KR20190103252A - 액체 냉각재 전달 회로를 포함하는 하이브리드 전기 차량을 위한 냉각 시스템을 작동시키기 위한 방법 - Google Patents

액체 냉각재 전달 회로를 포함하는 하이브리드 전기 차량을 위한 냉각 시스템을 작동시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 열 엔진(12)과 전기 모터(14)를 포함하는 하이브리드 차량을 위한 냉각 시스템(10)의 작동 방법에 관한 것으로, 전기 모드(electric mode)에서 상기 냉각 시스템(10)의 작동 방법은 적어도 아래의 단계들: - 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도가 저온 냉각 회로(200)의 임계 작동 온도(TFmax)보다 낮은지 또는 높은지를 판단하는 단계(E1); 및 - 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도가 저온 냉각 회로(200)의 임계 작동 온도(TFmax)보다 낮을 때, 고온 냉각 회로(100)와 저온 냉각 회로(200)를 서로 연결하는 전달 회로(300)를 제어하기 위한 제어 수단(302, 306)을 개방하는 단계(E2);를 포함한다.

Description

액체 냉각재 전달 회로를 포함하는 하이브리드 전기 차량을 위한 냉각 시스템을 작동시키기 위한 방법
본 발명은 액체 냉각재 전달 회로(liquid coolant transfer circuit)를 포함하는 하이브리드 차량을 위한 냉각 시스템을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다.
더욱 구체적으로, 본 발명은 적어도 연소 엔진과 전기 모터를 포함하는 하이브리드 차량을 위한 냉각 시스템을 작동시키기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 냉각 시스템은 적어도:
- 연소 엔진을 냉각시키기 위한 고온 냉각 회로와, 전기 모터와 관련된 고전압 배터리를 냉각시키기 위한 저온 냉각 회로, 및
- 고온 냉각 회로와 저온 냉각 회로를 연결하며, 전달 회로 내의 액체 냉각재의 순환을 제어하기 위한 조절 수단을 포함하는 액체 냉각재 전달 회로를 포함한다.
하이브리드 차량에 장착된 이러한 냉각 시스템들은 "PHEVs(Plug-in Hybrid Electric Vehicles)"로 지칭되기도 하며 종래 기술로부터 알려져 있다.
일반적으로, 하이브리드 차량에서 아래와 같이 다양한 작동 모드들 사이에 구별이 있다.
- 전기 모드는 때때로 "ZEV(Zero Emission Vehicle)" 모드로서 지칭되며, 이 모드에서 차량은 연소 엔진의 개입 없이 전기 모터에 의해 추진 및/또는 구동된다;
- 연소 엔진 모드에서, 차량은 전기 모터의 개입 없이 연소 엔진 단독에 의해 구동 및/또는 추진된다;
- 하이브리드 모드에서, 차량은 연소 엔진과 전기 모터에 의해 동시에 구동 및/또는 추진된다.
하이브리드 차량은 일반적으로 전기 모드에서 시동된다. 그러나, 온도가 낮을 때, 일반적으로 -20℃ 아래일 때, 대기 조건 때문에 때때로 전기 모드에서의 시동이 성취될 수 없는 상태가 발생된다.
온도가 결정된 최소 작동 온도(Tu-min)보다 아래인 경우에 전기 모터와 관련된 고전압 배터리가 작동하지 않는다.
사용 시에, 전기 모터와 관련된 고전압 배터리는 최대 작동 온도(Tu-max)보다 더 높은 온도이어서는 안되며, 이는 냉각 시스템이 저온 냉각 회로를 포함하는 이유 중 하나이다.
비제한적으로, 고전압 배터리를 위한 최소 작동 온도(Tu-min)와 최대 작동 온도(Tu-max)는 예를 들어 0℃ 내지 34℃ 사이에 포함된다.
그러나, 최소(Tu-min) 및 최대(Tu-max) 작동 온도의 값들은 배터리의 유형에 따라, 특히 기술에 따라, 더욱 구체적으로 사용된 전해액에 따라 변하기 쉽다.
따라서, 고전압 배터리를 위한 최대 작동 온도(Tu-max)는 냉각 시스템의, 더욱 구체적으로, 저온 냉각 회로의 작동에서 고려되는 제1 임계 온도값을 구성한다.
하이브리드 차량이 전기(ZEV) 모드에서 작동될 때, 종래 기술에 따른 냉각 시스템의 저온 냉각 회로는 오직 전기 모터 및 관련된 고전압 배터리와 같은 전기적 구성요소들을 냉각시키기 위해 사용되는 냉각 회로이다.
전기 모터에 대한 요구가 클 경우에, 저온 냉각 회로 내의 액체 냉각재의 온도는 최대 작동 온도(TFmax)에 접근하거나 도달할 때까지 빠르게 상승한다.
비제한적으로, 최대 작동 온도(TFmax)의 값은 예를 들어 60℃이다.
최대 작동 온도(TFmax)는 특히 전기 모터에 의해, 보다 일반적으로, 전자 부품들과 같은 전력 요소들에 의해 결정된다.
따라서, 최대 작동 온도(TFmax)는 냉각 시스템의 저온 냉각 회로의 제어에서 고려될 필요가 있는 제2 임계 온도값을 구성한다.
고전압 배터리의 온도를 추정하기 위해 그리고 보다 일반적으로 전기(ZEV) 모드의 사용을 위한 조건에 맞는지를 판단하기 위해, 관행은 저온 냉각 회로 내의 액체 냉각재의 온도를 측정하는 것이며, DOR체 냉각재의 온도는 대표하는 온도가 될 것으로 생각된다.
아래의 본 발명의 설명에서, "액체 냉각재(liquid coolant)"라는 용어는 넓은 의미로 냉각하거나 열 에너지를 방출함으로써 가열하는데 구별 없이 사용될 수 있는 열전달 유체로서 해석된다.
아래에서, 고온 냉각 회로라는 용어의 의미는, 열전달 유체가 다른 냉각 회로 내에서 순환하는 열전달 유체의 온도보다 더 높은 온도를 가지는 냉각 회로를 의미하며, 다른 냉각 회로는 이와 비교하여 저온 냉각 회로로 불린다.
하이브리드 차량이 시동된 후에, 뒤이어 전기 모드로 작동함으로써, 저온 냉각 회로에 의해 얻어지는 냉각을 최적화하는 것이 바람직하다.
전기 모드에서, 작동 중 저온 냉각 회로에 의해 조절되는 액체 냉각재의 온도는 전기 모터와 관련된 전력 전자기기들의 효율, 전자 부품들과 배터리의 신뢰성과 수명에 영향을 미친다.
따라서, 하이브리드 차량이 전기 모드일 때, 저온 냉각 회로를 사용하여 얻어지는 냉각을 향상시킬 수 있는 해법들이 추구되었다.
