KR20200116824A - 전기차 배터리 냉각 시스템 - Google Patents

전기차 배터리 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기차 배터리 냉각 시스템에 관한 것으로, 흡입되는 저온저압의 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 상태의 냉매를 응축기로 이송하는 압축기; 압축기로부터 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매의 열을 외부로 방출하여 고압의 액체 상태의 냉매로 응축하여 팽창변으로 이송하는 응축기; 응축기로부터 이송된 고압의 액체 상태의 냉매를 저온 저압의 액체/기체 혼합 냉매로 교축하여 제공하는 팽창변; 및 팽창변에서 유입된 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 이용하여 배터리에서 발생된 열을 흡수하고 그 배터리의 열이 흡수된 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 압축기로 이송하는 배터리 냉각기를 포함한다.

Description

전기차 배터리 냉각 시스템{Electric car battery cooling system}
본 발명은 전기차 배터리 냉각 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수냉식 콘덴서와 냉매식 배터리 냉각 시스템으로 저온 조건에서의 배터리 급속충전 및 배터리 열관리에 의한 수명 및 용량 감소를 방지할 수 있는 전기차 배터리 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적인 종래 냉매 간접 수냉식 배터리 냉각 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 응축기(11), 팽창변(12), 열교환기(13) 및 압축기(14)로 이루어져 냉매를 순환시켜 차량 내부를 냉방하는 에어컨 시스템과 전장부품(21) 및 배터리(22)를 냉각하기 위해 냉각수를 냉각하기 위해 LTR(23)을 공기로 냉각하기 위한 냉각팬(24), 냉각수 순환 라인이 열교환기(13)를 매개로 각각 연결된 냉각 시스템으로 이루어진다.
한편, 전기차는 배터리 탑재 용량이 매우 크기 때문에 차량 실내 냉방과 별도로 배터리 냉각 전용 냉매 순환 시스템을 구성하고, 냉매, 냉각수, 배터리의 순으로 냉각을 하기도 한다.
그리고 차량내 전장부품과 배터리는 냉각수 파이프에 직렬로 연결되고, 냉각수를 통해 냉각한 전장부품과 배터리의 열은 저온 라지에터의 대기를 통해 열을 방출하는 냉각 방식이 이용된다.
또한, 냉각수 파이프는 에어컨 시스템의 열교환기에 연결되어, 열교환기에 유입되는 에어컨 시스템의 저온 냉매에 의해 냉각수를 통해 배터리의 열을 냉각하는 방식이 이용될 수 있다.
그러나 종래 냉매 간접 수냉식 배터리 냉각 시스템은 냉매를 이용하여 배터리를 단독을 냉각하는 방식을 이용하는 경우, 4℃ 이하의 저온 조건에서 에어컨 압축기 보호를 위하여 작동이 정지되거나, 영하의 온도에서 냉각팬의 빙결/모터 구속에 의한 발화를 방지하기 위하여 냉각팬 작동이 정지될 수 있다.
이에 따라, 환경온도가 저온인 혹한 지역 경우, 배터리 단독 냉각이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수냉식 콘덴서를 이용하여 냉매식 배터리 냉각 시스템을 구성함으로써, 저온 조건에서의 배터리 냉각 기능을 개선할 수 있고, 배터리의 열관리에 의한 수명 및 용량 감소를 방지할 수 있는 전기차 배터리 냉각 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 냉각수 누수에 의한 배터리 발화를 방지할 수 있는 전기차 배터리 냉각 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 냉각 시스템은 흡입되는 저온저압의 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 상태의 냉매를 응축기로 이송하는 압축기; 상기 압축기로부터 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매의 열을 외부로 방출하여 고압의 액체 상태의 냉매로 응축하여 팽창변으로 이송하는 응축기; 상기 응축기로부터 이송된 고압의 액체 상태의 냉매를 저온 저압의 액체/기체 혼합 냉매로 교축하여 제공하는 팽창변; 및 상기 팽창변에서 유입된 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 이용하여 배터리에서 발생된 열을 흡수하고 그 배터리의 열이 흡수된 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 상기 압축기로 이송하는 배터리 냉각기;를 포함한다.
상기 응축기는, 냉각수를 이송하는 제 1 관로; 및 상기 제 1 관로를 감싸는 형태의 제 2 관료가 형성되고, 상기 제 2 관로의 일측에 상기 압축기에서 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매가 입력되는 입력구가 구비되며, 상기 제 2 관로의 타측에 상기 제 1 관로의 냉각수에 의해 응축된 고압의 액체 상태의 냉매가 배출되기 위한 배출구가 형성된다.
그리고 상기 응축기는, 상기 제 1 관로를 통해 전장부품를 냉각될 수 있다.
한편, 상기 압축기와 상기 배터리 냉각기 사이의 냉매의 온도를 조절하기 위한 히터가 더 구비될 수 있다.
그리고 상기 히터는, 상기 팽창변을 통해 이동되는 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 입력받아 상기 배터리 냉각기를 통해 이송되는 저온 저압의 기체 상태의 냉매 온도를 조정한 후 다시 상기 팽창변에 이송한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에에 따르면, 저온 조건환경에서 에어컨 압축기의 보호를 위해 작동 정지에 관계없이 배터리의 냉각 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 냉매 간접 수냉식 배터리 냉각 시스템을 설명하기 위한 구성 블록도.
도 2는 본 발명의 배터리 냉각 시스템을 설명하기 위한 구성 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 응축기의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 배터리 냉각 시스템을 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차 배터리 냉각 시스템은 압축기(100), 응축기(200), 팽창변(300), 배터리 냉각기(400)를 포함한다.
압축기(100)는 흡입되는 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 상태의 냉매를 응축기(200)로 이송한다.
그리고 응축기(200)는 상기 압축기(100)로부터 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매의 열을 외부로 방출하여 고압의 액체 상태의 냉매로 응축하여 팽창변(300)으로 이송한다.
또한 팽창변(300)은 상기 응축기(200)로부터 이송된 고압의 액체 상태의 냉매를 저온 저압의 액체/기체 혼합 냉매로 교축하여 제공한다.
배터리 냉각기(400)는 상기 팽창변(300)에서 유입된 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 이용하여 배터리에서 발생된 열을 흡수하고 그 배터리의 열이 흡수된 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 상기 압축기(100)로 이송한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저온 조건환경에서 에어컨 압축기(100)의 보호를 위해 작동이 정지에 관계없이 배터리의 냉각 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 칠러를 구비한 냉매 간접 수냉식 배터리 냉각 시스템에 비하여 냉매를 통해 냉각수를 냉각시키기 위한 필러가 제거됨에 따라 저온 조건에서 배터리 냉각에 따른 급속 충전 시간을 단축시키고, 배터리 열관리에 의해 배터리 수명 및 용량이 감소하는 것을 예방할 수 있는 장점이 있다.
도 3은 도 2에 도시된 응축기의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 응축기(200)는 제 1 관로(210) 및 입력구(221)와 배출구(223)를 구비한 제2 관로(220)를 포함한다.
제 1 관로(210)는 냉각수를 이송한다. 이러한 제 1 관로(210)는 차량의 전장부품(600)의 냉각 기능을 수행한다.
제 2 관로(220)는 상기 제 1 관로(210)를 감싸는 형태로 형성된다. 그리고, 상기 제 2 관로(220)의 일측에는 상기 압축기(100)에서 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매가 입력되는 입력구(221)가 구비되며, 상기 제 2 관로(220)의 타측에는 상기 제 1 관로(210)의 냉각수에 의해 응축된 고압의 액체 상태의 냉매가 배출되기 위한 배출구(223)가 형성된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 응축기에 따르면, 냉매의 열을 냉각수에 직접 방출하여 냉매를 응축시킴으로써, 배터리를 종래 간접 냉각 방식에 비하여 고효율 냉각 성능을 가질 수 있는 장점이 있다.
그리고 상기 응축기(200)는, 상기 제 1 관로(210)를 통해 전장부품를 냉각될 수 있다.
한편, 상기 압축기(100)와 상기 배터리 냉각기(400) 사이의 냉매의 온도를 조절하기 위한 히터(500)가 더 구비될 수 있다.
그리고 상기 히터는, 상기 팽창변(300)을 통해 이동되는 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 입력받아 상기 배터리 냉각기(400)를 통해 이송되는 저온 저압의 기체 상태의 냉매 온도를 조정한 후 다시 상기 팽창변(300)에 이송한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각수가 에어컨의 냉매에 의해 직접 냉각됨으로써, 저온 조건에서도 보다 효율적으로 냉각 시스템을 구축할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니 되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 압축기 200 : 응축기
210 : 제 1 관로 220 : 제2 관로
221 : 입력구 223 : 배출구
300 : 팽창변 400 : 배터리 냉각기
500 : 히터

