KR20200135604A - 차량용 배터리 열 관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
차량용 배터리 열 관리 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템은 냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터와 워터펌프를 포함하며, 적어도 하나의 전장품을 냉각하도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치; 차량의 실내로 공기를 송풍하도록 송풍기가 구비된 케이스와, 상기 케이스의 내부에 배치되는 증발기와, 차량 실내의 온도 조절을 위해 상기 증발기를 통과한 공기가 열교환기와 공기 히터에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어가 구비된 HVAC 모듈을 포함하며, 상기 증발기와 냉매라인을 통해 상호 연결되는 압축기, 컨덴서, 및 팽창밸브를 더 포함하는 에어컨 장치; 및 상기 냉각장치로부터 공급된 냉각수가 순환되면서 웜업, 또는 냉각되도록 상기 냉각수 라인과 적어도 하나의 연결라인을 통해 연결되는 배터리를 포함한다.
Description
본 발명은 차량용 배터리 열 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어컨 장치의 HVAC 모듈과, 냉각수를 이용하여 배터리의 온도를 효율적으로 제어하기 위한 차량용 배터리 열 관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 공기조화장치는 자동차의 실내를 난방하거나 냉방하기 위하여 냉매를 순환시키는 에어컨 장치를 포함한다.
이러한 에어컨 장치는 외부의 온도변화에 관계없이 자동차 실내의 온도를 적당한 온도로 유지하여 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있도록 하는 것으로 압축기의 구동에 의하여 토출되는 냉매가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 증발기에 의한 열교환에 의하여 자동차의 실내를 난방 또는 냉방하도록 구성된다.
즉, 에어컨 장치는 여름철 냉방모드 시에는 압축기로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 응축기를 통하여 응축된 후 리시버 드라이어 및 팽창밸브를 거쳐 증발기에서의 증발을 통하여 실내의 온도 및 습도를 낮추게 된다.
한편, 최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차로 구분된다.
이러한 친환경 차량 중, 전기자동차의 경우에는 충전 또는 방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없고 소음이 매우 작다.
이와 같이, 전기자동차의 주동력원으로 사용되는 배터리의 성능은 배터리 온도에 영향을 받으므로 배터리의 온도와 그 분포를 균일하게 유지하는 것은 매우 중요한 문제라고 할 수 있다.
이에 따라, 종래 기술에 따른 전기 자동차에서는 모터와 전장품, 및 연료전지를 포함하는 배터리의 온도를 조절하도록 배터리 온도 조절장치, 및 히트펌프 시스템과 함께, 배터리 냉각장치가 각각 별도의 밀폐회로로 구성해야만 한다.
그러나, 종래의 전기 자동차에서는 배터리가 최적성능을 발휘되도록 차량의 상태에 따라 배터리를 웜업 또는 냉각시키는 배터리 온도 조절장치가 별도로 구비되는 바, 협소한 엔진룸 내부에서 설치공간의 확보가 어렵고, 레이아웃이 복잡해지는 문제점이 있다.
또한, 배터리의 온도 조절을 위해 구비되는 밸브들의 빈번한 개폐작동으로 인해 발생되는 소음 및 진동이 차량 실내로 전달되어 승차감이 저하되며, 제작원가가 증가되는 문제점이 있다.
이에 따라, 적은 비용으로 배터리의 수명을 연장시키면서도 에너지 효율을 극대화시키기 위하여 배터리의 온도조절을 위한 기술개발이 진행되고 있는 실정이다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 별도의 배터리 온도 조절장치의 추가 없이도 에어컨 장치의 HVAC 모듈과, 냉각수를 이용하여 배터리의 온도를 효율적으로 제어하여 시스템의 단순화가 가능한 차량용 배터리 열 관리 시스템을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템은 냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터와 워터펌프를 포함하며, 적어도 하나의 전장품을 냉각하도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치; 차량의 실내로 공기를 송풍하도록 송풍기가 구비된 케이스와, 상기 케이스의 내부에 배치되는 증발기와, 차량 실내의 온도 조절을 위해 상기 증발기를 통과한 공기가 열교환기와 공기 히터에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어가 구비된 HVAC 모듈을 포함하며, 상기 증발기와 냉매라인을 통해 상호 연결되는 압축기, 컨덴서, 및 팽창밸브를 더 포함하는 에어컨 장치; 및 상기 냉각장치로부터 공급된 냉각수가 순환되면서 웜업, 또는 냉각되도록 상기 냉각수 라인과 적어도 하나의 연결라인을 통해 연결되는 배터리를 포함한다.
상기 냉각장치는 상기 라디에이터와 상기 워터펌프 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제1 밸브; 상기 제1 밸브와 상기 워터펌프 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 리저버 탱크; 상기 워터펌프와 상기 전장품 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제2 밸브; 상기 전장품과 상기 라디에이터의 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제3 밸브; 및 상기 전장품들과 상기 제3 밸브 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되고, 상기 제2 밸브의 작동에 따라 상기 전장품을 통과한 냉각수가 공급되거나, 상기 전장품의 통과 없이 냉각수가 공급되도록, 상기 제2 밸브와 바이패스 라인을 통해 선택적으로 연결되는 냉각수 히터; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 밸브는 상기 배터리의 웜업모드에서 상기 전장품과 연결되는 상기 냉각수 라인은 폐쇄하고, 상기 바이패스 라인을 개방할 수 있다.
상기 냉각수 히터는 상기 배터리의 웜업모드에서 작동될 수 있다.
