경우에는, 워터재킷(120)의 탈거로 물 유입 포트(126)가 제거되는 것인 바, 이 때에는 기존의 본체 유입구(114)에 물 유입 포트(126)와 같은 착탈형 추가 구성이 결합되도록 구비될 수 있음은 물론이다.Particularly, when the
한편, 가열 히터 패널(125)은, 박막형 히터(130)로부터 발생된 열이 워터재킷(120)의 가열 공간(121) 내측으로 유동되는 물과 직접 접촉되어 물을 가열시키기에 충분하도록 열전도율이 높은 재질로 이루어짐이 바람직하다. 특히, 가열 히터 패널(125)은 적어도 워터재킷(120)의 열전도율보다 높은 재질로 이루어짐으로써 가열 성능을 향상시킬 수 있다.On the other hand, the
다만, 가열 히터 패널(125)의 상부면에 구비된 박막형 히터(130)의 경우 양면에서 열을 발생시키는 바 가열 히터 패널(125)의 상부측으로 열손실이 발생될 우려가 있으므로, 도 2에 참조된 바와 같이, 박막형 히터(130)의 상부면을 차폐하여 열손실을 차단하는 단열 패널(140)이 더 구비될 수 있다.However, in the case of the
단열 패널(140)은, 박막형 히터(130)의 열에 의하여 열 변형이 발생되지 않는 정도의 내열성을 가진 재질로 형성되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 열전도율이 낮은 재질로 이루어져 가열 히터 패널(125)의 상측에 구비된 주변 구성의 열 변형을 방지할 수 있어야 한다.The
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 다른 실시예는, 도 7의 (a)에 참조된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 히팅부가 열교환 모듈(100)의 내부 공간(115)에 착탈 가능하게 배치될 수 있다.7 (a), at least one heating portion is attached to and detached from the
여기서, 열교환 모듈(100)을 구성하는 냉매 수용 본체(110)의 내부 공간(115)에는 복수개의 축냉식 판형열교환기(150)가 구비될 수 있다. 히팅부를 구성하는 가열 히터 패널(125)은, 냉매 수용 본체(110)의 내부 공간(115)에 수평방향으로 연속 배치된 복수개의 축냉식 판형열교환기(150) 중 어느 하나의 위치에 교체 가능하게 착탈될 수 있다. 가열 히터 패널(125)로 유입되는 물의 공급을 위한 배관 구조는 다양하게 설계될 수 있으나, 본 실시예에서는 냉매 수용 본체(110) 내에서의 그 구체적인 연결 관계에 관한 설명은 생략하기로 한다.Here, a plurality of cooling-type
한편, 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 다른 실시예는, 도 7의 (b)에 참조된 바와 같이, 복수개의 축냉식 판형열교환기(150)가 냉매 수용 본체(110)의 내부 공간(115)에 수직방향으로 연속 적층 배치되고, 가열 히터 패널(125)이 복수개의 축냉식 판형열교환기(150) 중 어느 하나의 위치에 교체 가능하게 착탈될 수 있다.7 (b), a plurality of cooling-type
본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 바람직한 일실시예는, 상술한 바와 같이, 워터재킷(120)이 냉매 수용 본체(110)로부터 착탈 가능하게 구비되는 바, 종래와 같이 히팅부가 별도로 구비되어야 하는 차종에는 워터재킷(120)을 탈거하여 오로지 칠러형 열교환기로서의 기능만을 수행하도록 하는 한편, 종래의 히팅부의 사이즈 및 배치 설계의 어려움으로 칠러형 열교환기와 히팅부가 일체화된 상기 열교환 모듈(100)을 그대로 적용함으로써 범용성을 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.
As described above, the
이상, 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치 및 열교환 모듈의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 바람직한 일실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment of a battery pack heat-conducting device and a heat exchange module of an electric vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the embodiments of the present invention are not necessarily limited to the above-described preferred embodiments, and that various modifications and equivalents may be made by those skilled in the art something to do. Therefore, it is to be understood that the true scope of the present invention is defined by the appended claims.
