KR20210103543A - 하이브리드 차량의 열전달 유체 회로를 위한 열 관리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메인 브랜치(1, 2, 3)를 포함하는 하이브리드 차량의 열전달 유체 회로를 포함하는 열 관리 장치에 관한 것으로서, 메인 브랜치 각각에는 냉각되어야 하는 적어도 하나의 기능 부재(4,7,8,9,40)들이 위치하고, 메인 브랜치들 각각은 공칭 작동 온도 쓰레숄드를 가지고, 열 관리 장치는 2 차 브랜치(37, 44, 45)를 구비하며, 열 관리 장치는 라디에이터(6, 33, 46)를 통과하는 유체 냉각제를 이용하여 회로 안에서 순환하는 열 전달 유체를 냉각하기 위한 냉각 브랜치(20, 22, 24)를 포함한다. 열 관리 장치는 유체 연결 수단(15, 60, 61, 62)를 포함하며, 이들은 냉각 브랜치(20, 22, 24)들중 적어도 하나를 2 차 브랜치(37, 44, 45)들중 적어도 하나에 및/또는 메인 브랜치(1, 2, 3)들중 적어도 하나에 연결하도록 설계되어, 다수의 미리 정해진 상황(M1, M2, M3, M4, M5)들로부터 선택된 차량의 순간 작동 상황(M(i))에 따라서 적어도 2 개의 냉각 브랜치(20, 22, 24)에 메인 브랜치(1,2,3)를 연결하기 위하여 회로의 나머지로부터 격리된 순환 루프 또는 회로의 나머지에 연결된 순환 루프를 형성한다.
Description
본 발명은 파워트레인(powertrain)의 상이한 기능 부재(functional member)의 유형들을 구비하는 차량을 위한 열 관리 장치(thermal management device)에 관한 것으로서, 기능 부재의 열 관리(thermal management)가 제어되는 것에 관한 것이다.
현대의 차량에는 복수개의 온도 쓰레숄드 또는 레벨에서 열적 관리의 필요성이 존재한다. 예를 들어, 제 1 유형의 기능 부재에 대해 섭씨 90 도와 105 도 사이에 포함될 수 있는 제 1 온도 쓰레숄드에 따라 열 관리를 수행할 필요가 있다. 제 2 기능 부재 및 제 3 기능 부재중 하나에 대하여 섭씨 40 도 내지 80 도 사이에 포함되고 다른 하나에 대하여 섭씨 0 도와 40 사이에 포함된 제 2 및 제 3 온도 쓰레숄드에 따라서 제 2 및 제 3 기능 부재들에 대한 다른 열적 관리 요건도 각각 필요하다.
따라서 열전달 유체의 온도를 냉각될 부재의 공칭 작동 온도에 정확하게 맞추기 위하여, 차량의 열전달 유체 순환 회로의 다른 부분들의 온도를 제어할 필요가 있다. 열전달 유체 순환 회로의 다양한 부분들에 대하여, 이하에서 "VLT"는 제 3 온도 쓰레숄드에 대응하는 매우 낮은 온도(Very Low Temperature)를 나타내고, "LT" 는 제 2 온도 쓰레숄드에 대응하는 낮은 온도(Low Temperature)를 나타내고, "HT" 는 제 1 온도 쓰레숄드에 대응하는 높은 온도(High Temperature)를 나타낸다.
부분(VLT)은 전기 에너지 저장 배터리와 같은 에너지 저장 수단의 열 관리를 위해 의도될 수 있는 메인 브랜치(main branch)를 포함한다. 전기 또는 하이브리드 추진 차량의 경우, 부분(VLT)의 메인 브랜치는 냉각제 유체로부터 열전달 유체로 프리고리(frigories)를 전달하기 위한 냉각 장치를 동등하게 포함할 수 있다. 부분 (VLT)은 또한 히터를 포함할 수도 있고, 이것은 특히 전기 유형으로서, 예를 들어 열전달 유체로 칼로리를 전달하도록 의도된 양의 온도 계수 써미스터(positive temperature coefficient thermistor)와 같은 것이다. 부분(VLT)의 메인 브랜치는 또한 앞서 언급한 기능 부재들, 즉 냉각 장치 및/또는 히터 및/또는 배터리를 통한 열 전달 유체의 흐름을 위하여 의도된 유압 펌프를 포함할 수 있다. 열전달 유체와 열을 교환하는 이러한 기능 부재들은 바람직하게는 부분(VLT)의 메인 브랜치에 직렬로 배치된다.
