KR20170013700A - 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치에 관한 것으로, 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인(C1) 상에 라디에이터(110)를 구비하여 상기 냉각수와 차량의 외부 공기를 열교환함으로써 파워 트레인(130)을 냉각시키는 파워 트레인 쿨링 수단과, 냉각수가 순환되는 배터리 냉각수 순환 라인(BC1) 상에 배터리(210)를 히팅하는 배터리 히터(250) 및 상기 배터리(210)를 냉각하는 제1 열교환기(230)가 구비되어 배터리(210)를 냉각 또는 히팅하는 배터리 쿨링 수단과, 냉매가 순환되는 냉매 순환 라인(R1) 상에 응축기(310), 증발기(330) 및 압축기(350)가 구비되어 차실 내부를 냉방하는 차실 냉난방 수단을 포함하며, 상기 파워 트레인 쿨링 수단은 상기 파워 트레인(130)의 냉각이 필요하지 않을 때 상기 냉각수를 우회시키는 냉각수 우회 라인(C2)을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 배터리 쿨링을 위한 추가적인 열교환기를 장착함으로써 배터리의 쿨링 성능을 향상시킬 수 있으며, 추가된 열교환기에 따른 바이패스 유로를 구성해 독립적으로 파워 트레인을 쿨링할 수 있다. 또한, 배터리 히터 이외에 냉매 히트 펌프를 추가로 구성하고 파워 트레인 쪽에는 바이패스 유로를 구성함으로써 배터리 히팅 성능은 향상시키고 파워 트레인 히팅은 피할 수 있어 배터리 냉각 및 히팅 성능이 향상되는 효과가 있다.

Description

차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치{device for cooling and heating of battery for a vehicle}
본 발명은 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 냉각 및 히팅 성능이 향상된 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치에 관한 것이다.
최근 화석 연료의 고갈과 환경 오염에 대한 높은 관심으로 화석 연료와 전기 에너지 또는 화석 연료와 연료전지 등을 함께 사용하는 하이브리드 자동차나 전기 자동차와 같은 친환경 자동차의 개발이 증가하는 추세이다.
하이브리드 자동차나 전기 자동차에는 전기로 구동되는 모터 및 발생된 전력을 저장하기 위한 고용량 배터리가 장착되어 있다. 배터리는 필요시 모터로 전력을 공급하고, 차량의 감속이나 정지 시 재생 동력원으로부터 생성되는 전기 에너지를 저장하는 역할을 한다.
이러한 배터리는 항상 충방전 상태를 체크해야 하며, 불필요한 전원 공급을 차단해 배터리의 전력 소비를 감소시키고, 남는 전기 에너지는 배터리의 충전에 신속히 투입하도록 제어되어야 한다. 한국등록특허 제10-0387798호에 하이브리드 전기 자동차의 배터리 소모를 방지하는 장치가 개시되어 있다.
배터리는 배터리 셀의 화학적 특성 상 온도에 민감하며, 일정 범위 내의 작동 온도에서 온도가 높을수록 충정량 및 방전량이 증가해 배터리의 효율이 높아진다. 그러나 허용 작동 온도를 초과하거나 허용 작동 온도 미만에서 배터리가 구동되는 경우, 셀 내부적으로 열화, 조직 변형 등의 문제가 발생해 배터리의 수명이 급격히 감소하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 공랭식 또는 수냉식 배터리 냉각 방법과 배터리 히팅 방법을 적용하고 있으나, 공랭식 냉각은 여름철과 같이 차량의 주변 온도가 높으면 그 효율이 저하되는 문제가 있다. 수냉식 냉각은 공랭식 대비 냉각 효율은 좋으나 시스템의 구성이 복잡하고, 냉매 또는 냉각수를 규칙적으로 교환해야 하며 누수가 발생할 위험이 있다. 또한, 배터리 히팅을 위해서는 별도의 히터를 구비하거나 엔진 냉각수로부터 열을 공급받을 수 있으나, 겨울철 엔진이 충분히 웜 업(warm up)되기 전에는 배터리 히팅이 원활하지 않은 단점이 있다.