얻어진 냉각을 향상시키기 위한 하나의 해법은 액체 냉각재의 온도 상승을 제한하기 위해 저온 냉각 회로에 포함된 냉각 라디에이터를 대형화하는 것일 수 있다.
그러나, 하이브리드 차량의 전방에서 저온 냉각 회로의 냉각 라디에이터를 배치하기 위해 이용 가능한 공간은, 특히 설치 제약 때문에, 자주 제한된다.
구체적으로, 설치 제약은, 연소 엔진에 추가하여 전기 모터, 전력 요소들 및 고전압 배터리가 존재하는 하이브리드 차량의 경우에 더 빠듯하다.
따라서, 이러한 해법은 공간과 비용의 이유로 만족스럽지 않다.
본 발명의 중요한 목적은, 전기 모드에서, 전기 모터 및 고전압 배터리와 관련된 저온 냉각 회로를 사용하여 얻어지는 냉각을 향상시킬 수 있는, 하이브리드 차량을 위한 냉각 시스템을 작동시키기 위한 방법을 제안하는 것이다.
이 목적을 위해, 본 발명은 위에서 설명된 유형의 하이브리드 차량을 위한 냉각 시스템의 작동 방법을 제안하며, 전기 모드(electric mode)에서 상기 냉각 시스템의 작동 방법은 적어도:
- 고온 냉각 회로 내에 존재하는 액체 냉각재가 상기 저온 냉각 회로의 최대 작동 온도(TFmax)보다 아래의 온도인지 또는 위의 온도인지를 판단하는 단계(E1);
- 상기 단계의 결과에 근거하여 전달 회로를 조절하는 조절 수단을 선택적으로 제어하는 단계(E2);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 냉각 시스템의 작동 방법은 전기 모드에서, 특히 하이브리드 차량의 냉태 시동(cold start) 중에 시행된다.
유리하게는, 선택적으로 전달 회로를 통해 저온 냉각 회로를 고온 냉각 회로와 연통되도록 배치하는 것은, 전기 모드에서, 고전압 배터리와 전기 모터의 전력 부품들의 냉각을 향상시키킬 수 있게 한다.
본 발명에 의하면, 저온 냉각 회로 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도의 상승이 제한되며, 그 결과로서 고전압 배터리, 전기 모터 및 전기 모드에서의 전력 부품들의 작동 온도가 낮아진다.
본 발명은 유리하게는, 액체 냉각재의 온도가 최대 작동 온도(TFmax)보다 아래일 때, 고온 냉각 회로 내에 처음에 존재하는 액체 냉각재의 열적 관성(thermal inertia)을 이용한다.
상기 전달 회로는, 전기 모드에서, 하이브리드 차량의 냉각 시스템 내에 존재하는, 즉 저온 냉각 회로와 고온 냉각 회로 내에 존재하는 모든 액체 냉각재를 사용할 수 있게 한다.
유리하게는, 선택적으로 고온 냉각 회로의 냉각 라디에이터를 사용하기 위해 온도조절기와 같은 조절 수단에 명령함으로써, 전기 모드에서의 냉각은 더욱 향상된다.
본 발명에 따른 작동 방법은, 전기 모드에서의 냉각을 개선함으로써, 액체 냉각재의 온도의 상승을 제한할 수 있게 한다.
상기 작동 방법은, 전기 모드에서의 냉각을 개선함으로써, 이전에 저온 냉각 회로 단독에 의해 얻어지는 온도보다 낮은 작동 온도를 유지할 수 있게 한다.
냉각의 개선의 결과로서, 작동 온도는 예를 들어 대략 40℃로 낮아지며, 이는 유리하게는 전력 전자기기들과 전기 모터의 효율을 향상시키고 전자 부품들과 배터리의 신뢰성 및 수명을 향상시킨다.
본 발명의 가르침에 따르면, 전달 회로를 통해 순환하는 액체 냉각재를 통해 저온 냉각 회로로부터 고온 냉각 회로로 열 에너지의 전달이 일어난다.
추가로, 본 발명은 전기 모드에서의 작동을 넘는 이점들을 제공한다.
구체적으로, 전기 모드에서의 냉각 중에 일어나는 열 에너지의 전달은 고온 냉각 회로 내에 존재하는 액체 냉각재의 온도가 상승하는 결과적인 효과를 가진다.
고온 냉각 회로 내에 존재하는 액체 냉각재의 온도는, 예를 들어 시동의 경우에 주변 온도에 대응되는 초기 값으로부터 더 높은 최종 온도로 상승하며, 예를 들어 20℃로부터 40℃ 내지 60℃ 사이에 포함되는 온도까지 상승한다.
유리하게는, 작동 모드가 전기 모드에서 다른 작동 모드, 즉 연소 엔진 모드 또는 하이브리드 모드로 전환될 때, 예열된 액체 냉각재의 온도는 연소 엔진이 최적 작동 온도에 도달하는데 필요한 시간을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 연소 엔진의 온도가 상승하게 되는 "예열(warm-up)" 단계가 짧아지게 되고, 이에 따라 오염물질이 감소되며, 특히 간접적인 연료 분사를 가진 가솔린 엔진과 같은 연소 엔진이 시동될 때 방출되는 오염 입자들의 방출이 줄어들게 되는 이익이 있다.
본 발명의 다른 특징들에 따르면:
- 상기 고온 냉각 회로 내의 액체 냉각재의 온도가 상기 저온 냉각 회로의 최대 작동 온도(TFmax)와 적어도 동일한 (또는 위인) 경우에, 상기 작동 방법은, 상기 전달 회로를 조절하는 조절 수단이 폐쇄 위치가 되도록 명령하거나 상기 조절 수단을 폐쇄 위치에 유지하는 단계(E20)를 포함하며;
- 상기 작동 방법은, 상기 저온 냉각 회로 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 고전압 배터리의 최대 작동 온도보다 아래인지를 판단하는 단계(E3)를 포함하며;
- 상기 저온 냉각 회로 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 고전압 배터리의 최대 작동 온도보다 위인 경우에, 상기 작동 방법은, 상기 고전압 배터리를 포함하는 저온 냉각 회로의 배관 내의 액체 냉각재의 순환을 중단시키기 위해 적어도 조절 밸브의 폐쇄를 명령하는 단계(E4)를 포함하며;
- 상기 저온 냉각 회로 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 고전압 배터리의 최대 작동 온도보다 아래일 때, 상기 확인 단계(E3)가 반복되며;
- 상기 작동 방법의 단계(E4)에서, 전기 펌프가 적어도 하나의 냉각기(cooler)를 포함하는 저온 냉각 회로의 배관 내의 액체 냉각재를 순환시키도록 명령하며;
- 상기 작동 방법은, 상기 저온 냉각 회로 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 최대 작동 온도보다 아래인지를 판단하는 단계(E5)를 포함하며;
- 상기 저온 냉각 회로 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 최대 작동 온도에서 결정된 값을 뺀 값과 동일한 기준 온도보다 위인 경우에, 상기 작동 방법은 적어도 전동 팬 유닛(motorized fan unit)을 켜는 단계(E6)를 포함하며;
- 상기 단계(E6)에서, 상기 고온 냉각 회로의 냉각 라디에이터를 통해 액체 냉각재를 냉각시키기 위해 온도조절기를 작동시키며;
- 상기 저온 냉각 회로 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 기준 온도보다 아래인 경우에, 상기 확인 단계(E5)가 반복되며;
- 상기 고온 냉각 회로 내의 액체 냉각재의 온도가 상기 최대 작동 온도에서 결정된 값을 뺀 값과 동일한 기준 온도와 적어도 동일한 경우에, 상기 방법은, 상기 저온 냉각 회로 내의 액체 냉각재의 온도에 따라 상기 냉각 시스템을 작동시키는 단계(E21)를 포함하며, 상기 저온 냉각 회로 내의 액체 냉각재의 온도가 상기 최대 작동 온도보다 아래에서 유지되는 동안은 상기 전달 회로를 조절하는 조절 수단은 개방 위치에 유지된다.
