KR20210008455A - 차량용 배터리의 열관리 시스템 및 이를 제어하는 방법 - Google Patents

차량용 배터리의 열관리 시스템 및 이를 제어하는 방법 Download PDF

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오만주
정소라
김재웅
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현대자동차주식회사
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Abstract

차량의 외부에 위치되고, 내부에 냉매가 저장된 리저버 탱크; 리저버 탱크에서 차량에 탑재된 배터리와 열교환하는 열교환회로에 냉매를 공급하는 냉매공급라인; 열교환회로에서 배출된 냉매를 리저버 탱크로 회수하는 냉매회수라인; 일단이 리저버 탱크와 연결되고, 내부에 냉매공급라인 또는 냉매회수라인이 포함된 케이블; 및 케이블의 타단에 마련되고, 차량에 결합시 케이블의 냉매공급라인 또는 냉매회수라인을 열교환회로의 유입구 또는 배출구로 연결하는 커넥터;를 포함하는 차량용 배터리의 열관리 시스템이 소개된다.

Description

차량용 배터리의 열관리 시스템 및 이를 제어하는 방법{THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR VEHICLE BATTERY AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 차량용 배터리의 열관리 시스템 및 이를 제어하는 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 충전장치에서 배터리의 충전시 배터리의 냉각을 보조하도록 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래의 차량은 가솔린이나 디젤과 같은 화석 연료를 연소시켜 획득한 열 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 획득한 동력을 이용하여 도로나 선로를 주행하는 것이 일반적이었다.
그러나 최근 차량은 화석 연료의 연소가 아닌 차량 내에 탑재된 배터리에 충전된 전기 에너지를 이용하여 동력을 얻어 도로나 선로를 주행할 수도 있는데, 이와 같이 전기 에너지를 이용하여 동력을 얻는 차량을 전기 자동차라고 한다.
전기 자동차는 전기 에너지만을 이용하여 동력을 획득하는 통상적인 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)와 화석 연료의 연소에 따른 열 에너지와 전기 에너지 양자를 모두 이용하여 동력을 획득하는 하이브리드 전기 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)와, 화석 연료의 연소에 따른 열 에너지와 전기 에너지 양자를 모두 이용하되 외부에서 전기 에너지를 공급받아 내장된 배터리에 충전 가능한 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등이 있다.
또한, 확장해서 보면 충전된 수소를 이용하여 발생시킨 전기 에너지를 바로 이용하거나 전기 에너지를 배터리에 충전하거나 방전시켜 이용하는 연료전지 자동차(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle)도 포함될 수 있다
이러한 전기 자동차는 배터리를 포함하고, 충전소에서 배터리를 충전할 수 있다. 다만, 충전 시간을 단축하기 위한 급속 충전의 경우, 열부하가 증대됨에 따라 배터리에 과열이 발생할 수 있는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2004-0031196 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리의 과열을 방지하기 위하여 배터리 충전과 동시에 외부에서 배터리를 냉각시키는 냉각시스템을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 배터리의 열관리 시스템은 차량의 외부에 위치되고, 내부에 냉매가 저장된 리저버 탱크; 리저버 탱크에서 차량에 탑재된 배터리와 열교환하는 열교환회로에 냉매를 공급하는 냉매공급라인; 열교환회로에서 배출된 냉매를 리저버 탱크로 회수하는 냉매회수라인; 일단이 리저버 탱크와 연결되고, 내부에 냉매공급라인 또는 냉매회수라인이 포함된 케이블; 및 케이블의 타단에 마련되고, 차량에 결합시 케이블의 냉매공급라인 또는 냉매회수라인을 열교환회로의 유입구 또는 배출구로 연결하는 커넥터;를 포함한다.
커넥터는 차량 외부에 위치된 충전장치와 전기적으로 연결되고, 충전장치는 커넥터가 차량에 결합시 배터리와 전기적으로 연결될 수 있다.
리저버 탱크는 일부 또는 전부가 매립되어, 표면에서 주위와 열교환될 수 있다.
일부 또는 전부가 매립되어 표면에서 주위와 열교환하는 열원;을 더 포함하고, 리저버 탱크는 열원과 히트 펌프 시스템으로 연결되어 열원보다 상대적으로 낮은 온도로 유지될 수 있다.
리저버 탱크에 저장된 냉매의 질량은 열교환회로의 내부에 최대로 유입 가능한 냉매의 질량보다 클 수 있다.
냉매는 냉매공급라인에서 액체 상태로 공급되고, 열교환회로에서 기화되어 냉매회수라인에서 기체 상태로 회수될 수 있다.
