KR20190015403A - 차량의 전력 유닛용 냉각 시스템 - Google Patents

차량의 전력 유닛용 냉각 시스템 Download PDF

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마르쿠스 무스토넨
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은 차량(1)의 전력 유닛용 냉각 시스템에 관한 것이다. 냉각 시스템은 전력 전자 장치(5)를 냉각하는 순환 냉각제를 갖는 고온 냉각 회로(6), 고온 냉각 회로(6) 내에 배치된 제1 라디에이터(8), 전기 에너지 저장 장치(4)를 냉각하는 순환 냉각제를 갖는 저온 냉각 회로(15) 및 저온 냉각 회로(15) 내에 배치된 제2 라디에이터(17)를 포함한다. 냉각 시스템은 제2 라디에이터(17)를 지나 저온 냉각 회로(15)로 냉각제를 향하게 할 수 있는 제1 유동 수단(18, 19) 및 고온 냉각 회로 내의 냉각제를 제1 라디에이터(8)로 향하게 하는 제2 유동 수단(36-39)을 포함하며, 고온 냉각 회로 내의 냉각제는 제1 라디에이터(8)에서 제1 단계로 냉각되고, 이어서 전력 전자 장치(5)를 냉각하는데 사용되기 이전에 제2 라디에이터(17)에서 제2 단계로 냉각된다.

Description

차량의 전력 유닛용 냉각 시스템
본 발명은 제1항의 전제부에 따른 차량의 전력 유닛용 냉각 시스템에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 연소 엔진과 같은 일부 다른 형태의 동력 유닛과 함께 전력 유닛에 의해 동력을 공급받을 수 있다. 전력 유닛은 모터 및 발전기로서 교대로 작동하는 전기 기계, 전기 에너지를 저장하기 위한 전기 에너지 저장 장치 및 전기 에너지 저장 장치와 전기 기계 사이에서 전기 에너지의 유동을 제어하기 위한 전력 전자 장치를 포함할 수 있다. 전력 전자 장치는 전기 에너지 저장 장치와 전기 기계 사이에서 전기 에너지를 전달하기 위한 DC 변환기 및 인버터를 포함할 수 있다. 전기 에너지 저장 장치 및 전력 전자 장치는 작동 중에 가열된다. 전기 에너지 저장 장치 및 전력 전자 장치는 특정 온도 범위 내에서 작동하도록 설계된다. 전기 에너지 저장 장치는 20-25℃의 온도 범위 내에서 최적의 효율적인 작동 온도를 가질 수 있다. 전력 전자 장치는 대개 약 60-70℃까지의 온도를 견딜 수 있다. 결과적으로, 상이한 온도의 냉각제로 전기 에너지 저장 장치 및 전력 전자 장치를 냉각시키는 것이 적합하다. 또한, 전기 에너지 저장 장치의 효율은 매우 낮은 온도를 가질 때 감소된다. 결과적으로, 온도가 매우 낮은 작동 조건 동안에 전기 에너지 저장 장치를 가열하는 것이 또한 적합하다.
독일 특허출원공개공보 DE 10 2014 115 377 A1호는 모터 차량의 전방 영역에 장착된 적어도 제1 라디에이터 및 제2 라디에이터를 포함하는 모터 차량용 냉각 시스템을 도시한다. 냉각 시스템은 전기 배터리를 냉각시키는 제1 회로 및 전력 전자 부품을 냉각시키는 제2 회로를 포함한다. 냉각 시스템은 제1 회로를 제1 라디에이터에 그리고 제2 회로를 제2 라디에이터에 선택적으로 연결할 수 있는 밸브를 포함한다. 또한, 밸브는 제1 회로와 제1 라디에이터를 분리할 수 있고, 제2 회로를 제1 라디에이터와 제2 라디에이터에 연결할 수 있으며, 이들 라디에이터는 병렬로 배치된다. 대안적으로, 밸브는 제2 회로와 제2 라디에이터를 분리할 수 있고, 제1 회로를 평행하게 배치된 라디에이터들에 연결할 수 있다.