상기 연결라인은 상기 제1 밸브를 통해 상기 냉각수 라인을 상기 배터리에 연결하는 제1 연결라인; 상기 배터리와 상기 리저버 탱크를 연결하는 제2 연결라인; 상기 제3 밸브를 통해 상기 냉각수 라인을 상기 열교환기와 연결하는 제3 연결라인; 상기 열교환기와 상기 배터리의 사이에 구비된 제4 밸브와 상기 열교환기를 연결하는 제4 연결라인; 상기 제4 밸브와 상기 제1 연결라인을 연결하는 제5 연결라인; 및 상기 제4 밸브와 상기 제2 연결라인을 연결하는 제6 연결라인; 을 포함할 수 있다.
상기 배터리는 발열 온도에 따라 제1 냉각모드와 제2 냉각모드로 냉각될 수 있다.
상기 제1 냉각모드에서는 상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 제1 연결라인이 개방되고, 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며, 상기 제2 밸브의 작동을 통해 상기 전장품과 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인이 개방되며, 상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 폐쇄되며, 상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 제5, 및 제6 연결라인이 폐쇄될 수 있다.
상기 제1 냉각모드에서는 상기 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 상기 제1 연결라인과 상기 제2 연결라인을 통해 상기 배터리를 통과하면서 상기 배터리를 냉각시킬 수 있다.
상기 제2 냉각모드에서는 상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터, 및 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인과, 상기 제1 연결라인이 폐쇄되고, 상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며, 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 개방되고, 상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 및 제5 연결라인이 개방되며, 상기 제6 연결라인이 폐쇄될 수 있다.
상기 제2 냉각모드에서 상기 바이패스 라인은 상기 전장품의 냉각이 요구될 경우, 상기 제2 밸브의 작동을 통해 폐쇄될 수 있다.
상기 제2 냉각모드에서 상기 송풍기에서 공급된 공기는 상기 증발기를 통과하는 저온의 냉매와 열교환을 통해 냉각된 상태로, 상기 열교환기를 통과하면서 상기 열교환기를 통과하는 냉각수를 냉각시킬 수 있다.
상기 배터리의 웜업 모드에서는 상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터, 및 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인과, 상기 제1 연결라인이 폐쇄되고, 상기 제2 밸브의 작동을 통해 상기 전장품과 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인이 개방되며, 상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며, 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 개방되고, 상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 및 제5 연결라인이 개방되며, 상기 제6 연결라인이 폐쇄될 수 있다.
상기 제4 밸브는 상기 제4 연결라인이 개방된 상태에서, 상기 배터리의 웜업 또는 냉각이 요구되지 않을 경우, 상기 제5 연결라인을 폐쇄하고, 상기 제6 연결라인을 개방하여 상기 배터리로 냉각수의 유입을 방지할 수 있다.
상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 밸브는 3-Way 밸브 일 수 있다.
상기 열교환기는 냉각수를 공기와 열교환시키는 공랭식 열교환기 일 수 있다.
상기 전장품은 모터, 또는 전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)와, 충전기(On Board Charger, OBC)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에 의하면, 별도의 배터리 온도 조절장치의 추가 없이도 에어컨 장치의 HVAC 모듈과, 냉각수를 이용하여 배터리의 온도를 효율적으로 제어하여 시스템의 단순화가 가능해지고, 제작비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리의 효율적인 온도 관리가 가능해 짐에 따라, 배터리의 최적 성능 발휘가 가능해지고, 배터리의 효율, 내구성, 및 수명을 향상시킬 수 있으며, 전기 자동차의 전체적인 주행거리를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 차량의 냉방모드에서 배터리가 과열될 경우, HVAC 모듈에서 냉매와 열교환이 완료되어 실내로 공급되는 저온의 외기를 이용해 냉각수를 보다 낮은 온도로 냉각하여 배터리에 공급함으로써, 과열된 배터리를 신속하고 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 배터리 웜업모드에 대한 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제1 냉각모드로 배터리를 냉각하는 것에 대한 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제1 냉각모드로 배터리의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제2 냉각모드로 배터리의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제2 냉각모드로 배터리의 냉각, 전장품의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 배터리 웜업모드에 대한 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제1 냉각모드로 배터리를 냉각하는 것에 대한 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제1 냉각모드로 배터리의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제2 냉각모드로 배터리의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제2 냉각모드로 배터리의 냉각, 전장품의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템은 별도의 배터리 온도 조절장치의 추가 없이도 에어컨 장치(100)의 HVAC 모듈(110)과, 냉각수를 이용하여 배터리(B)의 온도를 효율적으로 제어할 수 있다.
이러한 배터리 열 관리 시스템은 하이브리드 차량 또는 전기 자동차에 적용된다. 도 1을 참조하면, 상기 배터리 열 관리 시스템은 냉각장치(10), 에어컨 장치(100), 및 배터리(B)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 냉각장치(10)는 냉각수 라인(11)으로 연결되는 라디에이터(12)와 워터펌프(14)를 포함한다. 이러한 냉각장치(10)는 전장품(15)을 냉각하도록 상기 워터펌프(14)의 작동을 통해 상기 냉각수 라인(11)에 냉각수를 순환시키게 된다.
상기 라디에이터(12)는 차량의 전방에 배치되며, 후방에는 쿨링팬(13)이 구비되어 상기 쿨링팬(13)의 작동과 외기와의 열교환을 통해 냉각수를 냉각하게 된다.
여기서, 상기 전장품(15)은 모터를 포함하는 전력제어장치(15a :Electric Power Control Unit, EPCU)와 충전기(15b : On Board Charger, OBC)를 포함할 수 있다.