본 발명의 추가적인 특징들과 이점들은 아래의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이며, 그 이해를 위해 첨부된 도면들이 참조된다.
- 도 1은 하나의 예시적인 실시예에 따른 하이브리드 차량을 위한 냉각 시스템의 개략도이고, 이는 각각 고온 냉각 회로와 저온 냉각 회로를 연결하는 전달 회로를 통한 액체 냉각재의 순환을 선택적으로 제어하기 위한 조절 수단을 포함하는 전달 회로를 보여주며;
- 도 2는 도 1에 따른 냉각 시스템을 제어하기 위한 작동 방법의 단계들을 도시한 논리 선도이고, 이는 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 냉각 시스템을 작동시키기 위해 사용되는 전략을 보여주며;
- 도 3은 도 2의 전략에 따른 냉각 시스템의 작동을 보여주는 다양한 곡선들을 나타낸 그래프 형태의 도면이며, 이는, 세로축에, 한편으로는 고온 및 저온 냉각 회로들 내의 액체 냉각재의 온도를 보여주고, 다른 한편으로는 연소 엔진과 전기 모터에서의 부하(C)(%로 표시됨)를 보여주며, 대응되는 곡선들은 가로축에 표시된 시간(초로 표시됨)의 함수로서 표시되며;
- 도 4는 도 1에 따른 냉각 시스템을 제어하기 위한 작동 방법의 단계들을 도시한 논리 선도이고, 이는 도 1에 따른 냉각 시스템을 작동시키는데 사용되는 전략의 실시예의 대체 가능한 형태를 보여준다.
도 1은 하이브리드 차량(미도시)을 위한 냉각 시스템(10)의 예시적인 실시예를 도시한다.
이러한 하이브리드 차량은 "PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)"로 알려져 있으며, 한편으로는 연소 엔진(12)을 포함하고, 다른 한편으로는 전기 모터(14)를 포함하는 특징을 가진다.
하이브리드 차량은 다양한 작동 모드로 사용될 수 있으며, 그 작동 모드들은 아래를 포함한다.
- 전기 모드는 때때로 "ZEV(Zero Emission Vehicle)" 모드로서 지칭되며, 이 모드에서 차량은 연소 엔진의 개입 없이 전기 모터에 의해 추진 및/또는 구동된다;
- 연소 엔진 모드에서, 차량은 전기 모터의 개입 없이 연소 엔진 단독에 의해 구동 및/또는 추진된다;
- 하이브리드 모드에서, 차량은 연소 엔진과 전기 모터에 의해 동시에 구동 및/또는 추진된다.
상기 전기 모터(14)는, 차량을 구동하는 단계 중에 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 제동 단계("재생(regeneration)"으로도 지칭됨) 중에 역으로 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환한다.
작동을 위해, 상기 전기 모터(14)는 적어도 인버터 변환기(inverter converter)(16)를 포함하는 다양한 구성요소들과 관련된다.
상기 변환기(16)는 전기 모터(14)의 전력 컴퓨터(power computer)이며, 구동 또는 재생에서 모터(14)를 제어하기 위해 가속기와 브레이크 페달을 포함하는 많은 센서들로부터 작동 파라미터들을 수신한다.
배터리(18)는 이러한 구성요소들 중 하나이며, 상기 배터리(18)는 회수된 운동 또는 위치 에너지를 전기의 형태로 저장한다. 상기 배터리(18)는 특히 연소 엔진(12)의 시동을 위해 사용되는 다른 배터리와 비교하여 "고전압" 배터리로서 지칭되는 배터리이다.
그러나, 상기 배터리(18)는 전기 에너지를 전기 모터(14)로 전달하기 위해 적어도 작동 온도(Tu)에 있어서 한다.
비제한적으로, 상기 배터리(18)의 작동 온도(Tu)는 예를 들어 10℃이다. 전기 모드에서 하이브리드 차량의 사용을 지배하는 조건들 중 하나는 상기 배터리가 상기 작동 온도(TU)보다 높거나 동일한 온도를 가져야 하는 것이다.
그렇지 않으면, 그리고 시동의 경우에 전제부에서 설명한 바와 같이, 하이브리드 차량은 적어도 상기 배터리(18)가 전기 모드의 사용을 허용하는 작동 온도(Tu)보다 높거나 동일한 온도에 도달할 때까지 연소 엔진 모드로 사용되어야 한다.
비록 도 1에 상세하게 도시되어 있지 않다 하더라도, 전기 모터(14)와 관련된 다른 구성요소들은 일반적으로 적어도 하나의 DC/DC 변환기(converter)와 충전장치, 또는 대체 가능하게는 교류발전기-시동장치(alternator-starter)를 포함한다.
상기 DC/DC 변환기는 고전압 배터리(18)에 의해 12V 배터리를 재충전할 수 있게 하고 차량을 작동시킬 때 스위치를 켜서 전기 소비장치에 전력을 공급할 수 있게 하며, 상기 충전장치는 전력 분배 망에 의해 공급된 에너지를 고전압 배터리(18)를 재충전하는데 적용할 수 있도록 한다.
상기 냉각 시스템(10)은 적어도 하나의 냉각 회로(100)를 포함하며, 이는 고온 냉각 회로로 지칭된다.
상기 고온 냉각 회로(100)는 하이브리드 차량의 적어도 연소 엔진(12)을 냉각시키는데 사용된다.
참고로, 하이브리드 차량은 적어도 하나의 저압 배기가스 재순환 오염-제어장치(미도시)를 구비한다.
상기 저압 배기가스 재순환 오염-제어장치는 상기 고온 냉각 회로(100)와 열전달 관계에 있다.
상기 고온 냉각 회로(100)는 상기 엔진(12)에 대한 바이패스로서 장착된 적어도 하나의 냉각 배관(102)을 포함하며, 상기 냉각 배관(102)에 적어도 하나의 열교환기(104)가 배치된다.