100: 열교환 모듈
110: 냉매 수용 본체
111: 물 토출 포트
112: 냉매 유입 포트
113: 냉매 토출 포트
114: 본체 유입구
115: 내부 공간
120: 워터재킷
121: 가열 공간
122: 본체 연통구
123a 내지 123c: 관통홀
125: 가열 히터 패널
126: 물 유입 포트
127: 안착부
130: 박막형 히터
140: 단열 패널
201: 압축기
202: 응축기
203: 팽창기
204: 증발기
205a: 압축기-응축기 연결배관
205b: 응축기-팽창기 연결배관
205c: 팽창기-증발기 연결배관
205d: 증발기-압축기 연결배관
206: 칠러 연결배관
208: 순환 펌프
209: 저온 라디에이터
210: 배터리 팩
212a: 메인 물순환 배관
212b: 서브 물순환 배관100: Heat exchange module 110: Refrigerant receiving body
111: Water discharge port 112: Refrigerant inlet port
113: Refrigerant discharge port 114: Body inlet
115: internal space 120: water jacket
121: heating space 122: main body communicating hole
123a to 123c: Through hole 125: Heated heater panel
126: Water inlet port 127:
130: Thin film heater 140: Insulating panel
201: compressor 202: condenser
203: inflator 204: evaporator
205a: compressor-
205c: inflator-
206: Chiller connection piping 208: Circulation pump
209: Low temperature radiator 210: Battery pack
212a: main
Claims (12)
순환 펌프에 의하여 배터리 팩을 경유하여 물을 순환시키는 열교환수 순환 회로와;
상기 냉매 사이클 회로 및 상기 열교환수 순환 회로 일부를 공유하도록 배치되고, 상기 냉매 사이클 회로로부터 분기된 냉매와 상기 물을 열교환시켜 냉각된 상기 물을 이용하여 상기 배터리 팩을 냉각시키거나, 상기 물을 전기적으로 가열한 후 가열된 상기 물을 이용하여 상기 배터리 팩을 가열시키는 열교환 모듈을 포함하는 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치.
A refrigerant cycle circuit in which the refrigerant is circulated through the compressor, the condenser, the inflator and the evaporator;
A heat exchange water circulation circuit for circulating water via a battery pack by a circulation pump;
A cooling circuit which is disposed to share a part of the refrigerant cycle circuit and the heat exchange water circulation circuit and cools the battery pack by using the water cooled by heat exchange between the refrigerant branched from the refrigerant cycle circuit and the water, And a heat exchange module for heating the battery pack using the heated water after heating the battery pack.
상기 열교환 모듈은,
상기 냉매가 유입되어 수용된 후 토출되는 내부 공간을 가지며, 상기 물이 열교환 배관을 통하여 상기 내부 공간을 유동하도록 배치된 냉매 수용 본체와;
상기 냉매 수용 본체의 외부 일면 및 타면 중 적어도 한 면에 매칭되도록 착탈 가능하게 배치되어 상기 물이 상기 내부 공간으로 유입되기 전 가열시키는 복수개의 히팅부를 포함하는 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치.
The method according to claim 1,
The heat exchange module includes:
A refrigerant receiving main body having an internal space through which the refrigerant is introduced and accommodated and discharged, the water flowing through the internal space through a heat exchange pipe;
And a plurality of heating units detachably arranged to match at least one surface of the outer surface and the other surface of the refrigerant receiving main body and heating the water before the water flows into the inner space.
상기 열교환 모듈은,
상기 냉매가 유입되어 수용된 후 토출되는 내부 공간을 가지며, 상기 물이 열교환 배관을 통하여 상기 내부 공간을 유동하도록 배치된 냉매 수용 본체와;
상기 냉매 수용 본체의 상기 내부 공간에 배치되고, 상기 열교환수 순환 회로로부터 상기 물을 공급받아 가열시키는 복수개의 히팅부를 포함하는 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치.