상기 전력제어장치(15a)는 주행 중에 발열되고, 상기 충전기(15b)는 상기 배터리(B)를 충전할 경우 발열될 수 있다.
이러한 전장품(15)들은 상기 냉각수 라인(11)에서 직렬로 배치될 수 있다.
또한, 상기 라디에이터(12)와 상기 워터펌프(14) 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에는 리저버 탱크(16)가 구비된다. 상기 리저버 탱크(16)에는 상기 라디에이터(12)에서 냉각된 냉각수가 저장될 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 냉각장치(10)는 상기 워터펌프(14)의 작동을 통해 상기 라디에이터(12)에서 냉각된 냉각수를 상기 냉각수 라인(11)을 따라 순환시킴으로써, 상기 전장품(15)이 과열되지 않도록 냉각시키게 된다.
여기서, 상기 냉각장치(10)는 제1, 제2, 제3, 및 제4 밸브(V1, V2, V3, V4)와, 냉각수 히터(18)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 상기 제1 밸브(V1)는 상기 라디에이터(11)와 상기 워터펌프 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에 구비된다.
상기 제2 밸브(V2)는 상기 워터펌프(14)와 상기 전장품(15) 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에 구비된다.
상기 제3 밸브(V3)는 상기 전장품(14)과 상기 라디에이터(11)의 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에 구비된다.
상기 제4 밸브(V4)는 상기 HVAC 모듈(110)에 포함되는 열교환기(115)와 상기 배터리(B)의 사이에 배치되며, 후술되는 연결라인들로 유동되는 냉각수의 유동흐름을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 밸브(V1, V2, V3, V4)는 3-Way 밸브 일 수 있다.
그리고 상기 냉각수 히터(18)는 상기 전장품(15)들과 상기 제3 밸브(V3) 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에 구비된다.
이러한 냉각수 히터(18)는 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 따라 상기 전장품(15)을 통과한 냉각수가 공급되거나, 상기 전장품(15)의 통과 없이 냉각수가 공급되도록, 상기 제2 밸브(V2)와 바이패스 라인(17)을 통해 선택적으로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 냉각수 히터(18)는 상기 배터리(B)로부터 공급되는 전원에 의해 작동하는 전기 히터일 수 있다. 이와 같이 구성된 상기 냉각수 히터(18)는 상기 배터리(B)의 웜업모드에서 작동되며, 공급된 냉각수를 가열하여 온도를 상승시킨 상태로 상기 배터리(B)에 공급할 수 있다.
즉, 온도가 상승된 냉각수가 공급된 상기 배터리(B)는 신속하게 온도가 상승될 수 있다.
여기서, 상기 제2 밸브(V2)는 상기 배터리(B)의 웜업모드에서 상기 전장품(15)과 연결되는 상기 냉각수 라인(11)은 폐쇄하고, 상기 바이패스 라인(17)을 개방할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 에어컨 장치(100)는 냉매라인(101)을 통해 연결되는 압축기(103), 컨덴서(105), 팽창밸브(107), 증발기(109), 및 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning : 110)을 포함한다.
먼저, 상기 압축기(103)는 기체 상태의 냉매를 압축시키고 압축된 냉매를 상기 컨덴서(105)에 공급할 수 있다.
상기 컨덴서(105)는 상기 라디에이터(12)의 전방에 배치되어 내부로 유입된 냉매를 외기와 상호 열교환 시켜 응축시킬 수 있다.
여기서, 상기 컨덴서(105)에는 응축이 완료된 냉매에 포함된 기체상태의 냉매와 수분 및 이물질을 제거하는 리시버 드라이어(105a)가 장착될 수 있다.
상기 팽창밸브(107)는 상기 컨덴서(105)에서 응축된 냉매를 공급받아 팽창시키게 된다. 이러한 팽창밸브(107)는 기계식 팽창밸브 일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 증발기(109)는 상기 HVAC 모듈(110)의 내부에 배치되며, 상기 팽창밸브(107)에서 팽창되어 저온저압 상태로 유입된 냉매를 공기와의 열교환을 통해 증발시킨다.
그리고 상기 HVAC 모듈(110)은 차량의 실내로 공기를 송풍하도록 송풍기(111)가 구비된 케이스(113)와, 상기 케이스(113)의 내부에서 차량 실내의 온도 조절을 위해 상기 증발기(109)를 통과한 공기가 열교환기(115)와 공기 히터(117)에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어(119)를 포함한다.
상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)는 상기 케이스(113)의 내부에서 상기 증발기(109)의 후방에 배치되고, 상기 개폐도어(119)는 상기 증발기(109)와 상기 열교환기(115)의 사이에 구비될 수 있다.
여기서, 상기 공기 히터(117)는 차량 실내의 난방이 요구될 경우 작동될 수 있으며, 상기 배터리(B)로부터 공급된 전원에 의해 작동하는 공기 가열식 전기히터일 수 있다.
또한, 상기 열교환기(115)는 냉각수를 공기와 열교환시키는 공랭식 열교환기일 수 있다.
즉, 차량 실내를 냉방할 경우, 차량의 외부에서 상기 HVAC 모듈(110)로 유입되는 외기, 또는 상기 송풍기(111)에서 공급된 공기는 상기 증발기(109)를 통과하면서, 상기 증발기(109)로 유입된 저온 상태의 냉매와 열교환을 통해 냉각되어 차량의 실내로 유입될 수 있다.