따라서 배터리의 작동 온도를 적정 범위로 유지하기 위해 효율적인 배터리 냉각 및 히팅 시스템을 개발할 필요가 있다.
한국특허등록 제10-0387798호(등록일 2003. 06. 03)
본 발명의 목적은 배터리의 냉각 및 히팅 성능이 향상된 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치는, 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인(C1) 상에 라디에이터(110)를 구비하여 상기 냉각수와 차량의 외부 공기를 열교환함으로써 파워 트레인(130)을 냉각시키는 파워 트레인 쿨링 수단과, 냉각수가 순환되는 배터리 냉각수 순환 라인(BC1) 상에 배터리(210)를 냉각하는 제1 열교환기(230)가 구비되어 배터리(210)를 냉각하는 배터리 쿨링 수단과, 냉매가 순환되는 냉매 순환 라인(R1) 상에 응축기(310), 증발기(330) 및 압축기(350)가 구비되어 차실 내부를 냉방하는 차실 냉난방 수단을 포함하며, 상기 파워 트레인 쿨링 수단은 상기 파워 트레인(130)의 냉각이 필요하지 않을 때 상기 냉각수를 우회시키는 냉각수 우회 라인(C2)을 더 포함할 수 있다.
상기 라디에이터(110)의 전단의 상기 냉각수 순환 라인(C1)으로부터 분기되어 상기 라디에이터(110)의 후단으로 연결되는 냉각수 분기 라인(C3)을 더 포함하며, 상기 파워 트레인(130)을 냉각시킨 냉각수가 상기 냉각수 분기 라인(C3)을 통해 상기 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)으로 보내지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 열교환기(230)는 상기 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)의 일측에서 분기된 배터리 냉각수 우회 라인(BC2) 상에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 차실 냉난방 수단은 상기 냉매 순환 라인(R1)에서 분기된 냉매 분기 라인(R2)을 더 포함할 수 있다.
상기 냉매 분기 라인(R2)은 상기 제1 열교환기(230)를 거치도록 형성되며, 상기 제1 열교환기(230)에서 상기 배터리 냉각수 우회 라인(BC2)을 지나는 상기 냉각수와 열교환되어 상기 냉각수를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 열교환기(230)를 거친 상기 냉매는 열교환 후 상기 압축기(350)를 거쳐 상기 냉매 순환 라인(R1)을 따라 순환되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 열교환기(230)에서 상기 냉각수가 상기 냉매와 열교환될 때, 상기 파워 트레인(130)은 상기 라디에이터(110)를 거쳐 냉각된 상기 냉각수에 의해 냉각되는 것을 특징으로 한다.
상기 차실 냉난방 수단은 상기 압축기(350)의 후단에서 상기 응축기(310)의 전단으로 연결되는 상기 냉매 순환 라인(R1)의 일측에서 분기된 히팅 분기 라인(R3)을 더 포함할 수 있다.
상기 히팅 분기 라인(R3) 상에 설치되되, 상기 히팅 분기 라인(R3)과 상기 냉각수 순환 라인(C1)이 모두 지나가도록 설치되는 제2 열교환기(390)를 더 포함할 수 있다.
상기 압축기(350)를 통과한 냉매는 상기 제2 열교환기(390)에서 상기 냉각수 분기 라인(C3)을 거친 상기 냉각수와 열교환해 상기 냉각수를 가열시키는 것을 특징으로 한다.
상기 응축기(310)의 후단과 상기 냉매 분기 라인(R2) 전단 사이의 분기점에서 분기되어 상기 냉매 분기 라인(R2)의 후단에 연결되는 제1 히트 펌프 분기 라인(R4)과, 상기 응축기(310)의 전단에 형성되는 제2 히트 펌프 분기 라인(R5)과, 상기 제2 히트 펌프 분기 라인(R5) 상에 설치된 팽창 밸브(360)를 더 포함할 수 있다.