본 발명의 목적은 주변 공기 온도 및 냉각 요구가 높은 작동 조건들 동안에 매우 높은 온도로 전력 전자 장치가 가열되는 것을 방지할 수 있는 전기 에너지 저장 장치 및 전력 전자 장치의 냉각을 위한 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은 제1항의 특징부에 따른 냉각 시스템에 의해 달성된다. 전력 전자 장치는 고온 냉각 회로에서 냉각제에 의해 냉각되고, 전기 에너지 저장 장치는 저온 냉각 회로에서 냉각제에 의해 냉각된다. 냉각제 온도가 다른 2개의 냉각 회로를 사용하면 전기 에너지 저장 장치와 전력 전자 장치를 개별적으로 냉각하는 것이 가능하다. 주변 공기 온도가 높거나 전기 에너지 저장 장치의 최적의 효율적인 작동 온도에 가까운 경우에, 전기 에너지 저장 장치를 냉각시키기에 충분히 낮은 온도로 공기를 둘러싸는 것에 의해 제2 라디에이터에서 냉각제를 냉각시키는 것은 불가능하다. 이러한 경우에, 전기 에너지 저장 장치는 냉동 시스템에 의해 냉각되어야 한다. 이러한 작동 조건 동안에, 제1 유동 수단은 저온 냉각 회로의 냉각제를 바이패스 라인을 통해 제2 라디에이터를 지나도록 지향된다. 저온 냉각 회로는 제2 라디에이터를 사용하지 않기 때문에, 고온 냉각 회로에 의해 제2 라디에이터가 사용될 수 있다. 결과적으로, 제2 유동 수단은 제1 라디에이터에서 제1 단계로 냉각된 고온 냉각 회로로부터의 냉각제를 제2 라디에이터로 지향시킨다. 냉각제가 제2 라디에이터에서 제2 단계로 냉각되었으면, 냉각제는 고온 냉각 회로로 다시 지향된다. 냉각제는 제1 라디에이터 및 제2 라디에이터를 통해 직렬로 지향되기 때문에, 냉각제를 저온으로 냉각하는 것이 가능하다. 전력 전자 장치를 효율적인 작동 온도로 냉각시키기에 충분히 낮은 온도로 제2 라디에이터의 제2 단계로 냉각제를 냉각시키는 것이 실질적으로 항상 가능하다. 결과적으로, 주변 공기 온도 및 냉각 요구가 매우 높은 작동 조건 중에 고온 냉각 회로에서 냉각제를 냉각시키기 위해 추가의 라디에이터를 사용할 필요가 없다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 유동 수단은 제1 라디에이터의 하류 위치에서 고온 냉각 회로에 연결된 제1 단부 및 제2 라디에이터의 상류 위치에서 저온 냉각 회로에 연결된 제2 단부 사이에 연장부를 갖는 제1 연결 라인, 제1 연결 라인을 통한 냉각제 유동을 제어하도록 구성된 제1 밸브 장치, 제2 라디에이터의 하류 위치에서 저온 냉각 회로에 연결된 제1 단부 및 제1 연결 라인의 제1 단부의 하류 위치에서 고온 냉각 회로에 연결된 제2 단부 사이에 연장부를 갖는 제2 연결 라인 및 제2 연결 라인을 통한 냉각제 유동을 제어하도록 구성된 제2 밸브 장치를 포함한다. 제1 연결 라인 및 제1 밸브 장치는 제1 라디에이터에서 제1 단계로 냉각된 냉각제를 저온 냉각 회로의 제2 라디에이터로 지향시키는 것을 용이하게 한다. 제2 연결 라인 및 제2 밸브 장치는 냉각제가 제2 라디에이터에서 냉각되자마자 냉각제를 고온 냉각 회로로 복귀시키는 것을 용이하게 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 밸브 장치는 제1 연결 라인의 제1 단부 또는 제2 단부에 배치된 제1 삼방향 밸브이다. 따라서, 제1 삼방향 밸브는 제1 연결 라인과 고온 냉각 회로 사이의 연결 지점에 배치되거나 또는 제1 연결 라인과 저온 냉각 회로 사이의 연결 지점에 배치될 수 있다. 대안적으로, 제1 밸브 장치는 제1 연결 라인의 단부들 사이의 위치에서 제1 연결 라인 내에 배치된 이방향 밸브 및 고온 냉각 회로 또는 저온 냉각 회로의 적절한 위치에 배치된 상보적인 이방향 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 밸브 장치는 제2 연결 라인의 제1 단부 또는 제2 단부에 배치된 제2 삼방향 밸브이다. 따라서, 제2 삼방향 밸브는 제2 연결 라인과 고온 냉각 회로 사이의 연결 지점에 배치되거나 또는 제2 연결 라인과 저온 냉각 회로 사이의 연결 지점에 배치될 수 있다. 대안적으로, 제2 밸브 장치는 제2 연결 라인의 단부들 사이의 위치에서 제2 연결 라인 내에 배치된 이방향 밸브 및 고온 냉각 회로 또는 저온 냉각 회로의 적절한 위치에 배치된 상보적인 이방향 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 유동 수단은 제2 라디에이터의 상류 위치에서 저온 냉각 회로에 연결된 제1 단부 및 제2 라디에이터의 하류 위치에서 저온 냉각 회로에 연결된 제2 단부 사이에 연장부를 갖는 바이패스 라인 및 바이패스 라인을 통한 냉각제 유동을 제어하도록 구성된 바이패스 밸브 장치를 포함한다. 바이패스 라인 및 바이패스 밸브 장치는 대안적으로 저온 냉각 회로의 냉각제를 제2 라디에이터로 지향시키거나 또는 제2 라디에이터를 지나도록 하는 것을 용이하게 한다. 