그리고 상기 배터리(B)는 상기 냉각장치(10)로부터 공급된 냉각수가 순환되면서 웜업, 또는 냉각되도록 상기 냉각수 라인(11)과 적어도 하나의 연결라인을 통해 연결될 수 있다.
상기 연결라인은 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 연결라인(21, 23, 25, 27, 29, 31)으로 구성된다.
먼저, 상기 제1 연결라인(21)은 상기 제1 밸브(V1)를 통해 상기 냉각수 라인(11)을 상기 배터리(B)에 연결한다. 상기 제2 연결라인(21)은 상기 배터리(B)와 상기 리저버 탱크(16)를 연결한다.
여기서, 상기 제1 연결라인(21)은 상기 배터리(B)의 내부에 냉각수를 유입시키는 유입라인이고, 상기 제2 연결라인(23)은 상기 배터리(B)의 내부를 통과한 냉각수를 배출하는 배출라인일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제3 연결라인(25)은 상기 제3 밸브(V3)를 통해 상기 냉각수 라인(11)을 상기 열교환기(115)와 연결한다.
상기 제4 연결라인(27)은 상기 열교환기(115)와 상기 배터리(B)의 사이에 구비된 상기 제4 밸브(V4)와 상기 열교환기(115)를 연결한다. 상기 제5 연결라인(29)은 상기 제4 밸브(V4)와 상기 제1 연결라인(21)을 연결한다.
여기서, 상기 제5 연결라인(29)은 상기 배터리(B)에 근접하여 위치된 상기 제1 연결라인(21)에 연결될 수 있으며, 상기 제5 연결라인(29)으로 유입된 냉각수는 상기 제1 연결라인(21)을 일부 통과하여 상기 배터리(B)로 유입될 수 있다.
그리고 상기 제6 연결라인(31)은 상기 제4 밸브(V4)와 상기 제2 연결라인(23)을 연결한다.
여기서, 상기 제6 연결라인(31)은 상기 배터리(B)로부터 설정길이 만큼 이격되어 위치된 상기 제2 연결라인(23)에 연결될 수 있으며, 상기 제6 연결라인(31)으로 유입된 냉각수는 상기 배터리(B)의 통과 없이 상기 제2 연결라인(23)을 따라 상기 리저버 탱크(16)로 유동될 수 있다.
즉, 상기 제4 밸브(V4)는 상기 제4 연결라인(27)이 개방된 상태에서, 상기 배터리(B)의 웜업 또는 냉각이 요구되지 않을 경우, 상기 제5 연결라인(29)을 폐쇄하고, 상기 제6 연결라인(31)을 개방하여 상기 배터리(B)로 냉각수의 유입을 방지할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 배터리(B)는 발열 온도에 따라 제1 냉각모드와 제2 냉각모드로 냉각될 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 상기 배터리(B)의 웜업모드에 따른 작동을 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 배터리 웜업모드에 대한 작동 상태도이다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리(B)의 웜업 모드에서, 상기 냉각장치(10)에 포함된 상기 워터펌프(14)가 작동하여 상기 냉각수 라인(11) 중, 개방된 일부의 상기 냉각수 라인(11)을 따라 냉각수가 순환된다.
여기서, 상기 라디에이터(12), 및 상기 리저버 탱크(16)와 연결되는 상기 냉각수 라인(11)과, 상기 제1 연결라인(21)이 상기 제1 밸브(V1)의 작동을 통해 폐쇄된다.
또한, 상기 제2 밸브(V2)의 작동을 통해 상기 전장품(15)과 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인(17)이 개방된다.
그리고 상기 제3 밸브(V3)의 작동을 통해 상기 라디에이터(12)와 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되며, 상기 열교환기(115)와 연결된 상기 제3 연결라인(25)이 개방된다.
이에 따라, 냉각수는 상기 라디에이터(12)에 유입되는 것이 방지됨으로써, 외기와 열교환을 통해 냉각되는 것이 방지될 수 있다.
여기서, 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 개방된다. 이와 동시에, 상기 제6 연결라인(31)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 폐쇄된다.
그러면, 상기 냉각장치(10)에서 상기 워터펌프(14)의 작동을 통해 순환되는 냉각수는 상기 리저버 탱크(16)로부터 상기 제2 밸브(V2)에 의해 개방된 상기 바이패스 라인(17)을 따라 상기 냉각수 히터(18)에 공급된다.
이 때, 상기 냉각수 히터(18)는 작동되며, 상기 바이패스 라인(17)을 통해 공급된 냉각수를 가열하여 온도를 상승시킨다.
온도가 상승된 냉각수는 상기 제3 연결라인(25)을 따라 유동되면서 상기 열교환기(115)를 통과한 후, 개방된 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)을 통해 상기 배터리(B)로 유입되면서, 상기 배터리(B)의 온도를 신속하게 상승시킬 수 있다.
따라서, 상기 배터리(B)는 전술한 바와 같은 작동을 통해 순환되는 온도가 상승된 냉각수에 의해 보다 효율적이고 신속하게 웜업이 수행될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 배터리(B)의 웜업모드에 대한 작동을 설명함에 있어, 상기 에어컨 장치(100)가 작동되지 않는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 에어컨 장치(100)는 차량 실내의 냉방 또는 난방이 요구될 경우 선택적으로 작동될 수 있다.