상기 히팅 분기 라인(R3)을 통과한 냉매는 상기 제2 히트 펌프 분기 라인(R5)으로 유입되어 상기 팽창 밸브(360)에서 팽창된 후 상기 응축기(310)를 통과해 응축되어 상기 제1 히트 펌프 분기 라인(R4)을 통과해 상기 압축기(350)로 보내지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 히트 펌프 분기 라인(R4)으로 보내지는 상기 냉매의 일부는 상기 냉매 순환 라인(R1)을 통해 상기 증발기(330)로 보내져 열을 흡수한 후 상기 압축기(350)로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 쿨링 수단은 상기 배터리 냉각수 순환 라인(BC1) 상에 구비되어 상기 배터리(210)를 히팅하는 배터리 히터(250)를 더 포함하고, 상기 배터리(210)의 냉각이 필요한 경우 상기 냉각수 순환 라인(C1)을 순환하는 냉각수 또는 상기 냉매 순환 라인(R1)을 순환하는 냉매를 이용해 상기 배터리(210)를 냉각하며, 상기 배터리 냉각수 순환 라인(BC1) 및 냉각수 순환 라인(C1)을 연결하는 4방향 밸브(V3)를 더 포함하며, 상기 파워 트레인(130)을 냉각시킨 상기 냉각수가 상기 냉각수 분기 라인(C3) 및 상기 4방향 밸브를 거쳐 상기 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)으로 유입되는 것이 특징이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치는 배터리 쿨링을 위한 추가적인 열교환기를 장착함으로써 배터리의 쿨링 성능을 향상시킬 수 있으며, 추가된 열교환기에 따른 바이패스 유로를 구성해 독립적으로 파워 트레인을 쿨링할 수 있다. 또한, 배터리 히터 이외에 냉매 히트 펌프를 추가로 구성하고 파워 트레인 쪽에는 바이패스 유로를 구성함으로써 배터리 히팅 성능은 향상시키고 파워 트레인 히팅은 피할 수 있어 배터리 냉각 및 히팅 성능이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치를 도시한 모식도,
도 2는 도 1에 따른 파워 트레인의 냉각 시 냉매 순환 플로우를 도시한 모식도,
도 3은 도 1에 따른 배터리의 냉각 시 냉매 순환 플로우를 도시한 모식도,
도 4는 도 1에 따른 파워 트레인 냉각 및 배터리 과열 냉각 시 냉매 순환 플로우를 도시한 모식도,
도 5는 도 1에 따른 배터리의 히팅 시 냉매 순환 플로우를 도시한 모식도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
먼저 도 1을 참조하여 전체적인 차량의 냉각 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치를 도시한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치는 차량의 전장품인 파워 트레인(130)을 냉각하기 위한 파워 트레인 쿨링(cooling) 수단과, 배터리(210)를 냉각하기 위한 배터리 쿨링 수단 및 배터리(210)를 히팅(heating)하기 위한 배터리 히팅 수단으로 구성된다. 또한, 차량의 차실 내부를 냉난방하기 위한 차실 냉난방 수단 역시 구비된다.
이러한 쿨링 및 히팅 수단은 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차뿐만 아니라, 고용량 배터리를 적용하는 모든 자동차에 적용될 수 있다.
파워 트레인 쿨링 수단은 라디에이터(110)를 통해 외기와 열교환하여 냉각된 냉각수(coolant)에 의해 차량의 전장품인 파워 트레인(130)을 냉각시키며, 라디에이터(110)와 파워 트레인(130)을 거쳐 다시 라디에이터(110)로 연결된 냉각수 순환 라인(C1)을 따라 냉각수가 순환된다. 파워 트레인(130)은 예열이 필요 없고 냉각만 필요한 전장품으로, 파워 트레인(130)의 냉각이 필요할 때에는 냉각수 순환 라인(C1)을 따라 냉각수가 순환된다. 파워 트레인(130)이 과열되지 않아 냉각이 필요하지 않을 때에는 냉각수 순환 라인(C1)을 따라 냉각수가 순환되지 않도록 하거나, 냉각수를 우회시킬 수 있다. 이를 위해 파워 트레인(130)의 입구단과 출구단을 연결하는 냉각수 우회 라인(C2)이 구비될 수 있다. 냉각수 우회 라인(C2)이 분기되는 분기점에는 3방향 밸브(V1)가 구비될 수 있다.
