KR20180100384A - 전기 구동 시스템을 위한 열 관리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 차량의 차축(4)의 변속기의 열 관리 방법 및 상기 방법을 사용하는 회로에 관한 것이다. 회로는 냉각제 펌프(1), 하나 이상의 온보드 유닛, 3방 밸브(5) 및 차축(4)을 포함하고, 이 차축(4)은 변속기를 포함한다. 차량의 냉각 시스템의 냉각제는 온보드 유닛을 통과하여 열 손실을 수집하도록 제작된다. 온보드 유닛은 전력 전자장치(2), 전기 기계(3), 배터리 및/또는 온보드 충전기일 수 있다.

Description

전기 구동 시스템을 위한 열 관리
본 발명은 전기 구동 시스템의 열 관리 방법 및 상기 방법의 구현을 위한 회로에 관한 것이다.
전기 차량에서 모든 에너지 손실은 특정된 구동 범위를 달성하기 위해 고비용으로 더욱 큰 배터리에 의해 보상되는 것이 필요할 것이기 때문에, 구동계 효율은 매우 중요하다.
변속기에서의 손실은 온도에 따라 다르다. 손실은 더욱 높은 오일 점도 및 다른 요인으로 인해 더 낮은 온도에서 더 높은 경향이 있다. 대부분의 실제 구동 및 인증 사이클은 상온(예를 들어, 20℃)인 상태에서 변속기가 시작하고 길이가 짧기 때문에 변속기의 온도 상승률은 평균 변속기 온도에 상당한 영향을 미치고 따라서 평균 효율에 상당한 영향을 미친다.
본 발명의 일 목적은 차량의 차축의 변속기의 온도를 제어하기 위해 전기 차량의 일부 온보드(on-board) 유닛의 열 손실을 사용하는 것이다. 일 목적은 변속기를 가열하기 위해 전력 전자장치(power electronics) 및 전기 기계와 같은 온보드 유닛에 의해 생성되는 열 손실을 사용하여 더 높은 평균 온도를 달성하고 그에 따라 평균 효율을 더욱 높이는 것이다.
본 발명의 열 관리 시스템은 차량의 정상 냉각 시스템을 사용하고 냉각 시스템의 냉각제는 온보드 유닛을 통과하도록 제작된다.
상기 시스템은 작동 온도에 가까워졌을 때 냉각제가 변속기로 순환되는 것을 피하기 위한 3방 제어 밸브를 갖추도록 설계된다. 이는, 예를 들어, 스포츠 구동(sporty driving) 구동시의 잠재적으로 비교적 높은 변속기 온도(100℃ 이상)로부터 비교적 낮은 온도 한계(통상적으로 최대 65℃)를 갖는 전기 기계 및 전력 전자장치를 보호할 것이다. 제3 작동 모드에서, 냉각제 회로를 전기 기계 및 전력 전자장치의 온도 한계 아래로 유지하면서 냉각을 제공하기 위해 일부 유동이 변속기로 전향된다.
또한 예를 들어, 온보드 충전기 또는 배터리와 같은 다른 열원은 변속기를 가열하기 위해 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 온보드 충전기 열을 사용하는 것의 일 추가 이익은 충전시 변속기가 가열될 수 있어서 구동을 시작할 때 이미 상승된 온도에서 시작할 수 있다는 것이다.
차축은 항상 상기 회로 내에 포함된다. 냉각제는 가열을 위해 상기 유닛 내에서 순환되거나 냉각을 위해 전방 냉각기로 순환될 수 있다. 차축으로부터의 열은 항상 전력 전자장치에 충분히 낮은 복귀 온도를 제공하도록 냉각될 필요가 있기 때문에, 이는 전방 냉각기에 대한 요구를 증가시킬 것이다.
열 관리 시스템은 3개의 작동 모드를 갖는다. 차축의 변속기의 가열을 위한 일 작동 모드, 정상 구동 중의 일 작동 모드 및 차축의 변속기의 냉각을 위한 일 작동 모드.
본 발명의 추가 목적 및 이점은 이하의 본 발명의 실시예의 상세한 설명을 이해할 때 본 기술분야의 기술자에게 명백해질 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시의 방법으로서 아래에 추가로 설명 될 것이다.
도 1은 본 발명의 열 관리 시스템의 일 실시예의 회로도이다.
도 2는 가열 단계의 열 관리 시스템을 도시하는 도 1에 대응한다.
도 3은 정상 작동 중의 열 관리 시스템을 도시하는 도 1에 대응한다.
도 4는 변속기 냉각 단계의 열 관리 시스템을 도시하는 도 1에 대응한다.
도 5는 본 발명의 열 관리 시스템의 추가 실시예의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 열 관리 시스템의 다른 추가 실시예의 회로도이다.