즉, 차량 실내의 냉방이 요구될 경우, 상기 HVAC 모듈(110)의 개폐도어(119)는 상기 증발기(105)를 통과하면서 냉각된 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)를 통과하는 냉각수의 온도를 낮추지 않고, 차량 내부로 바로 유입되도록 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117) 측을 폐쇄할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 냉각모드로 상기 배터리(B)의 냉각 시, 작동을 첨부한 도 3과 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제1 냉각모드로 배터리를 냉각하는 것에 대한 작동 상태도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제1 냉각모드로 배터리의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 상기 배터리(B)의 제1 냉각모드에서, 상기 냉각장치(10)에 포함된 상기 워터펌프(14)가 작동하여 상기 냉각수 라인(11) 중, 개방된 일부의 상기 냉각수 라인(11)을 따라 냉각수가 순환된다.
여기서, 상기 제1 연결라인(21)은 상기 제1 밸브(V1)의 작동을 통해 개방된다. 이와 동시에, 상기 제1 밸브(V1)는 상기 리저버 탱크(16)와 연결되는 상기 냉각수 라인(11)을 폐쇄할 수 있다.
또한, 상기 제2 밸브(V2)의 작동을 통해 상기 전장품(15)과 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인(17)이 개방된다.
상기 열교환기(115)와 연결된 상기 제3 연결라인(25)은 상기 제3 밸브(V3)의 작동을 통해 폐쇄된다.
그리고 상기 제4, 제5, 및 제6 연결라인(27, 29 ,31)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 폐쇄된다.
이에 따라, 상기 라디에이터(12)에서 외기와의 열교환을 통해 냉각되면서 온도가 낮아진 냉각수는 개방된 상기 제1 연결라인(21)을 따라 상기 배터리(B)에 먼저 유입됨으로써, 상기 배터리(B)를 보다 효율적으로 냉각할 수 있다.
상기 배터리(B)의 냉각을 완료한 냉각수는 상기 제2 연결라인(23)을 따라 상기 리저버 탱크(16)로 유입되고, 상기 워터펌프(14)의 작동에 의해 개방된 상기 바이패스 라인(17)으로 순환되면서 상기 냉각수 히터(18)를 통과하게 된다.
이 때, 상기 냉각수 히터(18)는 작동하지 않게 되며, 이로 인해, 냉각수가 가열되는 것이 방지된다.
또한, 냉각수는 상기 바이패스 라인(17)을 따라 순환되면서 상기 전장품(15)들을 통과하지 않게 됨에 따라, 상기 전장품(15)들에서 발생하는 열에 의해 온도가 상승되는 것이 방지될 수 있다.
상기 냉각수 히터(18)를 통과한 냉각수는 상기 라디에이터(12)와 연결된 상기 냉각수 라인(11)을 따라 상기 라디에이터(12)에 유입되고, 상기 라디에이터(12)를 통과하면서 외기와 열교환을 통해 냉각된다.
상기 라디에이터(12)를 통과하면서 냉각된 냉각수는 전술한 바와 같은 과정을 반복 수행하면서, 상기 배터리(B)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
즉, 상기 제1 냉각모드에서는 상기 라디에이터(12)에서 냉각된 냉각수가 상기 제1 연결라인(21)과 상기 제2 연결라인(23)을 통해 상기 배터리(B)를 통과하면서 상기 배터리(B)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 냉각모드로 상기 배터리(B)를 냉각하는 과정에서, 차량 실내의 냉방이 요구되면, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 에어컨 장치(100)는 상기 압축기(103)의 작동을 통해 상기 냉매라인(101)을 따라 냉매를 순환시킨다.
즉, 상기 압축기(103)로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 상기 냉매라인(101)을 따라 순환되면서 상기 컨덴서(105)를 통하여 응축된 후, 상기 리시버 드라이어(105a), 및 상기 팽창밸브(107)를 거치면서 팽창되고, 상기 증발기(109)에서 증발된다.
이 때, 상기 HVAC 모듈(110)에서는 상기 송풍기(111)가 작동하면서 공급된 공기가 상기 증발기(109)를 통과하면서 냉각되어 온도가 낮아진 상태로 차량의 실내로 유입됨으로써, 차량 실내의 온도 및 습도를 낮출 수 있다.
여기서, 상기 개폐도어(119)는 상기 열교환기(115)에 냉각수의 공급이 중단되고, 상기 공기 히터(117)의 작동이 정지됨에 따라, 상기 증발기(109)를 통과한 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)를 통과하도록 개방될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 개폐도어(119)가 상기 증발기(109)를 통과한 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)를 통과하도록 개방되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 개폐도어(119)는 상기 증발기(105)를 통과하면서 냉각된 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)를 통과하지 않고, 차량 내부로 바로 유입되도록 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117) 측을 폐쇄할 수 있다.
그리고 본 실시예에서, 제2 냉각모드로 상기 배터리(B)의 냉각 시, 작동을 첨부한 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제2 냉각모드로 배터리의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
도 5를 참조하면, 상기 배터리(B)의 제2 냉각모드에서는 차량 실내의 냉방 요구로 인해, 상기 에어컨 장치(100)가 작동한다.
상기 에어컨 장치(100)에서는 상기 압축기(103)로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 상기 냉매라인(101)을 따라 순환되면서 상기 컨덴서(105)를 통하여 응축된 후, 상기 리시버 드라이어(105a), 및 상기 팽창밸브(107)를 거치면서 팽창되고, 상기 증발기(109)에서 증발된다.
이 때, 상기 HVAC 모듈(110)에서는 상기 송풍기(111)가 작동하면서 공급된 공기가 상기 증발기(109)를 통과하면서 냉각되어 온도가 낮아진 상태로 차량의 실내로 유입됨으로써, 차량 실내의 온도 및 습도를 낮추게 된다.
여기서, 상기 개폐도어(119)는 상기 증발기(109)를 통과한 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)를 통과하도록 개방된다.