배터리 쿨링 수단 및 히팅 수단은 냉각수(coolant)를 쿨링하는 냉각 장치인 제1 열교환기(230)와, 냉각수를 가열하는 배터리 히터(250)를 포함한다. 배터리 히터(250)는 배터리 냉각수 순환 라인(BC1) 상에 설치되며, 제1 열교환기(230)는 배터리 냉각수 순환 라인(BC1) 상에서 분기된 배터리 냉각수 우회 라인(BC2) 상에 설치된다. 배터리 냉각수 우회 라인(BC2)이 분기되는 분기점에는 3방향 밸브(V4)가 구비된다.
배터리(210)를 냉각시킬 때에는 냉각수가 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)을 따라 배터리(210)의 출구단에서 제1 열교환기(230)를 거친 후 배터리 히터(250) 쪽으로 유입되어 배터리(210)의 입구단으로 유입된다. 이 때, 배터리 히터(250)는 작동되지 않으며 냉각수를 바이패스(bypass)시키는 역할을 한다.
배터리(210)를 히팅시킬 때에는 냉각수가 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)을 따라 배터리(210)의 출구단에서 배출되어 배터리 히터(250)에서 가열된 후 배터리(210)의 입구단으로 유입된다.
차실 냉난방 수단은 하나 또는 복수로 구비되어 냉매(refrigerant)를 응축시키는 응축기(310)와, 응축기(310)에서 응축된 냉매를 증발시키는 증발기(330)와, 증발기(330)에서 증발된 냉매를 압축시키는 압축기(350)를 포함하여 구성되며, 추가적인 PTC 히터(370)를 구비할 수 있다. 응축기(310), 증발기(330), 압축기(350)는 냉매 순환 라인(R1)에 의해 연결되며, 응축기(310), 증발기(330), 압축기(350)의 순서로 냉매가 순환된다. 응축기(310)는 냉매를 응축시키면서 열을 빼앗아 방출하고, 증발기(330)는 차실 내부 공기로부터 열을 빼앗아 냉매에 열을 가해 냉매를 증발시킨다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치에 있어서, 파워 트레인과 배터리의 냉각이 필요한 경우에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 2는 도 1에 따른 파워 트레인의 냉각 시 냉매 순환 플로우를 도시한 모식도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 파워 트레인(130)의 냉각이 필요한 경우, 냉각수는 라디에이터(110)를 통과하면서 외기와 열교환하여 냉각된 후 냉각수 순환 라인(C1)을 따라 파워 트레인(130)으로 공급된다. 냉각수 순환 라인(C1)은 파워 트레인(130) 주변을 순환하도록 형성되므로 냉각수가 파워 트레인(130) 주위를 순환하면서 파워 트레인(130)을 냉각시킨다. 파워 트레인(130)을 냉각시키고 가열된 냉각수는 냉각수 순환 라인(C1)을 따라 라디에이터(110)로 순환된다.
도 3은 도 1에 따른 배터리의 냉각 시 냉매 순환 플로우를 도시한 모식도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 파워 트레인(130)의 냉각과 배터리(210)의 냉각이 동시에 필요한 경우, 파워 트레인(130)을 1차로 냉각시킨 냉각수가 배터리(210)의 냉각에 사용될 수 있을 정도의 온도를 유지하고 있는 경우가 있다. 이 경우, 냉각수를 라디에이터(110)로 바로 순환시키지 않고 우회시켜 배터리(210)의 냉각에 투입할 수 있다.
이를 위해, 냉각수 순환 라인(C1)에는 라디에이터(110)의 전단에서 분기되어 라디에이터(110)의 후단으로 연결되는 냉각수 분기 라인(C3)가 구비될 수 있다. 파워 트레인(130)을 거쳐 냉각수 분기 라인(C3)으로 냉각수가 유입될 수 있도록 냉각수 순환 라인(C1)과 냉각수 분기 라인(C3)의 분기점에는 3방향 밸브(V2)가 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 냉각수 분기 라인(C3)을 거쳐 라디에이터(110) 후단의 냉각수 순환 라인(C1)으로 보내진 냉각수가 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)으로 유입될 수 있도록 배터리(210)의 출구단에 인접한 냉각수 순환 라인(C1) 상에 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)으로 분기되는 분기점이 구비된다. 이 분기점 상에 4방향 밸브(V3)가 구비되며, 냉각수 순환 라인(C1)과 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)이 모두 4방향 밸브(V3)를 거치도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서 파워 트레인(130)을 1차로 냉각시킨 냉각수는 라디에이터(110)를 거치지 않고 냉각수 분기 라인(C3)을 통해 4방향 밸브(V3) 쪽으로 유입되며, 4방향 밸브(V3)를 거쳐 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)으로 유입되어 배터리(210)의 쿨링에 사용될 수 있다.