도 1의 열 관리 시스템은 냉각제 펌프(1), 전력 전자장치(2), 전기 기계(3), 변속기를 갖는 차축(4) 및 3방 밸브(5)를 포함한다. 일반적으로 물인 냉각제의 유동은 유입 유동 라인(6)을 통해 제공된다. 유입 냉각제 유동은 차량의 일반적인 냉각 시스템의 저온 측으로부터 시작된다. 냉각제 유동은 유출 유동 라인(7)을 통해 열 관리 시스템 외부로 공급된다. 유출 냉각제 유동은 차량의 일반적인 냉각 시스템의 고온 측으로 돌아간다.
일부 실시예에서, 본 발명의 열 관리 시스템에서 오일이 냉각제로서 물을 대신하여 사용된다. 오일이 사용되는 경우, 물/오일 용 열교환기가 종종 사용된다.
열 관리 시스템의 냉각제는 냉각제 펌프(1)에 의해 순환된다. 유입 유동 라인(6)은 냉각제 펌프(1)로 가는 제1 유동 라인(8)과 차축(4)으로 직접 가는 제2 유동 라인(9)으로 분할된다. 제1 유동 라인(8)은 전력 전자장치(2), 전기 기계(3)를 통해 냉각제 펌프(1)로부터 3방 밸브(5)로 이어진다. 냉각제 펌프(1), 전력 전자장치(2) 및 전기 기계의 배치 순서는 도 1에 도시된 바와 같을 필요는 없다. 따라서, 전기 기계(3)는, 예를들어, 냉각제 펌프(1)와 전력 전자장치(2) 사이에 배치될 수 있다. 3방 밸브(5)는 제1 유동 라인(8)에 연결될 뿐 아니라, 유출 유동 라인(7) 및 차축(4)으로 가는 제3 유동 라인(10)에도 또한 연결된다.
가열 단계에서, 3방 밸브(5)는 모든 냉각제 유동을 제1 유동 라인(8)으로부터 제3 유동 라인(10)을 통해 차축(4)으로 유도한다. 그 후 유동은 차축(4)으로부터 제2 유동 라인(9)을 통해 냉각제 펌프(1)로 돌아간다. 유동의 방향은 도 2에서 화살표(11)에 의해 나타난다. 유동은 차축(4)의 변속기를 가열하기 위해 전력 전자장치(2) 및 전기 기계(3)으로부터 열을 수집(pick up)한다.
정상 작동 중에, 3방 밸브(5)는 모든 냉각제 유동을 제1 유동 라인(8)으로부터 직접적으로 유출 유동 라인(7)으로 유도한다. 따라서, 정상 작동 중에 유동은 차축(4)을 통과하지 않고 오직 전력 전자장치(2) 및 전기 기계(3)만을 통해서 차량의 냉각 시스템으로 돌아온다. 정상 작동 중의 냉각제 유동의 방향은 도 3에서 화살표(11)에 의해 나타난다. 정상 작동 모드는 차축(4)의 변속기의 온도가 그의 작동 온도에 가까울 때 사용된다. 정상 작동 모드는 차축(4)의 변속기의 온도가 전력 전자장치(2) 및 전기 기계(3)에서 요구되는 온도보다 높을 경우, 전력 전자장치(2) 및 전기 기계(3)를 보호할 것이다. 통상적으로 전력 전자장치(2) 및 전기 기계(3)의 최대 온도는 약 65℃이다. 구동 조건에 따라, 변속기의 온도는 100℃를 넘을 수 있다.
차축(4)의 변속기를 냉각하기 위해 3방 밸브(5)는 제1 유동 라인(8)으로부터의 유입 유동을 유출 유동 라인(7) 및 제3 유동 라인(10)으로 전향시켜서, 차축(4)으로 유도한다. 이러한 작동 모드 중에, 냉각제 유동의 온도는 전력 전자장치(2) 및 전기 기계(3)의 온도 한계 아래로 유지된다. 이러한 작동 모드 중의 냉각제 유동 방향은 도 4에서 화살표(11)에 의해 나타난다.
도 5에 도시된 대체 실시예에서, 3방 밸브(5)는 유입 유동 라인(6) 내에 직접적으로 배치된다. 3방 밸브(5)는 또한 제1 유동 라인(12)에 연결되고, 이 제1 유동 라인은 유출 유동 라인(7) 및 제2 유동 라인(13) 모두에 연결되어 냉각제 펌프(1)로 유도된다. 추가로, 3방 밸브(5)는 제3 유동 라인(14)에 연결되어 차축(4)으로 유도된다. 이러한 배열에 의해, 차축(4)은 항상 회로 내에 포함된다. 3방 밸브(5)를 제어함으로써, 차축(4)을 가열하기 위해 냉각제는 회로 내에서 순환하거나 또는 냉각을 위해 차량의 냉각 시스템으로 복귀된다. 차축(4)으로부터의 열은 항상 전력 전자장치(2)에 충분히 낮은 복귀 온도를 제공하도록 냉각될 필요가 있기 때문에, 이러한 배열은 차량의 냉각기에 대한 요구를 증가시킬 것이다.