전기 또는 하이브리드 추진 차량의 경우, 부분(LT)의 메인 브랜치는 열교환기들을 구비할 수 있으며, 이들은 종종 차량을 구동하기 위한 전기 모터인 전동 장치(electromotive mahchine), 전력 전자 장치를 구비하는 제어 모듈을 각각 냉각하기 위한 것이다. 열 엔진이 설치된 차량용 열전달 유체 순환 회로의 부분(LT)은 과급기 공기 냉각 장치(supercharger air cooling device) 및/또는 콘덴서를 포함할 수도 있다. 열전달 유체와 열을 교환하는 이들 기능 부재는 바람직하게는 부분(LT)의 메인 브랜치에 평행하게 배치된다.
열 엔진이 장착된 차량의 경우, 부분(HT)의 메인 브랜치는 엔진 자체를 포함할 수 있는데, 엔진에는 열전달 유체가 열을 교환할 수 있는 내측 통로가 형성될 뿐만 아니라, 디개싱 자(degassing jar), 승객 구획부를 난방시키기 위한 강제 공기 히터, 오일 냉각 장치 및, 부분(HT)에서의 열전달 유체의 움직임을 구동하기 위한 펌프도 구비된다. 열전달 유체와 열을 교환하는 이러한 기능 부재들은 바람직하게는 부분(HT)의 메인 브랜치에 병렬로 배치된다.
부분(VLT, LT 또는 HT)들의 메인 브랜치를 라디에이터가 배치된 냉각 브랜치와 연관시키는 것이 알려져 있다. 이 때문에 통상적인 하이브리드 유형 차량은 부분(VLT, LT 및 HT)의 공칭 냉각 요건에 각각 맞춰진 분리된 라디에이터를 구비한다. 이러한 냉각 요건들은 라디에이터들의 특정 치수들을 부과하며, 이들 각각은 부분(VLT, LT 또는 HT)들중 하나의 배타적 기능(exclusive function)에 할당된다. 이 때문에 라디에이터들 각각은 부분(VLT, LT 및 HT)의 메인 브랜치 중 하나에 연결된 냉각 브랜치에 배치된다. 이러한 라디에이터를 차량 전면 패널에 설치하는 것은 곤란한데, 왜냐하면 냉각 공기와의 열교환 요건 사항이 증가되는 것을 충족시키도록 열교환 튜브 다발(bundle)의 크기가 증가하기 때문이다.
직면한 단점은 열전달 유체 순환 회로 자체의 디자인에 있으며, 특히 회로의 부분들 각각은 관련된 부분의 냉각 요건에 따라서 일치하는 단일의 열교환기와 관련되어 있다는 사실에 있다. 이러한 종류의 결과는 차량의 연료 소비를 감소시킬 것을 목표로 하는 방식 및 환경 요구 사항에 위배된다. 이것은 또한 냉각 요소들의 위치 선정에 할당된 보다 제한된 공간이 주어진다면 통합의 문제를 발생시킨다.
본 발명의 목적은 냉각될 적어도 하나의 기능 부재가 각각의 메인 브랜치에 배치된 메인 브랜치들을 구비하는 하이브리드 차량의 열전달 유체 회로의 열 관리 장치를 제안함으로써 상기 단점에 대한 해법을 제공하는 것으로서, 메인 브랜치들 각각은 공칭의 작동 온도 쓰레숄드를 가지고, 열 관리 장치는 2 차 브랜치들을 구비하고, 열 관리 장치는 라디에이터를 통과하는 냉각제 유체를 이용하여 회로 안에서 순환하는 열전달 유체를 냉각하기 위한 냉각 브랜치들을 구비한다.