커넥터에는 케이블 내부의 냉매공급라인 또는 냉매회수라인을 차단하는 제1밸브가 마련되고, 제1밸브는 커넥터가 차량에 결합시 개방될 수 있다.
열교환회로의 유입구 또는 배출구에는 열교환회로를 차단하는 제2밸브가 마련되고, 제2밸브는 커넥터가 차량에 결합시 개방될 수 있다.
커넥터에는 케이블 내부의 냉매공급라인 또는 냉매회수라인을 차단하는 제1밸브가 마련되고, 열교환회로의 유입구 또는 배출구에는 열교환회로를 차단하는 제2밸브가 마련되며, 커넥터와 차량의 결합시 제1밸브 또는 제2밸브를 개방하도록 제1밸브 또는 제2밸브 측으로 돌출된 형상을 갖고, 커넥터 또는 차량에 결합된 돌출핀;을 더 포함할 수 있다.
돌출핀은 탄성체를 매개로 커넥터에 결합되고, 제1밸브 및 제2밸브 측으로 각각 돌출되어 차량과 결합시 제1밸브 및 제2밸브를 모두 개방시킬 수 있다.
냉매공급라인에 위치되고, 구동시 냉매공급라인을 통해 리저버 탱크의 냉매를 커넥터 측으로 공급하는 냉매펌프; 및 커넥터가 차량과 결합시, 리저버 탱크의 냉매를 열교환회로로 공급하도록 냉매펌프를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
냉매공급라인은 양측으로 분기되었다가 다시 합류되고, 양측의 분기된 지점에 각각 제3밸브 및 제4밸브가 마련되며, 제3밸브 및 제4밸브는 3-Way 밸브이고, 냉매펌프는 제3밸브와 제4밸브 사이에 위치되어 냉매공급라인과 연결되며, 제어기는 리저버 탱크의 냉매를 열교환회로로 공급하거나, 열교환회로의 냉매를 리저버 탱크로 회수하도록 제3밸브, 제4밸브 및 냉매펌프를 제어할 수 있다.
커넥터는 차량 외부에 위치된 충전장치와 전기적으로 연결되고, 충전장치는 커넥터가 차량에 결합시 배터리와 전기적으로 연결되며, 제어기는 충전장치에 의해 배터리가 충전되는 동안 리저버 탱크의 냉매를 열교환회로로 공급하도록 제3밸브, 제4밸브 및 냉매펌프를 제어할 수 있다.
커넥터는 차량 외부에 위치된 충전장치와 전기적으로 연결되고, 충전장치는 커넥터가 차량에 결합시 배터리와 전기적으로 연결되며, 제어기는 충전장치에 의해 배터리가 충전 완료되면 열교환회로의 냉매를 리저버 탱크로 회수하도록 제3밸브, 제4밸브 및 냉매펌프를 제어할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 배터리의 열관리 시스템의 제어 방법은 커넥터의 차량과 결합을 감지하면, 리저버 탱크의 냉매를 열교환회로로 공급하도록 냉매펌프를 제어할 수 있다.
본 발명의 차량용 배터리의 열관리 시스템에 따르면, 외부 장치를 이용하여 차량용 배터리를 냉각시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 배터리의 급속 충전시에만 발생되는 높은 열부하를 위하여 차량에 탑재된 자체 냉각 능력을 향상시키는 경우 발생되는 원가, 중량 및 레이아웃(Lay-out) 측면의 비효율적인 문제를 해결하는 효과를 갖는다.
또한, 상태 변화에 따른 잠열을 이용함으로써 냉매의 유동을 최소화시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 열관리 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 배터리의 열관리 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
도 4a 내지 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터와 차량 사이의 연결구조를 도시한 것이다.
도 5a 내지 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리의 열관리 시스템의 냉매 공급 상태 및 냉매 회수 상태를 각각 도시한 것이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(V)용 배터리(B)의 열관리 시스템의 구성도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터(410)를 도시한 것이다.
차량(V)에는 배터리(B)가 탑재될 수 있다. 여기서, 배터리(B)는 플러그인(Plug-In) 타입의 배터리(B)로, 외부에서 충전장치(600)가 연결되어 충전되는 배터리(B)일 수 있다. 특히, 배터리(B)는 차량(V)에 탑재된 모터를 구동하는 대용량 배터리(B)일 수 있다.
모터에 의해 차량(V)이 구동되는 경우, 모터에 전력을 공급하는 배터리(B)에는 약 0.5 ~ 3 [kW] 정도의 발열이 발생할 수 있다. 이러한 주행 중의 발열은 차량(V)에 탑재된 별도의 냉각시스템(A/C)으로 냉각시킬 수 있다.