또한 도 1 내지 도 5에 도시된 열원 외에 다른 열원이 차축(4)의 변속기를 가열하는데에 사용될 수 있다. 이는 온보드 충전기(15)가 회로 내에 배치되는 도 6의 실시예에서 예시된다. 도시된 실시예에서, 온보드 충전기(15)는 전기 기계(3)와 3방 밸브(5) 사이에 배치된다. 도 6의 실시예는 도 1 내지 도 4와 관련하여 이미 기술된 것과 유사한 방식으로 기능하므로 여기에서 반복하지 않는다. 온보드 충전기를 회로 내에 배치하는 것의 일 추가 이익은 충전시 차축(4)의 변속기가 가열될 수 있어서 구동을 시작할 때 이미 상승된 온도에서 시작할 수 있다는 것이다.

Claims (13)

  1. 전기 차량의 차축의 변속기의 열 관리 방법에 있어서, 차량의 냉각 시스템의 냉각제가 하나 이상의 온보드 유닛을 통과하도록 제작되어 상기 냉각제가 상기 온보드 유닛으로부터 열 손실을 수집하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 전기 차량의 차축의 변속기의 열 관리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 열 관리는 3개의 상이한 작동 모드, 가열 모드, 냉각 모드 및 정상 구동 모드를 갖는, 전기 차량의 차축의 변속기의 열 관리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 가열 모드에서 냉각제가 온보드 유닛 및 차축을 통과하는 폐쇄된 회로 내에서 진행하도록 제작되는, 전기 차량의 차축의 변속기의 열 관리 방법.
  4. 제2항에 있어서, 냉각 모드에서 냉각제가 차축을 통해 진행하는 유동과 유출 유동 라인으로 직접 진행하는 유동으로 분할되는, 전기 차량의 차축의 변속기의 열 관리 방법.
  5. 제2항에 있어서, 정상 구동 모드에서 냉각제는 차축을 지나서 유도되는, 전기 차량의 차축의 변속기의 열 관리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각제는 냉각제 펌프에 의해 순환되고, 3방 밸브가 상이한 작동 모드 사이의 전환을 위해 사용되고, 전력 전자장치, 전기 기계, 배터리 또는 온보드 충전기의 열 손실이 사용되는, 전기 차량의 차축의 변속기의 열 관리 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각제 유체로서 물이 사용되는, 전기 차량의 차축의 변속기의 열 관리 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각제 유체로서 오일이 사용되는, 전기 차량의 차축의 변속기의 열 관리 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항을 따르는 전기 차량의 차축의 변속기의 열 관리 방법에 사용되는 회로에 있어서,
    냉각제 펌프(1), 하나 이상의 온보드 유닛, 3방 밸브(5) 및 차축(4)을 포함하고, 차축(4)은 변속기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로.
  10. 제9항에 있어서, 유입 유동 라인(6)이 차량의 냉각 시스템의 저온 측에 연결되고, 유입 유동 라인(6)은 제1 유동 라인(8)과 제2 유동 라인(9)으로 전향되고, 제1 유동 라인(8)은 냉각제 펌프(1), 하나 이상의 온보드 유닛 및 3방 밸브(5)를 통해서 진행하고, 제2 유동 라인(9)은 차축(4)으로 가는, 회로.
  11. 제10항에 있어서, 3방 밸브(5)는 제1 유동 라인(8), 유출 유동 라인(9) 및 차축(4)으로 진행하는 제3 유동 라인(10)에 연결되고, 3방 밸브(5)는 유입 유동 라인(6)에서 볼 때 냉각제 펌프(1) 및 하나 이상의 온보드 유닛 다음에 배치되고, 유출 유동 라인(6)은 차량의 냉각 시스템의 고온 측에 연결되는, 회로.
  12. 제9항에 있어서, 3방 밸브(5)는 차량의 냉각 시스템의 저온 측으로부터의 유입 유동 라인(6), 제1 유동 라인(12) 및 제3 유동 라인(14)에 연결되고, 제1 유동 라인(12)은 제2 유동 라인(13)과 유출 유동 라인(7)으로 전향되고, 이 유출 유동 라인(7)은 차량의 냉각 시스템의 고온 측에 연결되고, 제2 유동 라인(13)은 냉각제 펌프(1) 및 상기 하나 이상의 온보드 유닛을 통해 차축(4)으로 진행하는, 회로.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 온보드 유닛은 전력 전자장치(2), 전기 기계(3), 온보드 충전기(15) 및/또는 배터리인, 회로.
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