차량의 운행 중 파워 트레인(130)의 냉각이 필요할 뿐만 아니라, 배터리(210)가 과열되는 경우가 발생할 수 있다.
도 4는 도 1에 따른 파워 트레인 냉각 및 배터리 과열 냉각 시 냉매 순환 플로우를 도시한 모식도이다.
배터리(210)가 과열되어 파워 트레인(130)을 1차로 냉각시킨 냉각수만으로 냉각시키기 어려운 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 열교환기(230)를 통해 배터리(210)를 냉각시킬 수 있다. 이 때, 파워 트레인(130)의 냉각은 전술한 바와 같이 냉각수가 라디에이터(110)를 순환하여 냉각시키는 방식이 적용된다.
제1 열교환기(230)는 배터리 냉각수 순환 라인(BC1) 상에 설치되되, 차실을 냉방하기 위한 냉매가 순환되는 냉매 순환 라인(R1) 상에서 분기된 냉매 분기 라인(R2)과 배터리 냉각수 분기 라인(C3)이 모두 지나가도록 설치된다. 제1 열교환기(230)는 판형 열교환기인 칠러(chiller)로 구비될 수 있으며, 냉매 분기 라인(R2)을 순환하는 냉매와 배터리 냉각수 분기 라인(C3)을 순환하는 냉각수 간에 서로 열교환이 일어나도록 한다. 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)을 순환하는 냉각수는 배터리(210)의 출구단으로부터 화살표 방향을 따라 순환하며, 제1 열교환기(230)에서 냉매 분기 라인(R2)으로 보내진 냉매와 열교환하여 냉각된 상태로 배터리(210)의 입구단으로 유입된다.
냉매 분기 라인(R2)으로 보내진 냉매는 제1 열교환기(230)에서 열교환된 후 압축기(350)를 거쳐 냉매 순환 라인(R1)을 따라 다시 순환된다. 차실 내부를 냉방할 필요가 없을 때에는 냉매 순환 라인(R1)을 따라 흐르는 냉매의 유량 전부를 냉매 분기 라인(R2)으로 보낼 수도 있다. 이러한 냉매 플로우(flow)의 제어 및 유량 제어를 위해 냉매 분기 라인(R2)이 분기되는 분기점에는 3방향 밸브가 구비될 수 있다.
한편, 겨울철 등과 같이 외기 온도가 낮은 작동 조건에서 배터리(210)의 온도가 낮아 구동 전 예열이 필요한 경우가 발생할 수 있다.
배터리(210)의 히팅은 전술한 배터리 히터(250)를 통해 이루어지나, 배터리 히터(250)가 PTC 히터로 구성되는 경우 히팅 효율이 낮아 추가 승온이 필요한 경우가 발생할 수 있다.
도 5는 도 1에 따른 배터리의 히팅 시 냉매 순환 플로우를 도시한 모식도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배터리(210)의 추가적인 승온이 필요한 경우, 냉매 순환 라인(R1)을 따라 압축기(350)로 보내진 고온고압의 냉매를 이용해 배터리(210)의 히팅에 사용하게 된다. 이를 위해, 압축기(350)의 후단에서 응축기(310)의 전단으로 연결되는 냉매 순환 라인(R1)의 일측에 히팅 분기 라인(R3)이 구비될 수 있다. 또한, 히팅 분기 라인(R3)으로 유입되는 냉매와 냉각수 순환 라인(C1)을 따라 순환하는 냉각수 간에 열교환을 일으키는 제2 열교환기(390)가 구비될 수 있다. 제2 열교환기(390)는 히팅 분기 라인(R3) 상에 설치되되, 히팅 분기 라인(R3)과 냉각수 순환 라인(C1)이 모두 지나가도록 설치된다. 압축기(350)를 통과한 고온고압의 냉매가 냉각수 분기 라인(C3)을 거친 냉각수를 가열시키고, 가열된 냉각수가 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)을 따라 배터리(210)의 입구단으로 유입됨으로써 배터리(210)를 추가로 히팅시킨다.