그러나 배터리(B)가 외부의 충전장치(600)에 의해 충전되는 경우, 상대적으로 큰 발열량이 발생되고, 특히 배터리(B)의 급속 충전시 7 [kW] 이상에 달하는 발열이 발생되어 차량(V)에 탑재된 냉각시스템(A/C)으로는 한계가 있어 급속 충전을 유지하기 어려운 문제가 있었다.
또한, 이를 위해 차량(V)에 탑재된 냉각시스템(A/C)의 냉각 능력을 향상시키는 경우, 원가, 중량 및 레이아웃(Lay-out) 측면에서 비효율적인 문제가 있었다.
도 1 내지 2를 참조하면, 이를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(V)용 배터리(B)의 열관리 시스템은 차량(V)의 외부에 위치되고, 내부에 냉매가 저장된 리저버 탱크(100); 리저버 탱크(100)에서 차량(V)에 탑재된 배터리(B)와 열교환하는 열교환회로(500)에 냉매를 공급하는 냉매공급라인(200); 열교환회로(500)에서 배출된 냉매를 리저버 탱크(100)로 회수하는 냉매회수라인(300); 일단이 리저버 탱크(100)와 연결되고, 내부에 냉매공급라인(200) 또는 냉매회수라인(300)이 포함된 케이블(400); 및 케이블(400)의 타단에 마련되고, 차량(V)에 결합시 케이블(400)의 냉매공급라인(200) 또는 냉매회수라인(300)을 열교환회로(500)의 유입구 또는 배출구로 연결하는 커넥터(410);를 포함한다.
리저버 탱크(100)는 차량(V)의 외부에 위치되고, 내부에 대용량의 냉매가 저장될 수 있다. 여기서, 냉매는 후술하는 2-Phase 냉매일 수도 있고, 냉각수 또는 일반적으로 사용되는 냉매일 수도 있다. 특히, 리저버 탱크(100)는 배터리(B) 충전을 위한 충전장치(600)가 마련된 충전소에 위치될 수 있다.
차량(V)의 배터리(B)에는 열교환회로(500)가 형성될 수 있다. 열교환회로(500)는 배터리(B)에 인접하게 위치되어 배터리(B)와 열교환될 수 있다. 여기서, 열교환회로(500)는 차량(V) 자체에 탑재된 냉각시스템(A/C)과는 분리되어 별도로 형성될 수 있다.
냉매공급라인(200)은 차량(V)의 열교환회로(500)의 유입구와 연결되어 리저버 탱크(100)의 냉매를 열교환회로(500)로 공급하는 유로일 수 있다.
냉매회수라인(300)은 차량(V)의 열교환회로(500)의 배출구와 연결되어 배터리(B)와 열교환된 냉매를 리저버 탱크(100)로 회수하는 유로일 수 있다.
냉매공급라인(200) 및 냉매회수라인(300)은 케이블(400) 내부에 위치되어 일체로 리저버 탱크(100)와 연결될 수 있다. 케이블(400)의 일단은 리저버 탱크(100)와 연결되고, 케이블(400)의 타단에는 커넥터(410)가 마련될 수 있다.
커넥터(410)는 차량(V)에 분리 가능하게 결합되는 구성으로, 차량(V)에 결합시 케이블(400)의 냉매공급라인(200) 또는 냉매회수라인(300)을 열교환회로(500)의 유입구 또는 배출구로 연결하거나, 차량(V)에서 분리시 케이블(400)의 냉매공급라인(200) 또는 냉매회수라인(300)와 열교환회로(500)의 유입구 또는 배출구 사이가 분리될 수 있다.
이에 따라, 차량(V)용 배터리(B)는 외부 장치를 이용하여 냉각시킬 수 있어, 차량(V) 자체에 탑재된 냉각시스템(A/C)의 부담이 경감되어 원가, 중량 및 레이아웃(Lay-out) 측면에서 유리한 효과를 갖는다.
커넥터(410)는 차량(V) 외부에 위치된 충전장치(600)와 전기적으로 연결되고, 충전장치(600)는 커넥터(410)가 차량(V)에 결합시 배터리(B)와 전기적으로 연결될 수 있다.
충전장치(600)는 충전소에 위치되어 커넥터(410)를 통하여 차량(V)에 결합시 배터리(B)와 전기적으로 연결되어 배터리(B)를 충전할 수 있다. 충전장치(600)의 전력공급라인(610)은 케이블(400)에 일체로 포함될 수도 있고, 전력공급라인(610)이 별도로 형성되면서 커넥터(410)에 연결될 수 있다.