그리고 상기 냉각장치(10)에서는 상기 워터펌프(14)가 작동하여 상기 냉각수 라인(11) 중, 개방된 일부의 상기 냉각수 라인(11)을 따라 냉각수가 순환된다.
여기서, 상기 라디에이터(12), 및 상기 리저버 탱크(16)와 연결되는 상기 냉각수 라인(11)과, 상기 제1 연결라인(21)이 상기 제1 밸브(V1)의 작동을 통해 폐쇄된다.
또한, 상기 제2 밸브(V2)의 작동을 통해 상기 전장품(15)과 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인(17)이 개방된다.
그리고 상기 제3 밸브(V3)의 작동을 통해 상기 라디에이터(12)와 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되며, 상기 열교환기(115)와 연결된 상기 제3 연결라인(25)이 개방된다.
이에 따라, 냉각수는 상기 라디에이터(12)에 유입되는 것이 방지됨으로써, 외기와 열교환을 통해 냉각되는 것이 방지될 수 있다.
즉, 차량 실내의 냉방이 요구되는 여름철에는 외부 온도가 높기 때문에 상기 라디에이터(12)를 통과하면서 냉각된 냉각수의 온도가 겨울철에 비해 비교적 높아질 수 있다.
따라서, 과열된 상기 배터리(B)를 냉각하기 위한 제2 냉각모드에서는 상기 라디에이터(12)로 냉각수가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
그리고 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 개방된다. 이와 동시에, 상기 제6 연결라인(31)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 폐쇄된다.
그러면, 상기 냉각장치(10)에서 상기 워터펌프(14)의 작동을 통해 순환되는 냉각수는 상기 리저버 탱크(16)로부터 상기 제2 밸브(V2)에 의해 개방된 상기 바이패스 라인(17)을 따라 상기 냉각수 히터(18)에 공급된다.
이 때, 상기 냉각수 히터(18)는 작동하지 않게 되며, 이로 인해, 냉각수가 가열되는 것이 방지된다.
상기 냉각수 히터(18)를 통과한 냉각수는 상기 제3 연결라인(25)을 따라 유동되면서 상기 열교환기(115)를 통과한다.
이 때, 상기 증발기(109)를 통과하면서 냉각된 저온의 외기 또는 공기는 상기 열교환기(115)를 통과하면서, 상기 열교환기(115)로 유입된 냉각수와 열교환을 통해 냉각수의 온도를 신속하게 낮출 수 있다.
즉, 상기 제2 냉각모드에서 상기 송풍기(111)에서 공급된 공기는 상기 증발기(109)를 통과하는 저온의 냉매와 열교환을 통해 냉각된 상태로, 상기 열교환기(115)를 통과하면서 상기 열교환기(115)를 통과하는 냉각수를 냉각시키게 된다.
이에 따라, 상기 열교환기(115)를 통과하면서 냉각이 완료된 저온의 냉각수는 개방된 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)을 통해 상기 배터리(B)로 유입되면서, 과열된 상기 배터리(B)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
상기 배터리(B)의 냉각을 완료한 냉각수는 상기 제2 연결라인(23)을 따라 상기 리저버 탱크(16)로 유입되고, 상기 워터펌프(14)의 작동에 의해 개방된 상기 바이패스 라인(17)으로 순환되면서 상기 냉각수 히터(18)를 통과한 후, 상기 제3 연결라인(25)을 통해 다시 상기 열교환기(115)로 유입되면서, 전술한 바와 같은 과정을 반복 수행하게 된다.
따라서, 과열된 상기 배터리(B)는 전술한 바와 같은 작동을 반복 수행하면서 순환되는 저온의 냉각수에 의해 보다 효율적이고 신속하게 냉각될 수 있다.
그리고 상기 제2 냉각모드로 상기 배터리(B)를 냉각하는 과정에서, 상기 전장품(15)의 냉각이 요구될 경우에 대한 작동을 첨부한 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제2 냉각모드로 배터리의 냉각, 전장품의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
도 6을 참조하면, 상기 배터리(B)의 제2 냉각모드에서는 차량 실내의 냉방 요구로 인해, 상기 에어컨 장치(100)가 작동한다.
상기 에어컨 장치(100)에서는 상기 압축기(103)로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 상기 냉매라인(101)을 따라 순환되면서 상기 컨덴서(105)를 통하여 응축된 후, 상기 리시버 드라이어(105a), 및 상기 팽창밸브(107)를 거치면서 팽창되고, 상기 증발기(109)에서 증발된다.
이 때, 상기 HVAC 모듈(110)에서는 상기 송풍기(111)가 작동하면서 공급된 공기가 상기 증발기(109)를 통과하면서 냉각되어 온도가 낮아진 상태로 차량의 실내로 유입됨으로써, 차량 실내의 온도 및 습도를 낮추게 된다.
여기서, 상기 개폐도어(119)는 상기 증발기(109)를 통과한 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)를 통과하도록 개방된다.
그리고 상기 냉각장치(10)에서는 상기 워터펌프(14)가 작동하여 상기 냉각수 라인(11) 중, 개방된 일부의 상기 냉각수 라인(11)을 따라 냉각수가 순환된다.
여기서, 상기 라디에이터(12), 및 상기 리저버 탱크(16)와 연결되는 상기 냉각수 라인(11)과, 상기 제1 연결라인(21)이 상기 제1 밸브(V1)의 작동을 통해 폐쇄된다.
또한, 상기 제2 밸브(V2)의 작동을 통해 상기 전장품(15)과 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 개방되고, 상기 바이패스 라인(17)은 폐쇄된다.