바이패스 밸브 장치는 바이패스 라인의 제1 단부 또는 제2 단부에 배치된 삼방향 밸브일 수 있다. 대안적으로, 바이패스 밸브 장치는 바이패스 라인의 단부들 사이의 위치에서 바이패스 라인 내에 배치된 이방향 밸브 및 저온 냉각 회로의 적절한 위치에 배치된 이방향 밸브를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 바이패스 라인의 제1 단부는 저온 냉각 회로 내의 제1 연결 라인의 제2 단부의 상류 위치에 배치된다. 이러한 설계는 저온 냉각 회로에서의 냉각제와 고온 냉각 회로에서의 냉각제의 혼합을 피하기 위해 필요하다. 바이패스 라인의 제2 단부는 저온 냉각 회로 내의 제2 연결 라인의 제1 단부의 하류 위치에 배치된다. 이러한 설계는 각각의 냉각 회로 내의 냉각제의 혼합을 피하기 위해 또한 필요하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 냉각 시스템은 전기 에너지 저장 장치의 온도 및 전력 전자 장치의 온도에 관한 정보를 수신하고, 이들 정보를 이용하여 냉각 시스템을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다. 이러한 경우에, 제어 유닛은 저온 냉각 회로에서 전기 에너지 저장 장치를 냉각시켰을 때 냉각제의 온도 및 고온 냉각 회로에서 전력 전자 장치를 냉각시켰을 때 냉각제의 온도에 대한 정보를 수신할 수 있다. 전기 에너지 저장 장치 및/또는 전력 전자 장치의 온도가 효율적인 작동 온도 범위 내에 있지 않으면, 제어 유닛은 고온 냉각 회로 및/또는 저온 냉각 회로의 냉각 전력을 조정하는 조치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 냉각 시스템은 주변 공기 온도에 관한 정보를 수신하고, 주변 공기 온도가 사전에 정해진 온도를 초과할 때, 고온 냉각 회로로부터의 냉각제가 제1 라디에이터에서 제1 단계로 그리고 제2 라디에이터에서 제2 단계로 냉각시키기 위해 밸브 장치들을 제어하도록 구성된다. 주변 공기 온도가 높거나 전기 에너지 저장 장치의 효율적인 작동 온도에 가까운 경우에, 전기 에너지 저장 장치를 냉각시키기에 충분히 낮은 온도로 저온 냉각 회로의 냉각제를 냉각시키기 위해 제2 라디에이터를 사용하는 것이 불가능하다. 이러한 경우에, 제어 유닛은 바이패스 밸브를 이용하여 저온 냉각 회로 내의 냉각제를 바이패스 라인으로 지향시킨다. 전력 전자 장치의 온도가 동시에 높으면, 제어 유닛은 전력 전자 장치로 지향시키기 전에 고온 냉각 회로 내의 냉각제가 제1 라디에이터에서 제1 단계로 그리고 제2 라디에이터에서 제2 단계로 냉각되도록 밸브 장치들을 제어한다. 이러한 조치는 냉각제가 전력 전자 장치를 효율적인 작동 온도로 냉각시키기에 충분히 낮은 온도로 냉각되도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 냉각 시스템은 제1 라디에이터의 제1 부분 및 제2 라디에이터를 통해 제1 공기 유동을 제공하도록 구성된 제1 라디에이터 팬 및 제1 라디에이터의 제2 부분 및 냉동 시스템의 콘덴서를 통해 제2 공기 유동을 제공하도록 구성된 제2 라디에이터 팬을 포함한다. 일부 경우에, 라디에이터들을 통해 크기가 다른 공기 유동을 제공하는 것이 바람직하다. 제1 라디에이터의 상기 제1 부분은 제1 공기 유동의 의도된 유동 방향에 대해 제2 라디에이터의 하류 위치에 배치된다. 이러한 경우에, 저온 냉각 회로 내의 냉각제는 고온 냉각 회로 내의 냉각제보다 낮은 온도로 냉각된다. 각각의 냉각 회로 내의 냉각제들 사이의 이와 같은 온도 차이는 전력 전자 장치보다 낮은 온도로 전기 에너지 저장 장치의 냉각을 제공하기 위해 필요하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 라디에이터의 상기 제2 부분은 제2 공기 유동의 방향에 대하여 냉동 시스템의 콘덴서의 하류 위치에 배치된다. 콘덴서와 제1 라디에이터의 이러한 배치는 냉매가 일반적으로 고온 냉각 회로 내의 냉각제보다 낮은 온도로 냉각될 필요가 있기 때문에 유리하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 각각의 라디에이터 팬은 전기 모터에 의해 구동될 수 있다. 전기 모터의 속도는 쉽게 조정할 수 있으므로 라디에이터 팬 속도와 라디에이터 및 콘덴서를 통과하는 냉각 공기 유속을 조정할 수 있다. 라디에이터 팬의 속도는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 제어 유닛은 전기 에너지 저장 장치 및 전력 전자 장치의 온도에 대한 정보를 수신하고, 전기 에너지 저장 장치 및 전력 전자 장치의 효율적인 작동 온도를 연속적으로 유지하기 위해 라디에이터 팬을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템을 도시한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명된다.