케이블(400) 및 커넥터(410)에는 차량(V)의 배터리(B)와 충전장치(600) 사이의 전기적 연결을 위한 전력공급라인(610) 및 전력커넥터(410)가 일체로 포함될 수 있다. 이에 따라, 커넥터(410) 및 케이블(400)을 통하여 충전장치(600)와 배터리(B)의 충전을 위한 전기적 연결과 리저버 탱크(100)와 열교환회로(500) 사이의 냉매 연결이 동시에 이루어질 수 있다.
리저버 탱크(100)는 일부 또는 전부가 매립되어, 표면에서 주위와 열교환될 수 있다. 특히, 리저버 탱크(100)는 지열에 의해 냉각되거나 가열되도록 지하에 매립되어 주위와 열교환될 수 있다.
다른 실시예로, 리저버 탱크(100)는 호수, 강 또는 바다 등의 물 속에 매립되어 주위의 물과 열교환될 수 있다.
이에 따라, 리저버 탱크(100)는 일정한 온도로 유지되는 주위와 지속적으로 열교환됨에 따라 리저버 탱크(100)는 별도의 장치 없이 일정한 온도로 유지될 수 있는 효과를 갖는다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량(V)용 배터리(B)의 열관리 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
도 3을 더 참조하면, 다른 실시예로, 일부 또는 전부가 매립되어 표면에서 주위와 열교환하는 열원(710);을 더 포함하고, 리저버 탱크(100)는 열원(710)과 히트 펌프 시스템(700)으로 연결되어 열원(710)보다 상대적으로 낮은 온도로 유지될 수 있다.
리저버 탱크(100)의 주위 온도가 리저버 탱크(100)의 목표 유지온도보다 상대적으로 고온인 경우, 즉 리저버 탱크(100)가 주위 온도보다 더 낮게 유지되어야 하는 경우라면 별도의 열원(710) 및 히트 펌프 시스템(700)이 요구될 수 있다.
열원(710)은 열용량이 큰 구성으로 주위 온도와 거의 동일하도록 일정하게 유지될 수 있고, 리저버 탱크(100)는 히트 펌프 시스템(700)에 의해 열원(710)보다 상대적으로 낮은 온도로 유지될 수 있다.
일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템(700)은 리저버 탱크(100)와 열원(710) 사이가 별도의 냉매를 통하여 연결되고, 열원(710)을 통과하여 상대적으로 가열된 냉매가 팽창밸브(730)를 통과하여 상대적으로 냉각된 냉매가 리저버 탱크(100)로 공급되어 리저버 탱크(100)를 냉각시킬 수 있다. 리저버 탱크(100)를 냉각시킨 후 상대적으로 가열된 냉매는 컴프레서(720)를 통과하여 열원(710)으로 공급될 수 있다.
이에 따라, 요구되는 리저버 탱크(100) 및 냉매의 온도가 주위의 온도보다 낮은 경우에도 리저버 탱크(100)를 냉각할 수 있는 효과를 갖는다.
리저버 탱크(100)에 저장된 냉매의 질량은 열교환회로(500)의 내부에 최대로 유입 가능한 냉매의 질량보다 클 수 있다.
내부에 냉매가 포함된 리저버 탱크(100) 및 상술한 열원(710)은 열용량이 클수록 온도 변화가 감소되므로, 리저버 탱크(100)에는 대용량의 냉매가 저장될 수 있다. 특히, 리저버 탱크(100)에 저장된 냉매의 질량은 열교환회로(500)의 내부에 유동되는 냉매의 총 질량 또는 열교환회로(500)의 내부에 최대로 유입 가능한 냉매의 질량보다 클 수 있다.
이에 따라, 지속적인 배터리(B)의 냉각에도 불구하고 리저버 탱크(100)에서 공급되는 냉매의 온도는 변화가 거의 없을 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 냉매는 냉매공급라인(200)에서 액체 상태로 공급되고, 열교환회로(500)에서 기화되어 냉매회수라인(300)에서 기체 상태로 회수될 수 있다.
즉, 냉매는 열교환회로(500)에서 상태 변화하는 2-Phase 냉매일 수 있다. 이에 따라, 냉매는 잠열을 이용함으로써 열교환회로(500)에서 현열을 이용하는 1-Phase 냉매보다 요구되는 냉매 유량이 감소되어 냉매 이송 에너지가 저감되는 효과를 갖는다.
더 구체적으로, 잠열을 이용한 냉각 필요량은 아래의 수식으로 산출될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Q:총 냉각량[kJ], P:냉각 필요량[kW], t:시간, m:냉매질량, r:잠열이다.