상기 열교환기(104)는 저압 배기가스 재순환 오염-제어장치에 의해 사용된 배기가스를 냉각시키기 위한 것이다.
상기 고온 냉각 회로(100)는 상기 회로(100)를 통해 액체 냉각재를 순환시키기 위해 엔진(12)의 상류에 배치된 적어도 하나의 펌프(106)를 포함한다.
상기 고온 냉각 회로(100)는 적어도 상기 연소 엔진(12)의 배출구와 상기 펌프(106)의 유입구에 연결된 제1 냉각 루프(108)를 포함한다.
상기 고온 냉각 회로(100)의 제1 냉각 루프(108)는 하이브리드 차량을 난방하기 위한 적어도 하나의 유닛 히터(unit heater)(110)를 포함한다.
상기 고온 냉각 회로(100)의 제1 냉각 루프(108)는 적어도 하나의 냉각 배관(112)을 포함하며, 상기 냉각 배관(112)은 상기 제1 냉각 루프(108)에 대한 바이패스로서 적어도 하나의 열교환기(114)를 포함한다.
상기 열교환기(114)는 다른 고압 배기가스 재순환 오염-제어장치(미도시)의 배기가스를 냉각시키기 위한 것이다.
상기 고온 냉각 회로(100)의 제1 냉각 루프(108)는 적어도 하나의 추가적인 펌프(116)를 포함한다.
상기 펌프(116)는 상기 유닛 히터(110)의 하류에 그리고 상기 고압 배기가스 재순환 오염-제어장치와 관련된 냉각 배관(112)의 상류에 배치된다.
참고로, 상기 고온 냉각 회로(100)의 제1 냉각 루프(108)는 상기 연소 엔진(12) 내에 사용되는 오일을 냉각시키기 위한 물-오일(water-oil) 유형의 열교환기(118)를 포함한다.
상기 고온 냉각 회로(100)의 제1 냉각 루프(108) 내의 액체 냉각재는 도 1에 표시된 화살표 방향으로, 즉 반시계 회전 방향으로 순환한다.
상기 고온 냉각 회로(100)는 상기 연소 엔진(12)의 배출구와 상기 펌프(106)의 유입구에 연결된 적어도 제2 냉각 루프(120)를 포함한다.
상기 고온 냉각 회로(100)의 제2 냉각 루프(120)는 적어도 하나의 냉각 라디에이터(122)를 포함한다.
상기 라디에이터(122)는 고온 냉각 회로(120)의 냉각 액체를 냉각시키기 위한 것이다.
상기 고온 냉각 회로(100)의 제2 냉각 루프(120)는 상기 냉각 라디에이터(122)의 하류에 배치된 온도조절기(thermostat)(124)를 포함한다.
상기 고온 냉각 회로(100)의 제2 냉각 루프(120)는 바이패스로서 지칭되는 적어도 하나의 배관(126)을 포함하며 이는 상기 냉각 라디에이터(122) 둘레의 바이패스로서 장착된다.
상기 배관(126)은 액체 냉각재를 탈가스시키는 것을 목적으로 하는 팽창 용기(128)를 포함한다.
상기 고온 냉각 회로(100)의 제2 냉각 루프(120) 내의 액체 냉각재는 도 1에 표시된 화살표 방향으로, 즉 시계 회전 방향으로 순환한다.
상기 냉각 시스템(10)은 냉각 회로(200)
상기 냉각 시스템(10)은 하이브리드 차량에 구비된 적어도 전기 모터(14)를 냉각시키기 위한 냉각 회로(200)를 포함하며, 이는 저온 냉각 회로로 지칭된다.
상기 연소 엔진(12)과 관련된 고온 냉각 회로(100)에서, 액체 냉각재는 작동 중에 너무 높은, 예를 들어 대략 90℃의 온도에 도달하며, 동일한 액체 냉각재가 전기 모터(14)의 작동과 관련된 어떤 구성요소들을 냉각시키기 위해 사용될 수 있기 위해서는 더 낮은 온도, 예를 들어 60℃ 아래의 온도로 유지될 필요가 있다.
이것이 하이브리드 차량을 위한 냉각 시스템(10)이, 한편으로는 연소 엔진(12)을 냉각시키기 위한 고온 냉각 회로(100)를 포함하고, 다른 한편으로는, 전기 모터(14)를 냉각시키기 위한 저온 냉각 회로(200)를 포함하는 이유이다.
상기 저온 냉각 회로(200)는 또한 차량이 전기 모드에서 작동될 수 있도록 전기 모터(14)와 관련된 전술한 다른 구성요소들을 냉각시키기 위해 사용된다.
상기 전기 모터(14)는 일반적으로 적어도 인버터 변환기(inverter converter)(16), 충전장치, DC/DC 변환기, 또는 교류발전기-시동장치와 관련된다.
상기 저온 냉각 회로(200)는 적어도 제1 냉각 루프(202)를 포함한다.
상기 제1 냉각 루프(202)는 적어도 상기 제1 냉각 루프(202) 내의 액체 냉각재의 순환을 조절하기 위한 조절 밸브(204), 예를 들어 3방향 밸브(three-way valve) 유형의 밸브를 포함한다.
상기 제1 냉각 루프(202)는 전기 펌프(208)와 냉각기(210)를 포함하는 적어도 제1 배관(206)을 포함한다.
상기 제1 냉각 루프(202)는 적어도 제2 배관(212)을 포함하며, 상기 제2 배관(212)은 상기 제1 배관(206)에 병렬이며 전기 모터(14)와 관련된 고전압 배터리(18)를 포함한다.
상기 조절 밸브(204)는 각각 상기 저온 냉각 회로(200)의 제1 냉각 루프(202)를 형성하는 제1 배관(206)과 제2 배관(212) 내의 액체 냉각재의 순환을 조절하기 위한 것이다.
상기 저온 냉각 회로(200)의 제1 냉각 루프(202) 내의 액체 냉각재는 도 1에 표시된 화살표 방향으로 순환하며, 즉 반시계 회전 방향으로 순환한다.
상기 저온 냉각 회로(200)는 적어도 제2 냉각 루프(214)를 포함한다.
상기 제2 냉각 루프(214)는 적어도 하나의 배관(216)을 포함하며, 이 배관(216)에 상기 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 라디에이터(218)가 배치된다.
상기 제2 냉각 루프(214)는 상기 배관(216)의 냉각 라디에이터(218)의 하류에 배치된 전기 펌프(215)를 포함한다.
상기 저온 냉각 회로(200)의 제2 냉각 루프(214)는, 상기 라디에이터(218)를 통과하는 상기 배관(216) 내의 액체 냉각재의 순환을 제어하기 위해 라디에이터(218)의 상류에 배치된 적어도 온도조절기(219)를 포함한다.