도 1은 개략적으로 나타낸 하이브리드 차량(1)의 냉각 시스템을 도시한다. 하이브리드 차량(1)은 전기 기계(2) 및 연소 엔진(3)에 의해 동력이 공급된다. 전기 기계는 모터와 발전기로 교대로 작동한다. 하이브리드 차량(1)은 전기 에너지를 저장하는 전기 에너지 저장 장치(4) 및 전기 에너지 저장 장치(4)와 전기 기계(2) 사이에서 전기 에너지의 유동을 제어하는 전력 전자 장치(5)를 포함한다. 전기 에너지 저장 장치(4) 및 전력 전자 장치(5)는 작동 중에 가열된다. 따라서, 전기 에너지 저장 장치(4) 및 전력 전자 장치(5)는 작동 중에 냉각될 필요가 있다. 전기 에너지 저장 장치(4) 및 전력 전자 장치(5)는 특정 온도 범위 내에서 작동하도록 설계된다. 전기 에너지 저장 장치(4)는 전력 전자 장치(5) 보다 낮은 온도를 갖도록 설계된다. 전기 에너지 저장 장치(4)는 20-25℃의 온도 범위 내에서 최적의 효율 온도를 가질 수 있다. 전력 전자 장치(5)는 통상적으로 약 60-70℃까지의 온도를 견딜 수 있다. 냉간 시동 이후와 같은 특정 작동 조건 동안에, 전기 에너지 저장 장치(4)의 온도는 매우 낮을 수 있다. 이러한 경우에, 전기 에너지 저장 장치(4)를 가열하기 위한 냉각 시스템을 사용하는 것이 적합하다.
냉각 시스템은 순환 냉각제를 갖는 고온 냉각 회로(6)를 포함한다. 고온 냉각 회로(6)는 도 1에서 이중 라인으로 표시되어 있다. 고온 냉각 회로(6)는 팽창 탱크(7)를 포함한다. 고온 냉각 회로는 냉각제가 냉각되는 제1 라디에이터(8)를 또한 포함한다. 냉각제는 제1 라디에이터 유입 라인(8a)을 통해 제1 라디에이터(8)로 진입하고, 제1 라디에이터 배출 라인(8b)을 통해 제1 라디에이터를 빠져나간다. 제1 라디에이터 배출 라인(8b)은 고온 냉각 회로(6) 내의 냉각제를 순환시키는 펌프(9)로 냉각제를 지향시킨다. 펌프(9)는 냉각제를 제1 열 교환기(10)로 지향시킨다. 냉각제는 전기 기계(2)의 냉각을 위해 회로(11)에서 순환되는 제1 열 교환기(10) 내의 오일을 냉각시킨다. 제1 열 교환기(10)를 빠져나가는 냉각제는 전력 전자 장치(5)로 진입한다. 온도 센서(14)는 전력 전자 장치(5)를 빠져나가는 냉각제의 온도를 측정한다. 마지막으로, 고온 냉각 회로(6) 내의 냉각제는 제1 라디에이터(8)로 복귀된다. 결과적으로, 고온 냉각 회로 내의 냉각제는 전력 전자 장치(5)를 냉각시키는데 사용된다.