이 때, 히트 펌프를 구성하는 팽창 밸브와 우회 유로를 추가함으로써 배터리(210)의 히팅 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 응축기(310)의 후단과 냉매 분기 라인(R2) 전단 사이의 분기점에서 분기되어 냉매 분기 라인(R2)의 후단에 연결되는 제1 히트 펌프 분기 라인(R4)과, 응축기(310)의 전단에 형성되는 제2 히트 펌프 분기 라인(R5)이 구비될 수 있다. 제1 히트 펌프 분기 라인(R4) 및 제2 히트 펌프 분기 라인(R5)이 분기되는 분기점에는 각각 3방향 밸브(V8, V7)가 설치되어 냉매의 유동 방향을 제어하며, 제2 히트 펌프 분기 라인(R5) 상에는 팽창 밸브(360)가 구비된다.
히팅 분기 라인(R3)을 통과한 냉매는 제2 히트 펌프 분기 라인(R5)으로 유입되어 팽창 밸브(360)에서 팽창된 후 응축기(310)를 거쳐 제1 히트 펌프 분기 라인(R4)을 거쳐 압축기(350)로 보내진다. 제1 히트 펌프 분기 라인(R4)으로 보내지는 냉매의 일부는 냉매 순환 라인(R1)으로 보내져 증발기(330)에서 추가로 열을 흡수한 다음 압축기(350)로 공급되는 것이 바람직하다. 압축기(350)에서 토출되는 냉매의 온도가 높을수록 제2 열교환기(390)에서 높은 온도차로 냉각수와 열교환을 하여 냉각수를 가열할 수 있기 때문이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치는 배터리 쿨링을 위한 추가적인 열교환기를 장착함으로써 배터리의 쿨링 성능을 향상시킬 수 있으며, 추가된 열교환기에 따른 바이패스 유로를 구성해 독립적으로 파워 트레인을 쿨링할 수 있다. 또한, 배터리 히터 이외에 냉매 히트 펌프를 추가로 구성하고 파워 트레인 쪽에는 바이패스 유로를 구성함으로써 배터리 히팅 성능은 향상시키고 파워 트레인 히팅은 피할 수 있어 배터리 냉각 및 히팅 성능이 향상되는 효과가 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.
110: 라디에이터 130: 파워 트레인
C1: 냉각수 순환 라인 C2: 냉각수 우회 라인
C3: 냉각수 분기 라인 210: 배터리
230: 제1 열교환기 250: 배터리 히터
BC1: 배터리 냉각수 순환 라인
BC2: 배터리 냉각수 우회 라인
310: 응축기 330: 증발기
350: 압축기 360: 팽창 밸브
370: PTC 히터 390: 제2 열교환기
R1: 냉매 순환 라인 R2: 냉매 분기 라인
R3: 히팅 분기 라인 R4: 제1 히트 펌프 분기 라인
R5: 제2 히트 펌프 분기 라인

Claims (14)

  1. 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인(C1) 상에 라디에이터(110)를 구비하여 상기 냉각수와 차량의 외부 공기를 열교환함으로써 파워 트레인(130)을 냉각시키는 파워 트레인 쿨링 수단과,
    냉각수가 순환되는 배터리 냉각수 순환 라인(BC1) 상에 배터리(210)를 냉각하는 제1 열교환기(230)가 구비되어 배터리(210)를 냉각하는 배터리 쿨링 수단과,
    냉매가 순환되는 냉매 순환 라인(R1) 상에 응축기(310), 증발기(330) 및 압축기(350)가 구비되어 차실 내부를 냉방하는 차실 냉난방 수단을 포함하며,
    상기 파워 트레인 쿨링 수단은 상기 파워 트레인(130)의 냉각이 필요하지 않을 때 상기 냉각수를 우회시키는 냉각수 우회 라인(C2)을 더 포함하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라디에이터(110)의 전단의 상기 냉각수 순환 라인(C1)으로부터 분기되어 상기 라디에이터(110)의 후단으로 연결되는 냉각수 분기 라인(C3)을 더 포함하며, 상기 파워 트레인(130)을 냉각시킨 냉각수가 상기 냉각수 분기 라인(C3)을 통해 상기 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)으로 보내지는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 열교환기(230)는 상기 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)의 