특히, 열 관리 장치는, 메인 브랜치를 적어도 2 개의 냉각 브랜치들에 연결하기 위하여 회로의 나머지에 연결된 순환 루프 또는 회로의 나머지로부터 격리된 순환 루프를 형성하도록, 메인 브랜치들중 적어도 하나 및/또는 2 차 브랜치들중 적어도 하나에 냉각 브랜치들중 적어도 하나를 연결하게끔 구성된 유체 연결 수단을 구비함으로써, 적어도 2 개의 라디에이터들은 복수개의 미리 결정된 작동 모드(M1, M2, M3, M4, M5)들로부터 선택된 차량의 순간적인 작동 모드에서 냉각제 유체가 그것을 통해 지나가도록 의도된다. 본 발명의 관리 장치는 또한 다음의 특징들을 분리되거나 또는 서로 조합되게 구비할 수도 있다.
관리 장치는 적어도 제 1, 제 2 및, 제 3 의 메인 브랜치들을 포함할 수 있고, 제 1 메인 브랜치는 섭씨 90 도와 105 도 사이에 포함된 공칭 온도를 가지고, 제 2 메인 브랜치는 섭씨 40 도와 80 도 사이에 포함된 공칭 온도를 가지고, 제 3 메인 브랜치는 섭씨 0 도와 40 도 사이에 포함된 공칭 온도를 가진다.
열 관리 장치는, 제 1, 제 2 및 제 3 냉각 브랜치들에 각각 배치된, 고온 라디에이터, 저온 라디에이터 및 매우 낮은 온도(very low temperature)의 라디에이터를 각각 구비한다.
열 관리 장치는 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 의 2 차 브랜치를 포함하고, 상기 2 차 브랜치들 각각은 유체 순환 통로와 동일한 유형이다.
열 관리 장치는 미리 결정된 작동 모드들이 적어도 순수 열 부하(pure thermal load), 순수 전기 모드, 하이브리드 모드, 차량에 탑재된 충전기를 통하여 배터리를 충전하는 모드, 및 차량 외부 충전기를 통해 배터리를 충전하는 모드를 구비하는 것을 특징으로 한다.
열 관리 장치는 2 차 브랜치들 각각이 상기 유체 연결 수단에 의하여 메인 브랜치들중 어느 하나에 연결될 수 있는 것을 특징으로 한다.
열 관리 장치는 라디에이터들이 차량의 미리 결정된 상이한 작동 모드들에 대하여 직렬 또는 병렬로 사용될 수 있도록, 메인 브랜치들 각각은 상기 유체 연결 수단에 의해 복수개의 냉각 브랜치에 연결될 수 있는 것을 특징으로 한다.
열 관리 장치는 유체 연결 수단이 4 포트 밸브 및 3 포트 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
열 관리 장치는, 유체 연결 수단들이, 배터리를 냉각하는데 열 전달 유체만을 이용하기 위하여, 배터리의 온도가 섭씨 40 도 내지 55 도 사이의 열적 쓰레숄드 값 미만일 때 차량에 탑재된 충전기를 통하여 배터리를 충전하는 모드 또는 순수 전기 모드에서, 또는 특히 열 엔진을 냉각하기 위하여 주위 온도가 섭씨 20 도 내지 40 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값보다 클 때 하이브리드 작동 모드 또는 순수 열 작동 모드에서, 제 1 및 제 3 냉각 브랜치들을 직렬 또는 병렬로 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 더욱이, 배터리의 온도가 섭씨 40 도 내지 55 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값보다 위에 있을 때, 배터리(40)는 열전달 유체/냉각제 유체 유형의 냉각 장치에 의해 냉각된다.