냉각 시스템은 순환 냉각제를 갖는 저온 냉각 회로(15)를 포함한다. 저온 냉각 회로(15)는 팽창 탱크(16)를 포함한다. 저온 냉각 회로(15)는 저온 냉각 회로 내의 냉각제가 냉각되는 제2 라디에이터(17)를 또한 포함한다. 냉각제는 제2 라디에이터 유입 라인(17a)을 통해 제2 라디에이터(17)로 진입하고, 제2 라디에이터 배출 라인(17b)을 통해 제2 라디에이터(17)를 빠져나간다. 제2 라디에이터 유입 라인(17a)은 바이패스 밸브 장치(19)를 포함한다. 바이패스 밸브 장치(19)는 냉각제를 제2 라디에이터(17)로 지향시키거나 또는 제2 라디에이터(17)를 지나 제2 라디에이터 배출 라인(17b)으로 지향시키는 바이패스 라인(18)으로 냉각제를 지향시킬 수 있다. 제2 라디에이터 배출 라인(17b)은 저온 냉각 회로(15) 내의 냉각제를 순환시키는 펌프(20)로 냉각제를 지향시킨다. 펌프(20)는 저온 냉각 회로(15) 내의 냉각제가 냉각되는 칠러(chiller)(21)로 냉각제를 지향시킨다. 그 후에, 냉각제는 제2 열 교환기(22)로 진입하고, 제2 열 교환기에서 상기 냉각제는 연소 엔진(3)을 냉각시키는 냉각 시스템으로부터의 냉각제에 의해 가열될 수 있다. 이러한 경우에, 냉각제를 갖는 제2 가열 회로(23)는 저온 냉각 회로 내의 냉각제를 가열하는데 사용된다. 제어 유닛(12)은 밸브(24)를 이용하여 제2 열 교환기(22)로의 냉각제 유동을 조절한다.
대안적으로, 저온 냉각 회로 내의 냉각제를 가열하기 위해 전기 히터가 사용될 수 있다. 제2 열 교환기(22)를 빠져나가는 냉각제는 전기 에너지 저장 장치(4)로 진입한다. 온도 센서(25)는 전기 에너지 저장 장치(4)를 빠져나가는 냉각제의 온도를 측정한다. 전기 에너지 저장 장치(4)로 진입하기 전에 냉각제의 온도를 측정하는 것도 가능하다. 마지막으로, 저온 냉각 회로(15) 내의 냉각제는 제2 라디에이터(17)로 복귀된다. 결과적으로, 저온 냉각 회로 내의 냉각제는 전기 에너지 저장 장치(4)를 냉각시키는데 사용되지만, 전기 에너지 저장 장치(4)를 가열하는데 사용될 수도 있다.
냉각 시스템은 제1 라디에이터(8)의 하류 위치에서 고온 냉각 회로(6)에 연결된 제1 단부(381) 및 제2 라디에이터(17)의 상류 위치에서 저온 냉각 회로(15)에 연결된 제2 단부(382) 사이에 연장부를 갖는 제1 연결 라인(38)을 포함한다. 제1 삼방향 밸브(36) 형태의 제1 밸브 장치는 제1 연결 라인(38)을 통한 냉각제 유동을 제어하도록 구성된다. 냉각 시스템은 제2 라디에이터(17)의 하류 위치에서 저온 냉각 회로(6)에 연결된 제1 단부(391) 및 제1 연결 라인(38)의 제1 단부(381)의 하류 위치에서 고온 냉각 회로(6)에 연결된 제2 단부(392) 사이에 연장부를 갖는 제2 연결 라인(39)을 또한 포함한다. 제2 삼방향 밸브(37) 형태의 제2 밸브 장치는 제2 연결 라인(39)을 통한 냉각제 유동을 제어하도록 구성된다. 바이패스 라인(18)의 제1 단부(181)는 제2 라디에이터(17) 및 제1 연결 라인(38)의 제2 단부(382)의 상류 위치에 배치된다. 바이패스 라인(18)의 제2 단부(182)는 제2 라디에이터(17) 및 제2 연결 라인(39)의 제1 단부(391)의 하류 위치에 배치된다. 바이패스 밸브 장치(18) 및 삼방향 밸브(36, 37)는 제어 유닛(12)에 의해 제어된다.
하이브리드 차량(1)은 순환 냉매를 갖는 냉동 시스템(26)을 포함한다. 냉동 시스템(26)은 냉매가 응축되는 콘덴서(27)를 포함한다. 액화 냉매는 팽창 밸브(28)로 보내지며, 팽창 밸브(28)에서, 액화 냉매는 압력 강하 및 상당히 낮은 온도를 경험한다. 그 후에, 냉매는 저온 냉각 회로에서 칠러(21)의 형태인 증발기로 유입된다. 냉매는 칠러(21) 내의 냉각제에 의해 가열되어 기화한다. 기화된 냉매는 압축기(29)로 보내진다. 압축기(29)는 냉매가 압축기(29)를 빠져나가 콘덴서(27)로 진입할 때 증가된 압력 및 증가된 온도를 갖도록 냉매의 압축을 제공한다.