상기 제2 냉각 루프(214) 내의 액체 냉각재는 도 1에 표시된 화살표 방향으로 순환하며, 즉 시계 회전 방향으로 순환한다.
상기 저온 냉각 회로(200)의 저온 냉각 루프(214)는 탈가스 기능을 수행하기 위해 적어도 하나의 팽창 용기(220)를 포함한다.
상기 팽창 용기(220)는 예를 들어 상기 저온 냉각 회로(200) 내의 액체 냉각재를 냉각시키기 위한 냉각 라디에이터(218)의 하류에 배치된다.
상기 저온 냉각 회로(200)는 적어도 제3 냉각 루프(222)를 포함한다.
상기 저온 냉각 회로(200)의 제3 냉각 루프(222)는 적어도 제1 배관(224)을 포함하며, 상기 제1 배관(224)은 적어도 차지 공기 냉각기(charge air cooler)(226)를 포함한다.
참고로, 상기 차지 공기 냉각기(226)는 공기-물 유형이며, "WCAC(Water-cooled Charge Air Cooler)"로 알려져 있다.
상기 저온 냉각 회로(200)의 제3 냉각 루프(222)는 전기 펌프(228)를 포함한다. 상기 전기 펌프(228)는 상기 차지 공기 냉각기(226)의 상류에 배치된다.
도시되지 않은 대체 가능한 형태에서, 상기 저온 냉각 회로의 제3 냉각 루프(222)는 바이패스 배관으로 알려진 제2 배관을 포함하며, 상기 제2 배관은 제1 배관(224) 내에 배치된 차지 공기 냉각기(226)를 우회하도록 장착된다.
상기 차지 공기 냉각기(226) 둘레에 이러한 바이패스 배관을 설치하는 이익은 상기 저온 냉각 회로의 액체 냉각재를 선택적으로 편향시킬 수 있는 가능성에 있다. 유리하게는, 밸브와 같은 조절 수단이 제공된다.
상기 저온 냉각 회로 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 충분히 높지 않을 때, 특히 그 온도가 배터리(18)의 작동 온도(Tu) 아래일 때, 액체 냉각재는 상기 냉각기(226)에서 차지 공기로부터 열 에너지를 수집하여 액체 냉각재의 온도 상승을 가속할 수 있다.
액체 냉각재는 상기 제3 냉각 루프(222) 내에서 도 1에 표시된 화살표 방향으로 순환하며, 즉 반시계 회전 방향으로 순환한다.
상기 냉각 시스템(100)은 상기 고온 냉각 회로(100)와 저온 냉각 회로(200)를 연결하는 액체 냉각재 전달 회로(transfer circuit)(300)를 포함한다.
상기 전달 회로(300)는, 액체 냉각재를 사용하여, 상기 고온 냉각 회로와 저온 냉각 회로 중 하나와 다른 하나 사이에서 선택적으로 열 에너지를 전달할 수 있다.
상기 전달 회로(300)는 조절 수단을 포함하며, 상기 조절 수단은, 상기 액체 냉각재를 사용하여 고온 냉각 회로(100)와 저온 냉각 회로(200) 사이에서 열 에너지를 전달하기 위해 상기 전달 회로(300)를 통해 액체 냉각재를 선택적으로 순환시키는 방식으로 작동된다.
상기 조절 수단은 적어도 상기 전달 회로(300)의 제1 아웃바운드 배관(outbound pipe)(304)과 관련된 제1 밸브(302)와, 상기 전달 회로(300)의 제2 복귀 배관(return pipe)(308)과 관련된 제2 밸브(306)를 포함한다.
상기 조절 수단들(302, 306)은 적어도 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 제어되며, 개방 위치에서 상기 고온 냉각 회로(100)와 저온 냉각 회로(200) 사이에서의 액체 냉각재의 순환이 이루어진다.
상기 전달 회로(300)의 제1 아웃바운드 배관(304)은 상기 고온 냉각 회로(100)의 제1 냉각 루프(108)의 열교환기(118)의 하류에 연결된다.
상기 전달 회로(300)의 제1 아웃바운드 배관(304)은 상기 저온 냉각 회로(200)의 제1 및 제2 냉각 루프들(202, 214) 사이에서 상기 제2 냉각 루프(214)의 상류에 연결된다.
상기 전달 회로(300)의 제1 아웃바운드 배관(304)은 상기 저온 냉각 회로(200)의 제2 냉각 루프(214)에 연결되되, 상기 전기 모터(14)의 하류에 그리고 상기 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재를 냉각시키기 위한 라디에이터(218)의 상류에 연결된다.
상기 제1 밸브(302)는 상기 제1 아웃바운드 배관(304)과 저온 냉각 회로(200) 사이의 연결 지점에서 상기 제1 아웃바운드 배관(304)의 유입구에 배치된다.
상기 전달 회로(300)의 제1 아웃바운드 배관(304)은 상기 고온 냉각 회로(100)의 제1 냉각 루프(108)에 연결되되, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 펌프(106)의 상류에 연결된다.
상기 전달 회로(300)의 제2 복귀 배관(308)은 상기 고온냉각 회로(100)의 제2 냉각 루프(120)의 하류와 상기 저온 냉각 회로(200)의 제2 냉각 루프(214)의 하류에 연결된다.
상기 전달 회로(300)의 제2 복귀 배관(308)은 상기 저온 냉각 회로(200)의 제2 냉각 루프(214)에 연결되되, 상기 저온 냉각 회로(200)의 액체 냉각재를 냉각시키기 위한 냉각 라디에이터(218)의 하류에 그리고 상기 전기 펌프(215)의 상류에 연결된다.
상기 제2 밸브(306)는 상기 제2 복귀 배관(308)과 고온 냉각 회로(100) 사이의 연결 지점에서 상기 제2 복귀 배관(308)의 유입구에 배치된다.
도 2는 도 1에 따른 냉각 시스템을 작동시키는 방법에 의해 수행된 다양한 단계들을 나타내는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 논리 선도를 보여준다.
상기 냉각 시스템(10)을 제어하기 위한 방법은, 특히 하이브리드 차량의 냉태 시동(cold-starting) 시에, 전기(ZEV) 모드에서 수행되도록 의도된 것이다.
참고로, 상기 작동 방법은, 예를 들어, 고전압 배터리(18)의 충전량과 같은 전기 모드에서의 작동과 연결된 작동 파라미터들을 확인하거나 아니면 배터리(18)의 온도가 실제로 최소 작동 온도(Tu-min)보다 위인지를 확인하는 초기화 단계(EO)를 포함한다.
상기 초기화 단계(E0)는 특히 하이브리드 차량을 시동할 때 시행된다.
본 발명에 따르면, 상기 냉각 시스템(10)을 전기 모드에서 작동시키는 방법은, 적어도 고온 냉각 회로(100) 내에 존재하는 액체 냉각재가 저온 냉각 회로(200)의 최대 작동 온도(TFmax)보다 아래의 온도인지 또는 위의 온도인지를 판단하는 제1 단계(E1)를 포함한다.