열 관리 장치는, 유체 연결 수단이, 제 2 메인 브랜치의 유출부에서 취한 열 전달 유체의 온도가 섭씨 70 도보다 크거나 또는 섭씨 70 도와 같을 때 하이브리드 작동 모드 또는 순수 열 작동 모드에서 제 2 및 제 3 냉각 브랜치들을 직렬로 연결하도록 구성되고, 열전달 유체와 냉각 유체 사이에서 열을 교환하는 유형의 오직 하나의 냉각 장치가 배터리를 냉각하게끔 구성되도록, 배터리는 제 3 메인 브랜치 및 제 3 의 2 차 브랜치를 직렬로 연결하는 독립적인 냉각 루프에 배치되는 것을 특징으로 한다. 이러한 경우에, 제 2 및 제 3 냉각 브랜치들에서 순환하는 열전달 유체와 독립적으로 열전달 유체가 제 1 냉각 브랜치에서 순환하도록 제 1 냉각 브랜치는 제 2 및 제 3 냉각 브랜치들로부터 분리된다. 따라서 냉각 회로는 3 개의 분리된 열전달 유체 순환 루프들을 구비한다. HT 및 LT 루프들은 열전달 유체의 공기 냉각을 가능하게 하고, VLT 루프는 배터리를 냉각하도록 의도된 열전달 유체의 냉각제 유체에 의한 냉각을 가능하게 한다.
열 관리 장치는 차량에 탑재된 충전기를 통한 배터리들의 충전을 위한 모드 또는 순수 전기 작동 모드에서 제 1 및 제 2 냉각 브랜치들을 직렬로 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 따라서 냉각 튜브 다발은 제 1 및 제 2 냉각 브랜치들의 열전달 유체가 직렬로 통과되는 열교환기들로 이루어지며, 이것은 전력 전자 장치 및 전기 장치의 냉각을 향상시킨다. 제 3 냉각 브랜치는 제 1 및 제 2 냉각 브랜치들로부터 분리됨으로써, 배터리의 온도가 섭씨 40 도 내지 55 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값 미만일 때 배터리는 제 3 냉각 브랜치에 의해 냉각될 수도 있다. 배터리 냉각이 추가적으로 필요한 경우에, 프리고리(frigories)는 냉각제 유체로부터, 배터리의 상류측에 배치된 냉각제 유체와 열전달 유체 사이의 열 교환기를 통하여, 열전달 유체로 전달된다.
이러한 장치는, 제 1 및 제 2 냉각 브랜치들의 열교환기들 모두가 병렬로 배치되도록, 차량이 차량의 외부에 있는 충전기를 통해 배터리를 충전하는 작동 모드에 있을 때 유체 연결 수단은 제 3 메인 브랜치를 제 1, 제 2 및 제 3 냉각 브랜치들에 연결하도록 구성되고, 열교환기들의 상기 조합은, 배터리의 온도가 섭씨 40 도 내지 55 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값 미만이고 주위 온도가 섭씨 20 도와 40 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값 미만일 때, 제 2 냉각 브랜치와 직렬이도록 배치된다.
열 관리 장치는 차량이 순수 전기 작동 모드 또는 차량에 탑재된 충전기를 통해 배터리들을 충전하는 모드에 있을 때, 유체 연결 수단은 제 2 메인 브랜치를 제 1, 제 2 및 제 3 냉각 브랜치들에 연결하도록 구성됨으로써, 제 1 및 제 3 냉각 브랜치들의 열교환기들의 조합은 병렬로 배치되고, 열교환기들의 상기 조합은 제 2 냉각 브랜치와 직렬로 배치되고, 제 3 메인 브랜치는 제 2 메인 브랜치로부터 분리됨으로써, 주위 온도가 섭씨 20 도 내지 40 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값보다 위에 있을 때 배터리들은 냉각제 유체에 의해 냉각되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 장점들과 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 예로서 주어진 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1 은 본 발명의 하이브리드 차량에 따라서 열전달 유체 순환 회로를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 도 1 회로에 채용된 유체의 유동을 제어하기 위한 수단을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 차량의 트랙션 모드의 유형에 따라서 열전달 유체 순환 회로의 상이한 작동 모드들을 가능하게 하는 제어 수단을 도 2 의 작동 상태들의 표로써 개략적으로 도시한다.
도 2 는 도 1 회로에 채용된 유체의 유동을 제어하기 위한 수단을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 차량의 트랙션 모드의 유형에 따라서 열전달 유체 순환 회로의 상이한 작동 모드들을 가능하게 하는 제어 수단을 도 2 의 작동 상태들의 표로써 개략적으로 도시한다.