냉각 시스템은 제1 전기 모터(31)에 의해 구동되는 제1 라디에이터 팬(30)을 포함한다. 제어 유닛(12)은 제1 라디에이터 팬(30)의 속도 및 제1 전기 모터(31)를 제어한다. 상기 라디에이터 팬(30)은 고온 냉각 회로 내의 제1 라디에이터의 절반과 저온 냉각 회로(15) 내의 제2 라디에이터(17)를 통한 제1 공기 유동(32)을 제공한다. 제2 라디에이터(17)는 제1 공기 유동(32)의 유동 방향에 대해 제1 라디에이터(8)의 상류 위치에 배치된다. 따라서, 제2 라디에이터(17) 내의 냉각제는 제1 라디에이터(8) 내의 냉각제보다 낮은 온도로 냉각된다. 냉각 시스템은 제2 전기 모터(34)에 의해 구동되는 제2 라디에이터 팬(33)을 포함한다. 제어 유닛(12)은 제2 라디에이터 팬(33)의 속도 및 제2 전기 모터(34)를 제어한다. 제2 라디에이터 팬(33)은 제1 라디에이터(8)의 나머지 절반과 냉동 시스템의 콘덴서(27)를 통한 제2 공기 유동(35)을 제공한다. 냉동 시스템(26)의 콘덴서(27)는 제2 공기 유동(35)의 유동 방향에 대해 제1 라디에이터(8)의 상류 위치에 배치된다. 일반적으로, 콘덴서(27) 내의 냉매는 제1 라디에이터(8)의 냉매보다 더 낮은 온도로 냉각되지만, 콘덴서 부하, 콘덴서 성능 및 라디에이터 성능에 따라 다르다.
하이브리드 차량(1)의 작동 중에, 제어 유닛(12)은 제1 온도 센서(14)로부터 냉각제의 온도에 관한 정보 및 제2 온도 센서(25)로부터 냉각제의 온도에 대한 정보를 수신한다. 냉각제의 온도는 전기 에너지 저장 장치(4) 및 전력 전자 장치(5)의 온도와 관련된다. 대안적으로, 전기 에너지 저장 장치(4) 및 전력 전자 장치(5)의 온도를 직접 측정하는 온도 센서가 이용될 수 있다. 제어 유닛(12)은 제1 라디에이터 팬(30) 및 제2 라디에이터 팬(33)의 속도를 제어하여 제1 라디에이터(8)에서 냉각제의 냉각을 제어한다. 냉각제는 제1 라디에이터(8)에서 전력 전자 장치(5)의 적절한 냉각을 제공하는 온도로 냉각된다. 제어 유닛(12)은 제2 라디에이터 팬(34)의 속도 및 제2 라디에이터(17) 내의 냉각제의 냉각을 제어한다. 저온 냉각 회로(15) 내의 냉각제는 전기 에너지 저장 장치(4)를 냉각시키기 전에 제2 라디에이터(17) 및/또는 칠러(21)에서 냉각된다.
전기 에너지 저장 장치(4)가 매우 낮은 온도를 갖는 경우에, 제어 유닛(12)은 제1 라디에이터 팬(30)의 실제 속도 및 제2 라디에이터(17) 내의 냉각제의 냉각을 감소시킬 수 있다. 대안적으로, 제어 유닛(12)은 제2 라디에이터 팬(33)의 실제 속도 및 콘덴서 내의 냉매의 냉각을 감소시킨다. 또한, 제어 유닛(12)은 제2 라디에이터(17)를 지나 바이패스 라인(18)을 통해 냉각제 유동을 지향시키는 바이패스 위치로 바이패스 밸브 장치(19)를 설정할 수 있다. 또한, 제어 유닛(12)은 압축기 냉동 시스템(26)의 압축기(29)를 차단할 수 있다. 그 결과, 칠러(21) 내의 냉각제는 냉각되지 않는다. 최종적으로, 제어 유닛(12)은 연소 엔진(3)을 냉각시키는 냉각제가 전기 에너지 저장 장치(4)로 진입되기 전에 제2 열 교환기(22) 내의 냉각제를 가열하도록 밸브(24)를 개방할 수 있다.
전기 에너지 저장 장치(4)가 매우 높은 온도를 갖는 경우에, 제어 유닛(12)은 냉각제가 제2 라디에이터(17)에서 낮은 온도로 냉각되도록 제1 팬(30)의 속도를 증가시킬 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, 제어 유닛(12)은 압축기(29)를 작동시키고, 전기 에너지 저장 장치(4)로 진입하기 전에 칠러(21)에서 제2 단계로 냉각제의 냉각을 제공할 수 있다. 제2 냉각제의 냉각을 더욱 증가시키기 위해, 제어 유닛(12)은 냉매가 콘덴서(27)에서 낮은 응축 온도를 수용하여 칠러(21) 내의 냉각제의 냉각을 증가시키도록 라디에이터 팬(33)의 실제 속도를 증가시킬 수 있다.