이에 따른 냉매 유량(
Figure pat00002
)은 아래와 같이 산출될 수 있다.
Figure pat00003
[ℓ/min]
예를 들어 배터리(B)의 냉각 필요량이 7 [kW]인 경우, 25℃의 냉매가 30 [ℓ/min] 요구된다고 할 때, 기화에 따른 잠열(r : 140 kJ/kg)을 이용하면 냉매는 약 1 내지 3 [ℓ/min] 요구될 수 있다.
따라서, 잠열을 이용하는 경우 냉매 유량이 획기적으로 감소되어 냉매 유동을 위한 에너지가 현저하게 감소되는 효과를 갖는다.
여기서, 냉매는 배터리(B)의 목표 유지온도 구간 내에서 기화점을 갖는 것일 수 있다. 예를 들어, 냉매는 기화점이 30 내지 50 [℃]일 수 있고, 이에 따라 열교환회로(500)에서 가열된 배터리(B)에 의해 기화될 수 있다.
도 4a 내지 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터(410)와 차량(V) 사이의 연결구조를 도시한 것이다.
도 2 및 도 4a 내지 4b를 참조하면, 커넥터(410)에는 케이블(400) 내부의 냉매공급라인(200) 또는 냉매회수라인(300)을 차단하는 제1밸브(411)가 마련되고, 제1밸브(411)는 커넥터(410)가 차량(V)에 결합시 개방될 수 있다.
일 실시예로, 제1밸브(411)는 냉매공급라인(200) 또는 냉매회수라인(300)에 각각 별도로 마련되거나, 동시에 개방 또는 폐쇄되도록 서로 연결된 밸브가이드(511,412)가 더 포함될 수 있다. 제1밸브(411)는 커넥터(410)가 차량(V)에서 분리된 상태에서 냉매공급라인(200) 또는 냉매회수라인(300)를 차단하고, 커넥터(410)가 차량(V)에 결합시 개방되는 체크밸브일 수 있다.
또한, 열교환회로(500)의 유입구 또는 배출구에는 열교환회로(500)를 차단하는 제2밸브(510)가 마련되고, 제2밸브(510)는 커넥터(410)가 차량(V)에 결합시 개방될 수 있다.
일 실시예로, 제2밸브(510) 또한 열교환회로(500)의 유입구 또는 배출구에 각각 별도로 마련되거나, 동시에 개방 또는 폐쇄되도록 서로 연결된 밸브가이드(511,412)가 더 포함될 수 있다. 제2밸브(510)는 커넥터(410)가 차량(V)에서 분리된 상태에서 열교환회로(500)의 유입구 또는 배출구를 차단하고, 커넥터(410)가 차량(V)에 결합시 개방되는 체크밸브일 수 있다.
다른 실시예로, 제1밸브(411) 및 제2밸브(510)는 커넥터(410)와 차량(V)의 결합을 인식하여 개방되거나 폐쇄되도록 제어될 수 있다.
일 실시예로, 커넥터(410)와 차량(V)의 결합시 제1밸브(411) 또는 제2밸브(510)를 개방하도록 제1밸브(411) 또는 제2밸브(510) 측으로 돌출된 형상을 갖고, 커넥터(410) 또는 차량(V)에 결합된 돌출핀(413);을 더 포함할 수 있다.
돌출핀(413)은 제1밸브(411) 또는 제2밸브(510) 측으로 돌출된 형상을 갖고, 커넥터(410) 또는 차량(V)에 결합되어 커넥터(410)와 차량(V)의 결합시 제1밸브(411) 또는 제2밸브(510)를 가압함으로써 물리적으로 회전시켜 제1밸브(411) 또는 제2밸브(510)를 개방시킬 수 있다.
돌출핀(413)은 커넥터(410) 및 차량(V) 측에 각각 마련되어 커넥터(410)와 차량(V)의 결합시 각각이 제2밸브(510) 및 제1밸브(411)이 개방되도록 회전시킬 수 있다.
일 실시예로, 돌출핀(413)은 탄성체(414)를 매개로 커넥터(410)에 결합되고, 제1밸브(411) 및 제2밸브(510) 측으로 각각 돌출되어 차량(V)과 결합시 제1밸브(411) 및 제2밸브(510)를 모두 개방시킬 수 있다.