도 1 은 냉각 부분(HT, LT, VLT)을 구비하는 하이브리드 차량의 열전달 유체 순환 회로의 열적 관리 장치를 나타내며, 상기 냉각 부분들에는 기능 부재와의 열 교환을 위하여 제 1, 제 2 및 제 3 메인 브랜치들이 배치된다. 기능성 부재의 유형에 의존하여, 이것은 제 1, 제 2 및 제 3 브랜치(1,2,3)들중 하나에 위치되는데, 이것은 미리 결정된 열적 목표(thermal target)에 따라서 칼로리 만큼 프리고리(frigories)를 더함으로써 그것을 열적으로 조절하기 위한 것이다. 차량을 시동할 때, 나중에 냉각으로 전환될 가열을 이루는 것이 때때로 유용하다.
제 1 메인 브랜치(1)는 병렬로 배치된 기능 부재를 구비함으로써, 열적으로 관리될 이들 부재들 각각은 메인 서브 브랜치(main sub branch)들중 하나에 위치한다. 메인 서브 브랜치들중 하나는 엔진(4)을 포함하고, 다른 하나는 디개싱 용기(degassing jar, 7)를 포함하고, 다른 하나는 강제 공기 히터(8)를 포함하고, 마지막으로 다른 하나는 오일 냉각 장치(9)를 포함한다. 메인 펌프(5)는 엔진 블록(4)의 상류에 위치한다. 이러한 기능 부재를 통한 열전달 유체의 순환은 열 교환을 가능하게 함으로써, 엔진(4)으로부터 칼로리를 취하여 그것을 에어로썸(aerotherm, 8) 및/또는 오일 냉각 장치(9)로 되돌릴 수 있게 한다. 칼로리는, 또한 특히 메인 펌프 (5)가 활성화될 때인 엔진(4)의 워밍업 단계 동안, 오일 냉각 장치(9)로부터 에어로썸(8) 및/또는 엔진(4)으로 전달될 수 있다. 메인 펌프 (5)는 바람직하게는 풀리를 통해 열 엔진(4)의 크랭크 샤프트에 연결된 액세서리 벨트에 의해 회전 구동된다는 점에서 기계적 유형이다. 제 1 메인 브랜치(1)는 열전달 유체 순환 회로의 부분(HT)의 구성 부분이다.
제 2 메인 브랜치(2)는 병렬로 배치된 기능 유닛을 구비함으로써, 열적으로 관리되는 이들 유닛들 각각은 병렬의 메인 서브 브랜치(main sub branch, 30, 31, 32)들중 하나에 위치한다.
메인 서브 브랜치(30)들 중 하나는, 전용 열교환기가 제공된 다른 서브 브랜치(31)에 배치된 전기 기계의 작동을 제어하는 전력 전자 장치를 포함한다. 제 3 의 메인 서브 브랜치(32)는 공기 조화 콘덴서, 재순환 가스 또는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 열교환기 및, 과급기 공기(RAS) 교환기를 포함한다. 이러한 3 개의 메인 서브 브랜치들은 상류측에서 동일한 유입 접합점에 연결되고, 하류 측에서 동일한 유출 접합점에 연결되는데,"상류" 및 "하류"라는 용어는 2 차 펌프(35)를 시동시킴으로써 생성된 유체의 순환 방향에 따라서 결정된다. 2 차 펌프(35)는 바람직하게는 전기 유형이고 유입 접합점의 상류에 위치하여, 이러한 기능 부재들을 통한 열전달 유체의 순환은 열 교환을 가능하게 한다. 따라서, 서브 브랜치(30)의 전자 장치, 서브 브랜치(31)의 전기 기계 및/또는 제 3 의 메인 서브 브랜치(32)의 부분인 과급기 공기 교환기(supercharger air exchanger), 재순환 가스 열교환기, 공기 조화 콘덴서, 과급기 공기 냉각 장치로부터 칼로리를 취할 수 있거나, 또는 예를 들어 직렬로 연결된 메인 브랜치(1, 2, 3)들중 적어도 2 개를 가지고 2 차 펌프(35)가 활성화될 때 다른 기능 부재들에 의해 이전에 가열된 열 전달 유체로부터의 칼로리를 전달함으로써 이들 기능 부재들을 가열할 수 있다.