구체적으로, 전기 모드에서의 냉각을 향상을 위해 상기 저온 냉각 회로(200)로부터 고온 냉각 회로(100)로의 열 에너지의 전달은 오직 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재가 저온 냉각 회로(200)의 최대 작동 온도(TFmax)보다 낮은 온도인 경우에 가능하다.
비제한적인 예로서, 상기 저온 냉각 회로(200)의 최대 작동 온도(TFmax)는 대략 60℃이다.
예를 들어 이는 하이브리드 차량의 냉태 시동(cold-starting) 중인 경우가 될 것이지만 하이브리드 차량의 연소 엔진의 장기적인 사용 후에 즉시는 아니라는 것을 인식할 것이다.
상기 제1 단계(E1)에서 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도가 저온 냉각 회로(200)의 최대 작동 온도(TFmax)보다 아래인 것을 확인한 때, 상기 작동 방법은 상기 전달 회로(300)를 조절하는 상기 조절 수단(302, 306)이 개방 위치가 되도록 명령하는 단계(E2)를 포함한다.
따라서, 상기 작동 방법의 제2 단계에서는 상기 제1 단계(E1)의 결과에 근거하여 상기 전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단(302, 306)을 선택적으로 명령한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도가 저온 냉각 회로(200)의 최대 작동 온도(TFmax)보다 위이거나 적어도 동일한 경우에는, 상기 작동 방법은 대신에 상기 전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단(302, 306)이 폐쇄 상태가 되도록 명령하거나 또는 폐쇄 상태로 유지하는 단계(E20)를 포함한다.
참고로, 상기 전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단들(302, 306)은 기본적으로 고온 냉각 회로(100)와 저온 냉각 회로(200)가 서로 연통되지 않는 폐쇄 위치에 있다.
상기 전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단들(302, 306)에 의해, 고온 냉각 회로(100)와 저온 냉각 회로(200) 사이의 연통이 선택적으로 이루어진다.
상기 전달 회로(300)는 특히 전기적 및 연소 엔진 동작 단계들의 교번 중에 하이브리드 차량의 냉각 시스템(10)의 전체 작동을 변경하지 않는다.
상기 냉각 시스템(10)과, 보다 구체적으로 조절 수단들(302, 306)을 포함하는 전달 회로(300)는, 액체 냉각재를 통해, 고온 냉각 회로(100)와 저온 냉각 회로(200) 사이의 열, 즉 열 에너지의 교환을 선택적으로 수행할 수 있게 한다.
전제부에서 설명한 바와 같이, 상기 고전압 배터리(18)는 최대 작동 온도(Tu-max)을 가지며, 상기 배터리(18)는 이 온도 아래로 유지될 필요가 있으며, 상기 최대 작동 온도(Tu-max)은 상기 냉각 시스템(10)을 작동시키기 위해 사용되는 제1 임계 온도를 구성한다.
상기 저온 냉각 회로(200)는 또한 고전압 배터리(18)를 최대 작동 온도(Tu-max)보다 아래의 온도에서 유지하기 위해 고전압 배터리(18)를 냉각시키는 기능을 가진다.
비제한적인 예로서, 상기 고전압 배터리(18)의 최대 작동 온도(Tu-max)는 34℃이다.
상기 작동 방법은 확인 단계(E3)를 포함하며, 이 단계에서 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 고전압 배터리(18)의 최대 작동 온도(Tu-max)보다 아래인지를 판단한다.
저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 고전압 배터리(18)의 최대 작동 온도(Tu-max)보다 위일 때, 상기 작동 방법은, 적어도 조절 밸브(204)의 폐쇄를 명령하는 단계(E4)를 포함한다.
상기 밸브(204)를 폐쇄하는 단계(E4)는 고전압 배터리(18)를 포함하는 저온 냉각 회로(200)의 배관(212) 내의 액체 냉각재의 순환을 중단할 수 있게 한다.
저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 고전압 배터리(18)의 최대 작동 온도(Tu-max)보다 아래일 때, 상기 확인 단계(E3)는 유리하게는 반복된다.
참고로, 상기 작동 방법의 단계(E4)에서, 전기 펌프(208)가 액체 냉각재를 적어도 냉각기(210)를 포함하는 저온 냉각 회로(200)의 제1 루프(202)의 제2 배관(206) 내에서 순환시키도록 명령한다.
전제부에서 설명한 바와 같이, 저온 냉각 회로(200)는 최대 작동 온도(TFmax)를 가지며, 이는 상기 냉각 시스템(10)을 작동시키기 위해 사용되는 제2 임계 온도를 구성한다.
상기 최대 작동 온도(TFmax)는 특히 전기 모터(14)와 관련된 전력 부품들(power components), 특히 전자 부품들에 따라 결정된다.
비제한적인 예로서, 상기 저온 냉각 회로(200)의 최대 작동 온도(TFmax)는 대략 60℃이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 작동 방법은, 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 최대 작동 온도(TFmax)보다 아래인지를 확인하는 단계(E5)를 포함한다.
상기 단계(E5)에서 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 작동 온도(TFmax)에서 결정 값(β)을 뺀 값과 동일한 기준 온도(TC)보다 위일 때, 상기 작동 방법은, 상기 온도조절기(thermostat)(124)를 작동시켜 고온 냉각 회로(100)의 냉각 라디에이터(12)를 통해 액체 냉각재를 냉각시키는 단계(E6)를 포함한다.
상기 값(β)은 최대 작동 온도(TFmax)에 도달하는 것을 방지하기 위해 예를 들어 대략 5℃이다.
상기 온도조절기(124)는 일반적으로 연소 엔진 모드에서의 사용에 대응하여 훨씬 더 높은 액체 냉각재 온도, 예를 들어 대략 80℃ 내지 90℃에서도 개방 위치에 있도록 제어된다는 것이 상기될 것이다.
단계(6)에서 상기 냉각 시스템(10)의 전동 팬 유닛(motorized fan unit)(도 1에 미도시됨)을 켠다.
상기 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 기준 온도(TC)보다 아래인 경우에, 상기 확인 단계(E5)는 유리하게는 반복된다.
본 설명에서, "반복되는(repeated)"이 의미하는 것은 그 단계가 주어진 주기로 반복하여 수행된다는 것이다.
이전에 나타낸 바와 같이, 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도가 저온 냉각 회로(200)의 최대 작동 온도(TFmax)보다 위이거나 적어도 동일하게 된 때, 상기 단계(E20)에서 상기 전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단(302, 306)은 폐쇄되거나 폐쇄 위치로 유지된다.
이러한 경우에, 도 2에 도시된 바와 같이, 전기 모드에서 냉각을 수행하기 위해 단계(E3) 내지 단계(E6)가 수행되며, 상기 냉각은 저온 냉각 회로(200) 단독에 의해 제공된다.