전력 전자 장치(5)가 매우 낮은 온도를 갖는 경우에, 제어 유닛(12)은 라디에이터 팬(30)의 실제 속도 및/또는 제2 팬(33)의 실제 속도를 감소시켜 제1 라디에이터(8)를 빠져나가는 냉각제가 다소 높은 온도를 수용할 수 있다.
전력 전자 장치(5)가 매우 높은 온도를 갖는 경우에, 제어 유닛(12)은 제1 팬(30)의 속도 및/또는 제2 팬(33)의 속도를 증가시켜 상기 라디에이터(8) 내의 제1 냉각제가 낮은 온도로 냉각될 수 있다. 그러나, 주변 공기의 온도가 20℃ 이상인 경우에, 저온 냉각 회로(15) 내의 냉각제를 충분히 낮은 온도로 냉각시키기 위해 제2 라디에이터(17)를 사용하여 전기 에너지 저장 장치(4)를 효율적인 작동 온도로 냉각시키는 것이 불가능하다. 이러한 경우에, 냉동 시스템(26)은 전기 에너지 저장 장치(4)의 전체 냉각 전력을 공급해야 한다. 제어 유닛(12)은 제2 라디에이터(17)를 지나 바이패스 라인(18)을 통해 저온 냉각 회로 내의 냉각제를 지향시키도록 바이패스 밸브 장치(19)를 제어한다.
또한, 제어 유닛(12)은 제1 삼방향 밸브(36)를 제어하여 제1 연결 라인(38)을 통해 제1 라디에이터(8)를 빠져나가는 냉각제를 바이패스 밸브 장치(19)의 하류 위치에 있는 제2 라디에이터 유입 라인(17a)으로 향하게 한다. 또한, 제어 유닛(12)은 제2 삼방향 밸브(37)를 제어하여 제2 연결 라인(39)을 통해 제2 라디에이터(17)를 빠져나가는 냉각제를 고온 냉각 회로(6) 내의 제1 삼방향 밸브(36)의 하류 위치에 있는 제1 라디에이터 배출 라인(17a)으로 복귀시킨다. 이러한 경우에, 고온 냉각 회로 내의 냉각제는 제1 라디에이터(8)에서 제1 단계로 냉각되고, 제2 라디에이터(17)에서 제2 단계로 냉각된다. 이러한 측정은 전력 전자 장치(5)를 향하는 냉각제의 온도를 낮게 한다.
결과적으로, 제어 유닛(12)은 전기 에너지 저장 장치(4)를 냉각시키기 전에 저온 냉각 회로(15) 내의 냉각제의 온도를 조절하고, 전력 전자 장치(5)를 냉각시키기 전에 고온 냉각 회로 (6) 내의 냉각제의 온도를 조절하기 위한 많은 옵션을 가진다. 제어 유닛(12)은 효율적인 작동 온도 범위 내의 온도로 전기 에너지 저장 장치(4) 및 전력 전자 장치(5)를 냉각시키기 위한 가장 에너지 효율적인 옵션에 관한 정보에 액세스할 수 있다. 가장 에너지 효율적인 옵션은 라디에이터 팬들(30, 31) 및 냉동 시스템(26)의 압축기(29)로 전기 에너지의 최소 공급으로 정의될 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하는 실시예들에 결코 국한되지 않으며, 청구항의 범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있다.