즉, 돌출핀(413)은 제1밸브(411) 및 제2밸브(510) 측으로 각각 돌출된 형상을 갖고, 커넥터(410)가 차량(V)에 결합시 차량(V)의 제2밸브(510)는 돌출핀(413)의 가압에 의해 개방되도록 회전되고, 커넥터(410)가 차량(V)에 결합시 돌출핀(413)은 탄성체(414)의 변형에 의해 제1밸브(411) 측으로 슬라이딩되어 제1밸브(411)를 가압하여 개방되도록 회전시킬 수 있다.
이에 따라, 하나의 돌출핀(413)으로 커넥터(410)가 차량(V)에 결합시 제1밸브(411) 및 제2밸브(510)가 동시에 개방될 수 있는 효과를 갖는다.
다른 실시예로, 돌출핀(413)은 탄성체(414)를 매개로 차량(V) 측에 결합될 수도 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(V)용 배터리(B)의 열관리 시스템의 냉매 공급 상태를 도시한 것이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(V)용 배터리(B)의 열관리 시스템의 냉매 회수 상태를 도시한 것이다.
도 5a 내지 5b를 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(V)용 배터리(B)의 열관리 시스템은 냉매공급라인(200)에 위치되고, 구동시 냉매공급라인(200)을 통해 리저버 탱크(100)의 냉매를 커넥터(410) 측으로 공급하는 냉매펌프(210); 및 커넥터(410)가 차량(V)과 결합시, 리저버 탱크(100)의 냉매를 열교환회로(500)로 공급하도록 냉매펌프(210)를 제어하는 제어기(700);를 더 포함할 수 있다.
냉매펌프(210)는 냉매공급라인(200)에 위치되어, 리저버 탱크(100)에 저장된 냉매가 커넥터(410) 측으로 공급되도록 냉매의 유동을 발생시킬 수 있다. 제어기(700)는 냉매펌프(210)의 구동을 제어하여 커넥터(410)가 차량(V)과 결합시 리저버 탱크(100)의 냉매를 열교환회로(500)로 공급시킬 수 있다.
커넥터(410)가 차량(V)과 분리된 상태에서는 제1밸브(411)가 차단되어 냉매펌프(210)를 구동하더라도 리저버 탱크(100)의 냉매는 외부로 공급되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제어기(700)는 커넥터(410)가 차량(V)과 결합시에만 냉매펌프(210)를 구동하도록 제어할 수 있다.
냉매공급라인(200)을 통하여 리저버 탱크(100)에서 공급된 액체 상태의 냉매는 기화되어 냉매회수라인(300)을 통하여 기체 상태로 리저버 탱크(100)로 회수될 수 있다. 그러나, 차량(V)의 열교환회로(500)에는 냉매가 잔존하고, 이에 따라 차량(V)의 중량이 증가되며, 냉매는 고가의 충전소 자산인 점에서 냉매는 리저버 탱크(100)로 회수되어야 한다.
기화된 냉매는 냉매회수라인(300)을 통해 회수될 수 있지만, 기화되지 않은 액체 상태의 냉매는 냉매공급라인(200)을 통하여 회수될 수 있다.
구체적으로, 냉매공급라인(200)은 양측으로 분기되었다가 다시 합류되고, 양측의 분기된 지점에 각각 제3밸브(220) 및 제4밸브(230)가 마련되며, 제3밸브(220) 및 제4밸브(230)는 3-Way 밸브이고, 냉매펌프(210)는 제3밸브(220)와 제4밸브(230) 사이에 위치되어 냉매공급라인(200)과 연결되며, 제어기(700)는 리저버 탱크(100)의 냉매를 열교환회로(500)로 공급하거나, 열교환회로(500)의 냉매를 리저버 탱크(100)로 회수하도록 제3밸브(220), 제4밸브(230) 및 냉매펌프(210)를 제어할 수 있다.
즉, 제3밸브(220) 및 제4밸브(230)는 각각 3-Way 밸브로, 2개의 개구가 각각 분기된 냉매공급라인(200)에 연결되고, 1개의 개구가 서로 연결될 수 있다. 제3밸브(220)와 제4밸브(230)의 개구가 서로 연결된 위치에 냉매펌프(210)가 위치될 수 있다.
이에 따라, 냉매펌프(210)는 일방향으로 펌핑하더라도 제3밸브(220) 및 제4밸브(230)을 제어함으로써 냉매공급라인(200)을 통하여 리저버 탱크(100)의 냉매를 열교환회로(500)로 공급하거나, 열교환회로(500)의 냉매를 리저버 탱크(100)로 회수할 수 있다.