참고로, 상기 조절 밸브(204)는, 액체 냉각재가 고전압 배터리(18)를 포함하는 저온 냉각 회로(200)의 배관(2120 내에서 순환할 수 있도록 하기 위해, 기본적으로 개방 위치에 있다.
따라서, 상기 단계(E3)에서 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 고전압 배터리(18)의 최대 작동 온도(Tu-max)보다 위인 것으로 판단한 때, 상기 조절 밸브(204)는 폐쇄 위치가 되도록 제어된다.
저온 냉각 회로(200)의 냉각 라디에이터(218) 및 고온 냉각 회로의 냉각 라디에이터(122)와 각각 관련된 냉각 시스템(10)의 전동 팬 유닛은 기본적으로 꺼진 상태이다.
전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단들(302, 306)이 개방된 이전의 시나리오와 비교하면, 상기 단계(E6)는 여기서 저온 냉각 회로(200)에 포함된 냉각 라디에이터(218)에 의해 얻어진 액체 냉각재의 냉각을 증가시키기 위해 오직 전동 팬 유닛만 켠 상태이다.
도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단들(302, 306)은 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도가 기준 온도(TC)와 적어도 동일하게 되자마자 곧 폐쇄 위치가 되며, 기준 온도는 최대 작동 온도(TFmax)에서 결정 값(β)을 뺀 값과 동일하다.
비교의 목적으로, 도 4에 도시된 대체 가능한 형태의 실시예가 이하에서 설명될 것이며, 이 실시예에서는 특히 상기 전달 회로(300)의 폐쇄가 수행되지 않는다.
이러한 대체 가능한 형태에 따르면, 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도가 상기 기준 온도(TC)와 적어도 동일한 때, 상기 전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단들(302, 306)은 개방 위치에 유지된다.
상기 작동 방법은, 상기 저온 냉각 회로(200) 내의 액체 냉각재의 온도에 따라 상기 냉각 시스템(10)을 작동시키는 단계(E21)를 포함한다.
상기 액체 냉각재의 냉각은 상기 냉각 시스템(10) 전체에 의해, 즉 고온 냉각 회로(100)와 저온 냉각 회로(200)의 결합에 의해 제공되는 상태로 유지된다.
유리하게는, 냉각 라디에이터(219)와 전동 팬 유닛처럼, 상기 라디에이터(122)가 사용된다.
이러한 대체 가능한 형태에서, 저온 냉각 회로(200) 내의 액체 냉각재의 온도가 최대 작동 온도(TFmax)보다 아래로 유지되는 동안은 상기 전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단들(302, 306)은 개방 위치에 유지된다.
도 3은 가로축에 시간 t(s)의 함수로서 표시된, 각각 [1] 내지 [5]의 번호로 식별된 다양한 곡선들을 보여준다.
도 3은 도 1에서 설명되고 도 2 또는 선택적으로 도 4에 관해 설명된 작동 방법의 전략에 따라 제어되는, 액체 냉각재 전달 회로를 포함하는 하이브리드 차량을 위한 냉각 시스템(10)의 작동을 보여준다.
곡선 [1]은, 시간 t(s)의 함수로서, 저온 냉각 회로(200) 내의 액체 냉각재의 온도 T(℃)의 변화를 나타낸다.
보다 구체적으로, 곡선 [1]은 전달 회로(300)를 가지지 않거나 또는 전달 회로(300)를 조절하는 조정 수단들(302, 306)이 폐쇄 위치에 있는, 즉 저온 냉각 회로(200) 단독에 의한 냉각이 제공되는 시스템(10)을 가정하여 온도의 변화를 보여준다.
따라서, 곡선 [1]은 종래 기술에 따른 시스템(10)에 의해 얻어진 냉각을 보여준다.
또한, 곡선 [1]은, 단계(E1)에서 고온 냉각 회로(100) 내에 존재하는 액체 냉각제의 온도가 저온 냉각 회로(200)의 최대 작동 온도(TFmax)보다 위이거나 또는 실질적으로 동일한 시나리오에 대응된다.
곡선 [2]는, 전기 모드에서 저온 냉각 회로(200) 단독에 의해 제공되는 냉각으로, 즉 종래 기술에 따라 작동될 때, 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도 T(℃)의 변화를 시간 t(s)의 함수로서 나타낸다.
냉태 시동(cold-starting)의 경우에, 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도 T(℃)는 주변 온도와 동일하며, 즉, 이 예에서, 20℃와 동일하다.
곡선 [2]에서, 연소 엔진(2)이 작동하지 않기 때문에 그리고 고온 냉각 회로(100)가 저온 냉각 회로(200)에 연결되어 있지 않기 때문에, 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도 T(℃)는 일정하게 유지된다.
곡선 [3]은 전기 모드에서 전기 모터(14)의 부하의 변화(%)를 시간 t(s)의 함수로서 나타낸다.
곡선 [4]는 본 발명을 보여주며, 단계(E2)에 따라 조절 수단들(302, 306)이 개방 위치로 제어된 전달 회로(300)를 통해 서로 유체 연통되도록 배치된 고온 냉각 회로(100)와 저온 냉각 회로(200)를 가진 냉각 시스템(10) 내의 액체 냉각재의 온도 T(℃)의 변화를 시간 t(s)의 함수로서 나타낸다.
도 3에 나타난 바와 같이, t = 0초의 순간에, 하이브리드 차량의 시동의 경우에, 온도 곡선들 [1], [2] 및 [4]는 20℃의 값을 가지며, 즉 위에서 설명한 바와 같이, 차량 외부의 주변 온도이다.
곡선 [5]는, 시간 t(s)의 함수로서, 연소 엔진 모드에서 연소 엔진(12)의 부하의 변화(%)를 나타내며, 이 경우에 작동이 전기(ZEV) 모드에서 수행되기 때문에 0이다.
서로 뒤따르는 다양한 작동 단계들은 도 3의 가로 시간축하에서 시간 순서대로 확인되었으며, 단계들(phases) 각각은 로마 숫자 I 내지 II로 식별된다.
따라서, 상기 제1 단계(phase)(I)는 액체 냉각재의 온도의 점진적인 상승의 단계에 대응된다.
도 3은 제1 단계(I)로부터 즉시, 전략의 이점, 즉 전기 모드에서 액체 냉각재의 온도의 상승에 대한 제한을 보다 구체적으로 보여준다.
본 발명에 따르면, 냉각의 개선에 의해 액체 냉각재의 온도 상승이 제한되며, 이는 오직 저온 냉각 회로(200)보다는 고온 냉각 회로(100)가 추가로 사용된다는 사실에 기인한다.
유리하게는, 고온 냉각 회로(100)의 열적 관성이 실제로 이용되며, 액체 냉각재의 부피는 두 개의 냉각 회로들(100, 200)의 전체 냉각 시스템(10)의 액체 냉각재의 부피가 된다.