Claims (5)

  1. 흡입되는 저온저압의 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 상태의 냉매를 응축기로 이송하는 압축기;
    상기 압축기로부터 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매의 열을 외부로 방출하여 고압의 액체 상태의 냉매로 응축하여 팽창변으로 이송하는 응축기;
    상기 응축기로부터 이송된 고압의 액체 상태의 냉매를 저온 저압의 액체/기체 혼합 냉매로 교축하여 제공하는 팽창변; 및
    상기 팽창변에서 유입된 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 이용하여 배터리에서 발생된 열을 흡수하고 그 배터리의 열이 흡수된 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 상기 압축기로 이송하는 배터리 냉각기;를 포함하는 전기차 배터리 냉각 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응축기는,
    냉각수를 이송하는 제 1 관로; 및
    상기 제 1 관로를 감싸는 형태의 제 2 관료가 형성되고, 상기 제 2 관로의 일측에 상기 압축기에서 이송된 고온 고압의 기체 상태의 냉매가 입력되는 입력구가 구비되며, 상기 제 2 관로의 타측에 상기 제 1 관로의 냉각수에 의해 응축된 고압의 액체 상태의 냉매가 배출되기 위한 배출구가 형성된 것인 전기차 배터리 냉각 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 응축기는,
    상기 제 1 관로를 통해 전장부품를 냉각된 것인 전기차 배터리 냉각 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 압축기와 상기 배터리 냉각기 사이의 냉매의 온도를 조절하기 위한 히터가 더 구비된 것인 전기차 배터리 냉각 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 히터는,
    상기 팽창변을 통해 이동되는 저온 저압의 액체/기체 상태의 냉매를 입력받아 상기 배터리 냉각기를 통해 이송되는 저온 저압의 기체 상태의 냉매 온도를 조정한 후 다시 상기 팽창변에 이송하는 것인 전기차 배터리 냉각 시스템.
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CN115084715A (zh) * 2022-07-29 2022-09-20 智己汽车科技有限公司 一种电池冷却系统、冷却方法及汽车
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