예시로, 도 5a와 같이 제3밸브(220) 및 제4밸브(230)를 개방하면 냉매펌프(210)에 의해 리저버 탱크(100)의 냉매가 열교환회로(500)로 공급되고, 도 5b와 같이 제3밸브(220) 및 제4밸브(230)를 반대로 개방하면 냉매펌프(210)에 의해 열교환회로(500)의 냉매가 리저버 탱크(100)로 회수될 수 있다.
다른 실시예로, 냉매펌프(210)가 양방향으로 압력을 발생시킬 수 있을 수 있다.
추가로, 냉매공급라인(200)을 통한 냉매가 회수된 이후에도 열교환회로(500)에 잔존한 냉매는 배터리(B)의 발열에 의해 기화되어 냉매회수라인(300)으로 회수될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량(V)용 배터리(B)의 열관리 시스템을 제어하는 방법으로서, 커넥터(410)의 차량(V)과 결합을 감지하면, 리저버 탱크(100)의 냉매를 열교환회로(500)로 공급하도록 냉매펌프(210)를 제어할 수 있다.
제어기(700)는 커넥터(410)의 차량(V)과 결합을 감지할 수 있다. 제어기(700)는 커넥터(410)와 차량(V)의 결합을 감지하면 충전장치(600)를 통하여 배터리(B)를 충전하도록 제어할 수 있다.
특히, 커넥터(410)는 차량(V) 외부에 위치된 충전장치(600)와 전기적으로 연결되고, 충전장치(600)는 커넥터(410)가 차량(V)에 결합시 배터리(B)와 전기적으로 연결될 수 있다
제어기(700)는 충전장치(600)에 의해 배터리(B)가 충전되는 동안 리저버 탱크(100)의 냉매를 열교환회로(500)로 공급하도록 제3밸브(220), 제4밸브(230) 및 냉매펌프(210)를 제어할 수 있다.
또한, 제어기(700)는 충전장치(600)에 의해 배터리(B)가 충전 완료되면 열교환회로(500)의 냉매를 리저버 탱크(100)로 회수하도록 제3밸브(220), 제4밸브(230) 및 냉매펌프(210)를 제어할 수 있다.
또한, 제어기(700)는 커넥터(410)를 통하여 충전장치(600)에 의한 배터리(B)의 충전을 감시할 수 있고, 배터리(B)의 충전시에는 리저버 탱크(100)의 냉매를 열교환회로(500)로 공급하도록 제3밸브(220), 제4밸브(230) 및 냉매펌프(210)를 제어할 수 있다.
배터리(B)의 충전이 완료되었거나, 배터리(B)가 급속 충전이 불가능하여 완속 충전되거나, 또는 배터리(B)의 충전이 완료되는 시점에 인접한 기설정된 조건(시간, 전압, 충전량 등)이 만족되면 열교환회로(500)의 냉매를 리저버 탱크(100)로 회수하도록 제3밸브(220), 제4밸브(230) 및 냉매펌프(210)를 제어할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 리저버 탱크
200 : 냉매공급라인
300 : 냉매회수라인
400 : 케이블
410 : 커넥터
500 : 열교환회로
600 : 충전장치
700 : 제어기

Claims (15)

  1. 차량의 외부에 위치되고, 내부에 냉매가 저장된 리저버 탱크;
    리저버 탱크에서 차량에 탑재된 배터리와 열교환하는 열교환회로에 냉매를 공급하는 냉매공급라인;
    열교환회로에서 배출된 냉매를 리저버 탱크로 회수하는 냉매회수라인;
    일단이 리저버 탱크와 연결되고, 내부에 냉매공급라인 또는 냉매회수라인이 포함된 케이블; 및
    케이블의 타단에 마련되고, 차량에 결합시 케이블의 냉매공급라인 또는 냉매회수라인을 열교환회로의 유입구 또는 배출구로 연결하는 커넥터;를 포함하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    커넥터는 차량 외부에 위치된 충전장치와 전기적으로 연결되고, 충전장치는 커넥터가 차량에 결합시 배터리와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    리저버 탱크는 일부 또는 전부가 매립되어, 표면에서 주위와 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    일부 또는 전부가 매립되어 표면에서 주위와 열교환하는 열원;을 더 포함하고,
    리저버 탱크는 열원과 히트 펌프 시스템으로 연결되어 열원보다 상대적으로 낮은 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    리저버 탱크에 저장된 냉매의 질량은 열교환회로의 내부에 최대로 유입 가능한 냉매의 질량보다 큰 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    냉매는 냉매공급라인에서 액체 상태로 공급되고, 열교환회로에서 기화되어 냉매회수라인에서 기체 상태로 회수되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    커넥터에는 케이블 내부의 냉매공급라인 또는 냉매회수라인을 차단하는 제1밸브가 마련되고, 제1밸브는 커넥터가 차량에 결합시 개방되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    열교환회로의 유입구 또는 배출구에는 열교환회로를 차단하는 제2밸브가 마련되고, 제2밸브는 커넥터가 차량에 결합시 개방되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    커넥터에는 케이블 내부의 냉매공급라인 또는 냉매회수라인을 차단하는 제1밸브가 마련되고, 열교환회로의 유입구 또는 배출구에는 열교환회로를 차단하는 제2밸브가 마련되며,