Claims (15)

  1. 차량(1) 내의 전력 유닛용 냉각 시스템으로,
    상기 전력 유닛은 전기 기계(2), 전기 에너지를 저장하는 전기 에너지 저장 장치(4), 및 전기 에너지 저장 장치(4)와 전기 기계(2) 사이에서 전기 에너지의 유동을 제어하는 전력 전자 장치(5)를 포함하며, 상기 냉각 시스템은 전력 전자 장치(5)를 냉각하는 순환 냉각제를 갖는 고온 냉각 회로(6), 고온 냉각 회로(6) 내에 배치된 제1 라디에이터(8), 전기 에너지 저장 장치(4)를 냉각하는 순환 냉각제를 갖는 저온 냉각 회로(15), 저온 냉각 회로(15) 내에 배치된 제2 라디에이터(17), 및 칠러(21)에서 저온 냉각 회로(15) 내의 냉각제를 냉각하도록 구성된 냉동 시스템(26)을 포함하는, 냉각 시스템에 있어서,
    전기 에너지 저장 장치(4)를 냉각시키기에 충분히 낮은 온도의 주변 공기에 의해 제2 라디에이터(17)에서 냉각제를 냉각시키는 것이 가능하지 않은 작동 조건 동안에, 상기 냉각 시스템은 제2 라디에이터(17)를 지나 저온 냉각 회로(15)로 냉각제를 향하게 하는 제1 유동 수단(18, 19) 및 고온 냉각 회로 내의 냉각제를 제1 라디에이터(8)로 향하게 하는 제2 유동 수단(36-39)을 포함하며, 고온 냉각 회로 내의 냉각제는 제1 라디에이터(8)에서 제1 단계로 냉각되고, 이어서 전력 전자 장치(5)를 냉각하는데 사용되기 이전에 제2 라디에이터(17)에서 제2 단계로 냉각되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 유동 수단은 제1 라디에이터(8)의 하류 위치에서 고온 냉각 회로에 연결된 제1 단부(381) 및 제2 라디에이터(17)의 상류 위치에서 저온 냉각 회로(15)에 연결된 제2 단부(382) 사이에 연장부를 갖는 제1 연결 라인(38), 제1 연결 라인(38)을 통한 냉각제 유동을 제어하도록 구성된 제1 밸브 장치(36), 제2 라디에이터(17)의 하류 위치에서 저온 냉각 회로(6)에 연결된 제1 단부(391) 및 제1 연결 라인(38)의 제1 단부(381)의 하류 위치에서 고온 냉각 회로(6)에 연결된 제2 단부(392) 사이에 연장부를 갖는 제2 연결 라인(39), 및 제2 연결 라인(39)을 통한 냉각제 유동을 제어하도록 구성된 제2 밸브 장치(37)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 밸브 장치는 제1 연결 라인(38)의 제1 단부(381) 또는 제2 단부(382)에 배치되는 삼방향 밸브(36)인 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 밸브 장치는 제2 연결 라인(39)의 제1 단부(391) 또는 제2 단부(392)에 배치되는 삼방향 밸브(37)인 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유동 수단은 제2 라디에이터(17)의 상류 위치에서 저온 냉각 회로(15)에 연결된 제1 단부(181) 및 제2 라디에이터(17)의 하류 위치에서 저온 냉각 회로(15)에 연결된 제2 단부(182) 사이에 연장부를 갖는 바이패스 라인(18), 및 상기 바이패스 라인(18)을 통한 냉각제 유동을 제어하도록 구성된 바이패스 밸브 장치(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바이패스 밸브 장치는 바이패스 라인(18)의 제1 단부(181) 또는 제2 단부(182)에 배치되는 삼방향 밸브(19)인 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  7. 제2항 및 제5항에 있어서,
    바이패스 라인(18)의 제1 단부(181)는 저온 냉각 회로(15) 내의 제1 연결 라인(38)의 제2 단부(382)의 상류 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  8. 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    바이패스 라인(18)의 제2 단부(182)는 저온 냉각 회로(15) 내의 제2 연결 라인(39)의 제1 단부(391)의 하류 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 시스템은 전기 에너지 저장 장치(4)의 온도 및 전력 전자 장치(5)의 온도에 관한 정보를 수신하고, 이들 정보를 이용하여 냉각 시스템을 제어하도록 구성된 제어 유닛(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉각 시스템은 주변 공기 온도(40)에 관한 정보를 수신하고, 주변 공기 온도(40)가 사전에 정해진 온도를 초과할 때, 고온 냉각 회로 내의 냉각제가 제1 라디에이터(8)에서 제1 단계로 그리고 제2 라디에이터(17)에서 제2 단계로 냉각시키기 위해 상기 밸브 장치(36, 37)들을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  11. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 시스템은 제1 라디에이터(8)의 제1 부분 및 제2 라디에이터(17)를 통한 제1 공기 유동(32)을 제공하도록 구성된 제1 라디에이터 팬(30) 및 제1 라디에이터(8)의 제2 부분 및 냉동 시스템(26)의 콘덴서(27)를 통한 제2 공기 유동(35)을 제공하도록 구성된 제2 라디에이터 팬(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 라디에이터(8)의 상기 제1 부분은 제1 공기 유동(32)의 의도된 유동 방향에 대해 제2 라디에이터(17)의 하류 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    제1 라디에이터(8)의 상기 제2 부분은 제2 공기 유동(35)의 유동 방향에 대해 냉동 시스템의 콘덴서(27)의 하류 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    각각의 라디에이터 팬(30, 33)은 전기 모터(31, 34)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    라디에이터 팬들(30, 33)의 속도는 제어 유닛(12)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
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