제 2 메인 브랜치(2)는 열교환 유체 순환 회로의 일부분(LT)의 구성 부분이다.
회로의 제 3 메인 브랜치(3)는 직렬로 배치된 기능 부재들을 포함한다. 제 2 의 2 차 펌프(43), 열교환 유체/냉각 유체 유형의 냉각 장치(42), 특히 양의 온도 계수 써미스터(positive temperature coefficient thermistor) 유형의 히터(41)는 전기 에너지 저장 배터리 팩(40)의 상류측에 배치된다. 냉각 장치(42)는 배터리 팩(40)의 상류 측에 위치됨으로써, 제 2 의 2 차 펌프(43)가 활성화될 때 제 3 의 메인 브랜치(3)에서 순환하는 열전달 유체에 프리고리(frigroies)를 공급할 수 있다. 후자는 전기 유형일 수 있다. 히터(41)는 배터리 팩(40)의 상류 측에 위치함으로써, 제 2 의 2 차 펌프(43)가 활성화되고 히터(41)에 동시에 전기가 공급될 때, 제 3 메인 브랜치(3)에서 순환하는 열전달 유체에 칼로리를 공급할 수 있다. 제 3 메인 브랜치(3)는 열전달 유체 순환 회로의 일 부분(VLT)의 구성 부분이다.
열전달 유체 순환 회로는 또한 냉각 브랜치들을 구비하는데, 냉각 브랜치들 각각은 열 전달 유체를 냉각시키기 위하여 냉각 공기가 통과되도록 의도된 라디에이터를 포함한다. 유체 연결 수단, 바람직하게는 멀티포트 밸브(multiport valve)들에 의하여, 냉각 브랜치들은 직렬로 배치될 수 있다. 이것은 상기 유체 연결 수단을 통해 열전달 유체 순환 회로에 직렬로 배치된 적어도 2 개의 라디에이터에서 열전달 유체의 순환 가능성을 연다. 따라서, 라디에이터 튜브 다발(bundle)을 끌 수 있게 되어 그것의 크기를 감소시킬 수 있어서, 차량의 전방 패널상에서 그것의 설치 공간(footprint)이 용이해진다.
제 1 냉각 브랜치(20)는 회로의 부분(HT)으로부터 열 전달 유체를 수용하도록 설계된 라디에이터(6)를 포함한다. 냉각 브랜치는 또한 온도에 따라 라디에이터에서 열전달 유체의 유동을 제어하는, 라디에이터(6)의 상류 측에 위치한 서모스탯(thermostat, 10)을 구비함으로써, 특정 쓰레숄드 값을 초과하면 열전달 유체는 라디에이터(6) 안에서 순환되어 라디에이터의 튜브 다발을 통과하는 냉각 공기에 의하여 그 안에서 냉각되도록 한다. 냉각 공기는 차량의 이동이나 팬을 통해 얻을 수 있다.
필요한 경우 바이패스 브랜치(19)는 열 전달 유체가 냉각 공기에 의해 냉각되지 않는 HT 루프(loop)의 제 1 메인 브랜치의 생성을 가능하게 한다. 이러한 종류의 작동 상황은 예를 들어 엔진 시동의 국면에서 발생되는데, 상기 국면 동안 엔진(4)의 급격한 온도 상승은 그에 의한 오염물 배출을 제한하는데 필요하다.