    커넥터와 차량의 결합시 제1밸브 또는 제2밸브를 개방하도록 제1밸브 또는 제2밸브 측으로 돌출된 형상을 갖고, 커넥터 또는 차량에 결합된 돌출핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    돌출핀은 탄성체를 매개로 커넥터에 결합되고, 제1밸브 및 제2밸브 측으로 각각 돌출되어 차량과 결합시 제1밸브 및 제2밸브를 모두 개방시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    냉매공급라인에 위치되고, 구동시 냉매공급라인을 통해 리저버 탱크의 냉매를 커넥터 측으로 공급하는 냉매펌프; 및
    커넥터가 차량과 결합시, 리저버 탱크의 냉매를 열교환회로로 공급하도록 냉매펌프를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    냉매공급라인은 양측으로 분기되었다가 다시 합류되고, 양측의 분기된 지점에 각각 제3밸브 및 제4밸브가 마련되며, 제3밸브 및 제4밸브는 3-Way 밸브이고, 냉매펌프는 제3밸브와 제4밸브 사이에 위치되어 냉매공급라인과 연결되며,
    제어기는 리저버 탱크의 냉매를 열교환회로로 공급하거나, 열교환회로의 냉매를 리저버 탱크로 회수하도록 제3밸브, 제4밸브 및 냉매펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    커넥터는 차량 외부에 위치된 충전장치와 전기적으로 연결되고, 충전장치는 커넥터가 차량에 결합시 배터리와 전기적으로 연결되며,
    제어기는 충전장치에 의해 배터리가 충전되는 동안 리저버 탱크의 냉매를 열교환회로로 공급하도록 제3밸브, 제4밸브 및 냉매펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  14. 청구항 11에 있어서,
    커넥터는 차량 외부에 위치된 충전장치와 전기적으로 연결되고, 충전장치는 커넥터가 차량에 결합시 배터리와 전기적으로 연결되며,
    제어기는 충전장치에 의해 배터리가 충전 완료되면 열교환회로의 냉매를 리저버 탱크로 회수하도록 제3밸브, 제4밸브 및 냉매펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
  15. 청구항 11의 차량용 배터리의 열관리 시스템을 제어하는 방법으로서,
    커넥터의 차량과 결합을 감지하면, 리저버 탱크의 냉매를 열교환회로로 공급하도록 냉매펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템의 제어 방법.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4134266A1 (en) * 2021-08-13 2023-02-15 ABB E-mobility B.V. Electric vehicle charging system
KR20230033113A (ko) * 2021-08-27 2023-03-08 현대자동차주식회사 차량의 냉각수 순환 시스템
EP4369473A1 (en) * 2021-11-25 2024-05-15 Huawei Digital Power Technologies Co., Ltd. Heat exchange device, charging station, heat exchange control method, and vehicle
CN114056051A (zh) * 2021-12-01 2022-02-18 智己汽车科技有限公司 一种车辆电池辅助冷却系统、方法及车辆
CN114361646A (zh) * 2021-12-31 2022-04-15 优跑汽车技术(上海)有限公司 一种超级快充液冷系统
KR20230135937A (ko) * 2022-03-17 2023-09-26 현대자동차주식회사 모빌리티용 냉각수 순환 시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040031196A (ko) 2002-10-04 2004-04-13 현대자동차주식회사 전기 차량의 배터리 급속 충전 제어방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9786961B2 (en) * 2011-07-25 2017-10-10 Lightening Energy Rapid charging electric vehicle and method and apparatus for rapid charging
US9321362B2 (en) 2014-02-05 2016-04-26 Tesia Motors, Inc. Cooling of charging cable
DE102018100827A1 (de) * 2018-01-16 2019-07-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Ladekabel und Ladestation für Elektroautos
JP6836210B2 (ja) * 2018-12-26 2021-02-24 株式会社デンソー 車両用熱マネジメントシステム、熱輸送媒体、および車両走行用の電池の冷却方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040031196A (ko) 2002-10-04 2004-04-13 현대자동차주식회사 전기 차량의 배터리 급속 충전 제어방법

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