그리고 상기 제3 밸브(V3)의 작동을 통해 상기 라디에이터(12)와 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되며, 상기 열교환기(115)와 연결된 상기 제3 연결라인(25)이 개방된다.
이에 따라, 냉각수는 상기 라디에이터(12)에 유입되는 것이 방지됨으로써, 외기와 열교환을 통해 냉각되는 것이 방지될 수 있다.
즉, 차량 실내의 냉방이 요구되는 여름철에는 외부 온도가 높기 때문에 상기 라디에이터(12)를 통과하면서 냉각된 냉각수의 온도가 겨울철에 비해 비교적 높아질 수 있다.
따라서, 과열된 상기 배터리(B)를 냉각하기 위한 제2 냉각모드에서는 상기 라디에이터(12)로 냉각수가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
그리고 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 개방된다. 이와 동시에, 상기 제6 연결라인(31)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 폐쇄된다.
그러면, 상기 냉각장치(10)에서 상기 워터펌프(14)의 작동을 통해 순환되는 냉각수는 상기 리저버 탱크(16)로부터 상기 제2 밸브(V2)에 의해 개방된 상기 바이패스 라인(17)을 따라 상기 냉각수 히터(18)에 공급된다.
이 때, 상기 냉각수 히터(18)는 작동하지 않게 되며, 이로 인해, 냉각수가 가열되는 것이 방지된다.
상기 냉각수 히터(18)를 통과한 냉각수는 상기 제3 연결라인(25)을 따라 유동되면서 상기 열교환기(115)를 통과한다.
이 때, 상기 증발기(109)를 통과하면서 냉각된 저온의 외기 또는 공기는 상기 열교환기(115)를 통과하면서, 상기 열교환기(115)로 유입된 냉각수와 열교환을 통해 냉각수의 온도를 신속하게 낮출 수 있다.
즉, 상기 제2 냉각모드에서 상기 송풍기(111)에서 공급된 공기는 상기 증발기(109)를 통과하는 저온의 냉매와 열교환을 통해 냉각된 상태로, 상기 열교환기(115)를 통과하면서 상기 열교환기(115)를 통과하는 냉각수를 냉각시키게 된다.
이에 따라, 상기 열교환기(115)를 통과하면서 냉각이 완료된 저온의 냉각수는 개방된 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)을 통해 상기 배터리(B)로 유입되면서, 과열된 상기 배터리(B)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
상기 배터리(B)의 냉각을 완료한 냉각수는 상기 제2 연결라인(23)을 따라 상기 리저버 탱크(16)로 유입되고, 상기 워터펌프(14)의 작동에 의해 개방된 상기 냉각수 라인(11)을 따라 상기 전장품(15)들을 순차적으로 통과하면서 상기 전장품(15)들을 냉각할 수 있다.
상기 전장품(15)들을 냉각한 냉각수는 상기 냉각수 히터(18)를 통과한 후, 다시 상기 제3 연결라인(25)을 통해 다시 상기 열교환기(115)로 유입되면서, 전술한 바와 같은 과정을 반복 수행하게 된다.
따라서, 과열된 상기 배터리(B)와 냉각이 요구된 상기 전장품(15)들은 전술한 바와 같은 작동을 반복 수행하면서 순환되는 저온의 냉각수에 의해 신속하고 효율적으로 냉각될 수 있다.
따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템을 적용하면, 별도의 배터리 온도 조절장치의 추가 없이도 상기 에어컨 장치(100)의 HVAC 모듈(110)과, 상기 냉각장치(10)에서 순환하는 냉각수를 이용하여 상기 배터리(B)의 온도를 효율적으로 제어하여 시스템의 단순화가 가능해지고, 제작비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 배터리(B)의 효율적인 온도 관리가 가능해 짐에 따라, 상기 배터리(B)의 최적 성능 발휘가 가능해지고, 상기 배터리(B)의 효율, 내구성, 및 수명을 향상시킬 수 있으며, 전기 자동차의 전체적인 주행거리를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 차량의 냉방모드에서 배터리가 과열될 경우, HVAC 모듈에서 냉매와 열교환이 완료되어 실내로 공급되는 저온의 외기를 이용해 냉각수를 보다 낮은 온도로 냉각하여 배터리에 공급함으로써, 과열된 배터리를 신속하고 효율적으로 냉각할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 냉각장치
11 : 냉각수 라인
12 : 라디에이터
13 : 쿨링팬
14 : 워터펌프
15 : 전장품
17 : 바이패스 라인
18 : 냉각수 히터
21, 23, 25, 27, 29, 31 : 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 연결라인
100 : 에어컨 장치
101 : 냉매라인
103 : 압축기
105 : 컨덴서
107 : 팽창밸브
109 : 증발기
110 : HVAC 모듈
111 : 송풍기
113 : 케이스
115 : 열교환기
117 : 공기 히터
119 : 개폐도어
V1, V2, V3, V4 : 제1, 제2, 제3, 및 제4 밸브
11 : 냉각수 라인
12 : 라디에이터
13 : 쿨링팬
14 : 워터펌프
15 : 전장품
17 : 바이패스 라인
18 : 냉각수 히터
21, 23, 25, 27, 29, 31 : 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 연결라인
100 : 에어컨 장치
101 : 냉매라인
103 : 압축기
105 : 컨덴서
107 : 팽창밸브
109 : 증발기
110 : HVAC 모듈
111 : 송풍기
113 : 케이스
115 : 열교환기
117 : 공기 히터
119 : 개폐도어
V1, V2, V3, V4 : 제1, 제2, 제3, 및 제4 밸브
Claims (16)
- 냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터와 워터펌프를 포함하며, 적어도 하나의 전장품을 냉각하도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치;
차량의 실내로 공기를 송풍하도록 송풍기가 구비된 케이스와, 상기 케이스의 내부에 배치되는 증발기와, 차량 실내의 온도 조절을 위해 상기 증발기를 통과한 공기가 열교환기와 공기 히터에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어가 구비된 HVAC 모듈을 포함하며, 상기 증발기와 냉매라인을 통해 상호 연결되는 압축기, 컨덴서, 및 팽창밸브를 더 포함하는 에어컨 장치; 및
상기 냉각장치로부터 공급된 냉각수가 순환되면서 웜업, 또는 냉각되도록 상기 냉각수 라인과 적어도 하나의 연결라인을 통해 연결되는 배터리;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 냉각장치는
상기 라디에이터와 상기 워터펌프 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제1 밸브;
상기 제1 밸브와 상기 워터펌프 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 리저버 탱크;
상기 워터펌프와 상기 전장품 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제2 밸브;
상기 전장품과 상기 라디에이터의 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제3 밸브; 및
상기 전장품들과 상기 제3 밸브 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되고, 상기 제2 밸브의 작동에 따라 상기 전장품을 통과한 냉각수가 공급되거나, 상기 전장품의 통과 없이 냉각수가 공급되도록, 상기 제2 밸브와 바이패스 라인을 통해 선택적으로 연결되는 냉각수 히터;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 제2 밸브는