일측에서 분기된 배터리 냉각수 우회 라인(BC2) 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차실 냉난방 수단은 상기 냉매 순환 라인(R1)에서 분기된 냉매 분기 라인(R2)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉매 분기 라인(R2)은 상기 제1 열교환기(230)를 거치도록 형성되며, 상기 제1 열교환기(230)에서 상기 배터리 냉각수 우회 라인(BC2)을 지나는 상기 냉각수와 열교환되어 상기 냉각수를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 열교환기(230)를 거친 상기 냉매는 열교환 후 상기 압축기(350)를 거쳐 상기 냉매 순환 라인(R1)을 따라 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 열교환기(230)에서 상기 냉각수가 상기 냉매와 열교환될 때, 상기 파워 트레인(130)은 상기 라디에이터(110)를 거쳐 냉각된 상기 냉각수에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차실 냉난방 수단은 상기 압축기(350)의 후단에서 상기 응축기(310)의 전단으로 연결되는 상기 냉매 순환 라인(R1)의 일측에서 분기된 히팅 분기 라인(R3)을 더 포함하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 히팅 분기 라인(R3) 상에 설치되되, 상기 히팅 분기 라인(R3)과 상기 냉각수 순환 라인(C1)이 모두 지나가도록 설치되는 제2 열교환기(390)를 더 포함하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 압축기(350)를 통과한 냉매는 상기 제2 열교환기(390)에서 상기 냉각수 분기 라인(C3)을 거친 상기 냉각수와 열교환해 상기 냉각수를 가열시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 응축기(310)의 후단과 상기 냉매 분기 라인(R2) 전단 사이의 분기점에서 분기되어 상기 냉매 분기 라인(R2)의 후단에 연결되는 제1 히트 펌프 분기 라인(R4)과, 상기 응축기(310)의 전단에 형성되는 제2 히트 펌프 분기 라인(R5)과, 상기 제2 히트 펌프 분기 라인(R5) 상에 설치된 팽창 밸브(360)를 더 포함하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 히팅 분기 라인(R3)을 통과한 냉매는 상기 제2 히트 펌프 분기 라인(R5)으로 유입되어 상기 팽창 밸브(360)에서 팽창된 후 상기 응축기(310)를 통과해 응축되어 상기 제1 히트 펌프 분기 라인(R4)을 통과해 상기 압축기(350)로 보내지는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 히트 펌프 분기 라인(R4)으로 보내지는 상기 냉매의 일부는 상기 냉매 순환 라인(R1)을 통해 상기 증발기(330)로 보내져 열을 흡수한 후 상기 압축기(350)로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 쿨링 수단은 상기 배터리 냉각수 순환 라인(BC1) 상에 구비되어 상기 배터리(210)를 히팅하는 배터리 히터(250)를 더 포함하고, 상기 배터리(210)의 냉각이 필요한 경우 상기 냉각수 순환 라인(C1)을 순환하는 냉각수 또는 상기 냉매 순환 라인(R1)을 순환하는 냉매를 이용해 상기 배터리(210)를 냉각하며,
    상기 배터리 냉각수 순환 라인(BC1) 및 냉각수 순환 라인(C1)을 연결하는 4방향 밸브(V3)를 더 포함하며, 상기 파워 트레인(130)을 냉각시킨 상기 냉각수가 상기 냉각수 분기 라인(C3) 및 상기 4방향 밸브를 거쳐 상기 배터리 냉각수 순환 라인(BC1)으로 유입되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 냉각 및 히팅 장치.
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