The method according to claim 1,
The heat exchange module includes:
A refrigerant receiving main body having an internal space through which the refrigerant is introduced and accommodated and discharged, the water flowing through the internal space through a heat exchange pipe;
And a plurality of heating units arranged in the internal space of the refrigerant receiving main body and heating the water by supplying the water from the heat exchange water circulation circuit.
상기 열교환 모듈은,
상기 냉매와 상기 물을 열교환할 때 전열 면적을 넓혀주는 판형 열교환기로 구비되는 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치.
The method according to claim 2 or 3,
The heat exchange module includes:
And a plate type heat exchanger for expanding a heat transfer area when exchanging heat between the refrigerant and the water.
상기 복수개의 히팅부는,
상기 물이 유입되어 유동됨과 아울러 가열되는 가열 공간을 형성하는 워터재킷과;
상기 워터재킷의 상기 가열 공간을 차폐하고 상기 가열 공간에 유입된 물과 직접 접촉되어 상기 물을 가열시키는 가열 히터 패널을 포함하는 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치.
The method according to claim 2 or 3,
The plurality of heating units may include:
A water jacket for forming a heating space in which the water flows and flows and is heated;
And a heating heater panel which shields the heating space of the water jacket and directly contacts the water introduced into the heating space to heat the water.
상기 가열 공간은, 상기 워터재킷의 상부면에 상부가 개구되게 홈 형상으로 형성된 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치.
The method of claim 5,
Wherein the heating space is formed in a groove shape with an upper portion opened on an upper surface of the water jacket.
상기 가열 히터 패널의 상부면에는, 박막형 히터가 인쇄 배치된 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치.
The method of claim 3,
And a thin film heater is disposed on the upper surface of the heated heater panel.
상기 가열 히터 패널에는 상기 열교환수 순환 회로로부터 상기 물이 유입되는 물 유입 포트가 형성된 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치.
The method of claim 3,
Wherein the heating heater panel has a water inlet port through which the water flows from the heat exchange water circulation circuit.
상기 가열 히터 패널은, 상기 워터재킷보다 열전도율이 높은 재질로 이루어진 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치.
The method of claim 3,
Wherein the heating heater panel is made of a material having a higher thermal conductivity than the water jacket.
상기 냉매 수용 본체의 상부에는, 상기 냉매가 유입되는 냉매 유입 포트와, 상기 냉매가 토출되는 냉매 토출 포트 및 상기 냉매 수용 본체에서 열교환된 물이 토출되는 물 토출 포트가 각각 상부로 돌출되게 구비되고,
상기 워터재킷에는, 상기 냉매 유입 포트, 상기 냉매 토출 포트 및 상기 물 토출 포트가 관통되는 복수개의 관통홀이 각각 대응되는 위치에 형성된 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치.
The method of claim 3,
A refrigerant inlet port through which the refrigerant is introduced, a refrigerant discharge port through which the refrigerant is discharged, and a water discharge port through which the heat-exchanged water is discharged from the refrigerant receiving body,
Wherein the water jacket is formed with a plurality of through holes through which the coolant inflow port, the coolant discharge port, and the water discharge port pass, respectively.
상기 가열 히터 패널의 상부면에는 상기 박막형 히터를 덮도록 단열 패널이 배치된 전기자동차의 배터리 팩 열관리 장치.
The method of claim 7,
Wherein a heat insulating panel is disposed on an upper surface of the heater panel to cover the thin film heater.
상기 냉매 수용 본체의 외부면 및 상기 내부 공간 중 적어도 어느 하나에 배치되고, 상기 물이 상기 냉매와 열교환 하기 전 상기 물을 가열시킨 후 상기 내부 공간에서 상기 냉매와 열교환시키도록 공급하는 적어도 하나 이상의 히팅부를 포함하는 열교환 모듈.A refrigerant receiving main body having an internal space through which the refrigerant is introduced and accommodated and discharged, and water is arranged to flow through the internal space through the heat exchange pipe;
At least one or more heaters arranged in at least one of an outer surface of the refrigerant receiving main body and the inner space for supplying heat to heat the water before the water exchanges heat with the refrigerant, Heat exchange module.
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