상기 배터리의 웜업모드에서 상기 전장품과 연결되는 상기 냉각수 라인은 폐쇄하고, 상기 바이패스 라인을 개방하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 냉각수 히터는
상기 배터리의 웜업모드에서 작동되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 연결라인은
상기 제1 밸브를 통해 상기 냉각수 라인을 상기 배터리에 연결하는 제1 연결라인;
상기 배터리와 상기 리저버 탱크를 연결하는 제2 연결라인;
상기 제3 밸브를 통해 상기 냉각수 라인을 상기 열교환기와 연결하는 제3 연결라인;
상기 열교환기와 상기 배터리의 사이에 구비된 제4 밸브와 상기 열교환기를 연결하는 제4 연결라인;
상기 제4 밸브와 상기 제1 연결라인을 연결하는 제5 연결라인; 및
상기 제4 밸브와 상기 제2 연결라인을 연결하는 제6 연결라인;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 배터리는
발열 온도에 따라 제1 냉각모드와 제2 냉각모드로 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 제1 냉각모드에서는
상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 제1 연결라인이 개방되고, 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며,
상기 제2 밸브의 작동을 통해 상기 전장품과 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인이 개방되며,
상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 폐쇄되며,
상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 제5, 및 제6 연결라인이 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 제1 냉각모드에서는
상기 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 상기 제1 연결라인과 상기 제2 연결라인을 통해 상기 배터리를 통과하면서 상기 배터리를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 제2 냉각모드에서는
상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터, 및 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인과, 상기 제1 연결라인이 폐쇄되고,
상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며, 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 개방되고,
상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 및 제5 연결라인이 개방되며, 상기 제6 연결라인이 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 제2 냉각모드에서
상기 바이패스 라인은 상기 전장품의 냉각이 요구될 경우, 상기 제2 밸브의 작동을 통해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 제2 냉각모드에서 상기 송풍기에서 공급된 공기는
상기 증발기를 통과하는 저온의 냉매와 열교환을 통해 냉각된 상태로, 상기 열교환기를 통과하면서 상기 열교환기를 통과하는 냉각수를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 배터리의 웜업 모드에서는
상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터, 및 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인과, 상기 제1 연결라인이 폐쇄되고,
상기 제2 밸브의 작동을 통해 상기 전장품과 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인이 개방되며,
상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며, 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 개방되고,
상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 및 제5 연결라인이 개방되며, 상기 제6 연결라인이 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 제4 밸브는
상기 제4 연결라인이 개방된 상태에서, 상기 배터리의 웜업 또는 냉각이 요구되지 않을 경우, 상기 제5 연결라인을 폐쇄하고, 상기 제6 연결라인을 개방하여 상기 배터리로 냉각수의 유입을 방지하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 밸브는
3-Way 밸브 인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열교환기는
냉각수를 공기와 열교환시키는 공랭식 열교환기인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 전장품은
모터, 또는 전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)와, 충전기(On Board Charger, OBC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190060101A KR102715809B1 (ko) | 2019-05-22 | 차량용 배터리 열 관리 시스템 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020190060101A KR102715809B1 (ko) | 2019-05-22 | 차량용 배터리 열 관리 시스템 |
Publications (2)
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KR20200135604A true KR20200135604A (ko) | 2020-12-03 |
KR102715809B1 KR102715809B1 (ko) | 2024-10-14 |
Family
ID=
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113246807A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-08-13 | 中国第一汽车股份有限公司 | 燃料电池混合动力汽车热管理系统、方法、车辆及介质 |
CN113771589A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-10 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种热管理系统及其控制方法 |
CN113858917A (zh) * | 2021-10-20 | 2021-12-31 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司 | 新能源汽车热管理系统 |
WO2024143813A1 (ko) * | 2022-12-27 | 2024-07-04 | 한온시스템 주식회사 | 차량의 열관리 시스템 |
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CN113771589B (zh) * | 2021-09-23 | 2024-05-17 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种热管理系统及其控制方法 |
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