획득한 냉각의 개선은, 곡선들 [1]과 [4]의 비교에 의해 입증되는 바와 같이 작동 중에 액체 냉각재의 온도의 저하(A)로 나타난다.
구체적으로, 저온 냉각 회로(200) 단독에 의한 냉각에 대응되는 곡선 [1]에 따른 액체 냉각재의 온도는, 전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단들(302, 306)을 개방함으로써 두 개의 냉각 회로들(100, 200)이 연통된 때의 온도 상승보다 빨리 상승한다.
도 3은 종래 기술에 대응되는 곡선 [1]에 의해, t = 220초일 때, 여기서 60℃와 동일한 최대 작동 온도(TFmax)에 도달한 때, 온도 저하(A)에 의해 액체 냉각재의 온도 상승에 대한 제한이 분명해졌다는 것을 보여준다.
본 발명에 따른 작동 방법, 즉 두 개의 냉각 회로들(100, 200)에 의해 냉각이 수행되는 방법을 보여주는 곡선 [4]와 비교하면, t = 220초에서의 액체 냉각재의 온도는 60℃보다 아래이다.
보다 구체적으로, 액체 냉각재의 온도는 대체로 45℃이며, t = 220초에서 대략15℃의 온도 저하(drop)(A)를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 곡선 [1]과 곡선 [4] 사이의 온도 차이는 일정하지 않고 시간에 따라 변한다.
제2 단계(II)는 액체 냉각재의 온도를 조절하는 단계에 대응된다.
상기 제2 단계(II)는 곡선 [1]과 비교하여 도 3에 도시되며, 여기서 60℃와 동일한 최대 작동 온도(TFmax)에 도달한 때 시작된다.
곡선 [4]를 곡선 [1]과 비교하면, 액체 냉각재는 동일한 최대 작동 온도(TFmax)에 더 늦게 도달하며, 보다 구체적으로 시간 이득(gain)(G)에 대응되는 시간 오프셋(time offset)을 가지며 최대 작동 온도에 도달한다.
대응되는 시간의 경과 중에, 성취된 냉각의 개선은 전기 모드에서 더 낮은 온도로 작동을 허용한다.
가장 긴 가능 시간 동안 예를 들어 대략 40℃의 가장 낮은 가능 작동 온도를 얻기 위해 액체 냉각재의 냉각을 조절하는 것이 소망된다.
유리하게는, 본 발명에 의해 달성되는 온도 상승에서의 제한에 의해 고전압 배터리(18)의 효율이 향상될 수 있으며 전력 부품들, 특히 전자 부품들의 신뢰성과 수명이 증가할 수 있다.

Claims (11)

  1. 적어도 연소 엔진(12)과 전기 모터(14)를 포함하는 하이브리드 차량을 위한 냉각 시스템(10)의 작동 방법으로서,
    상기 냉각 시스템(10)은 적어도:
    - 상기 연소 엔진(12)을 냉각시키기 위한 고온 냉각 회로(100)와, 상기 전기 모터(14) 및 관련된 고전압 배터리(18)를 냉각시키기 위한 저온 냉각 회로(200), 및
    - 상기 고온 냉각 회로(100)와 상기 저온 냉각 회로(200)를 연결하는 액체 냉각재 전달 회로(liquid-coolant transfer circuit)(300)로서, 상기 전달 회로(300) 내의 액체 냉각재의 순환을 제어하기 위한 조절 수단(302, 306)을 포함하는, 액체 냉각재 전달 회로(300)를 포함하며,
    전기 모드(electric mode)에서 상기 냉각 시스템(10)의 작동 방법은 적어도:
    - 상기 고온 냉각 회로(100) 내에 존재하는 액체 냉각재가 상기 저온 냉각 회로(200)의 최대 작동 온도(TFmax)보다 아래의 온도인지 또는 위의 온도인지를 판단하는 단계(E1); 및
    - 상기 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도가 상기 저온 냉각 회로(200)의 최대 작동 온도(TFmax)보다 아래일 때, 상기 전달 회로(300)를 조절하는 상기 조절 수단(302, 306)이 개방 위치가 되도록 명령하는 단계(E2);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도가 상기 저온 냉각 회로(200)의 최대 작동 온도(TFmax)와 적어도 동일한 (또는 위인) 경우에, 상기 작동 방법은, 상기 전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단(302, 306)이 폐쇄 위치가 되도록 명령하거나 상기 조절 수단(302, 306)을 폐쇄 위치에 유지하는 단계(E20)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 작동 방법은, 상기 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 고전압 배터리(18)의 최대 작동 온도(Tu-max)보다 아래인지를 판단하는 단계(E3)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 작동 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 고전압 배터리(18)의 최대 작동 온도(Tu-max)보다 위인 경우에, 상기 작동 방법은, 상기 고전압 배터리(18)를 포함하는 저온 냉각 회로(200)의 배관(212) 내의 액체 냉각재의 순환을 중단시키기 위해 적어도 조절 밸브(204)의 폐쇄를 명령하는 단계(E4)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 작동 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 고전압 배터리(18)의 최대 작동 온도(Tu-max)보다 아래일 때, 상기 확인 단계(E3)가 반복되는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 작동 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 작동 방법의 단계(E4)에서, 전기 펌프(208)가 적어도 하나의 냉각기(cooler)(210)를 포함하는 저온 냉각 회로(200)의 배관(206) 내의 액체 냉각재를 순환시키도록 명령하는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 작동 방법.
  7. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 방법은, 상기 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 최대 작동 온도(TFmax)보다 아래인지를 판단하는 단계(E5)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 작동 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 최대 작동 온도(TFmax)에서 결정된 값(β)을 뺀 값과 동일한 기준 온도(TC)보다 위인 경우에, 상기 작동 방법은 적어도 전동 팬 유닛(motorized fan unit)을 켜는 단계(E6)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 작동 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단계(E6)에서, 상기 고온 냉각 회로(100)의 냉각 라디에이터(122)를 통해 액체 냉각재를 냉각시키기 위해 온도조절기(124)를 작동시키는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 작동 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 저온 냉각 회로(200) 내에서 순환하는 액체 냉각재의 온도가 상기 기준 온도(TC)보다 아래인 경우에, 상기 확인 단계(E5)가 반복되는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 작동 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고온 냉각 회로(100) 내의 액체 냉각재의 온도가 상기 최대 작동 온도(TFmax)에서 결정된 값(β)을 뺀 값과 동일한 기준 온도(TC)와 적어도 동일한 경우에, 상기 방법은, 상기 저온 냉각 회로(200) 내의 액체 냉각재의 온도에 따라 상기 냉각 시스템(10)을 작동시키는 단계(E21)를 포함하며, 상기 저온 냉각 회로(200) 내의 액체 냉각재의 온도가 상기 최대 작동 온도(TFmax)보다 아래에서 유지되는 동안은 상기 전달 회로(300)를 조절하는 조절 수단(302, 306)은 개방 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 작동 방법.
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