회로는 제 2 라디에이터(33), 서모스탯(34) 및 제 2 바이패스 브랜치(36)가 상호 연결된, 냉각 브랜치(24)를 포함한다. 서모스탯(34)은 제 2 라디에이터(33)의 상류 측에 위치한다. 제 2 바이패스 채널(36)은 그것의 단부들 중 하나에서 써모스탯(34)에 연결되고, 그것의 단부들중 다른 것에 의해 제 2 라디에이터(33)의 유출부에 연결된다. 써모스탯(34)은 제 2 라디에이터(33)의 하류 측에 배치된 병렬의 서브 브랜치(30, 31, 32)들의 기능적 부재를 열적으로 조절하기 위해 온도가 섭씨 60 도와 70 도 사이일 때 열전달 유체가 제 2 라디에이터(33)에서 순환하도록 캘리브레이션된다. 상기 온도 미만에서 열전달 유체는 제 2 바이패스 브랜치(36)를 통해 순환한다. 적절한 환기 수단(ventilation means)은 필요할 때 제 2 라디에이터(33)를 통한 공기의 펄스 유동(pulsed flow)을 가능하게 한다. 이는 제 1 및 제 2 라디에이터(6, 33)가 서로 적층되어 배치될 때 회로의 HT 부분의 라디에이터(6)를 통해 공기를 강제 순환시키는데 사용된 것과 동일한 수단일 수 있다.
회로는 제 3 라디에이터(46)가 배치된 제 3 냉각 브랜치(24)를 포함하며, 제 3 라이데이터는 열전달 유체의 온도를 섭씨 0 도 내지 40 도 사이에 포함된 온도 범위로 유지하도록 구성된다. 따라서 제 3 라디에이터(46)는 바람직하게는 회로의 부분(VLT)에서 순환하는 유체 전달 유체의 온도를 열적으로 조절하도록 설계된다.
메인 브랜치들중 적어도 하나와 소통하는 복수개의 냉각 브랜치들을 구비하는 루프들(loops) 또는 메인 브랜치들중 적어도 하나가 제거된, 회로로부터 격리된 루프들을 생성하도록, 유체 연결 수단을 상호 연결하는 제 2 브랜치(37, 44, 45)들이 장치에 구비된다.
이를 위해 열 관리 장치는 2 차 브랜치에 직접 연결된 유체 연결 수단을 구비한다. 상기 연결 수단은 바람직하게는 다중 포트 밸브이다. 따라서, 관리 장치는 제 1, 제 2 및 제 3 의 4 포트 밸브(four port valves, 60, 61, 62) 및 3 포트 밸브(three port valve, 15)를 포함한다. 4 포트 밸브는 적어도 하나의 포트가 다른 3 개 포트들중 적어도 하나에 연결될 수 있도록 설계된다. 3 포트 밸브는 적어도 하나의 포트가 다른 2 개 포트들중 하나에 연결될 수 있도록 설계된다.
제 1 의 2 차 브랜치(37)는 제 2 및 제 3 의 4 포트 밸브(61, 62)들을 연결한다. 제 2 의 2 차 브랜치(44)는 제 1 의 4 포트 밸브(60)를 3 포트 밸브(15)에 연결한다. 제 3 의 2 차 브랜치(45)는 제 1 및 제 2 의 4 포트 밸브(60, 61)들을 연결한다.
회로는 복수의 회로 부분들에 연결된 접점(junciton point)들을 포함한다. 제 1 접점(A)은 제 1 메인 브랜치(1)의 유출부를 제 1 냉각 브랜치(20) 및 바이패스 브랜치(19)에 연결하도록 구성된다. 제 2 접점(B)은 제 1 의 4 포트 밸브(60)를 제 1 냉각 브랜치(20) 및 제 1 메인 브랜치(1)의 유입부에 연결하도록 구성된다. 제 3 접점(C)은 제 3 냉각 브랜치(24) 및 제 2 바이패스 밸브(36)의 유출부들을 제 2 메인 브랜치(2)의 유입부에 연결하도록 구성되며, 이는 도 1 에서 도면 번호 30, 31, 32 로 표시된 3 개의 서브 브랜치들로의 브랜치들을 포함한다. 제 4 접점(D)은 제 2 의 4 포트 밸브(61)에 제 2 메인 브랜치(2)의 유출부를, 즉, 냉각되어야 하는 기능 부재들과 관련된 서브 브랜치(30,31,32)들 각각을, 연결하도록 구성된다. 여기서 3 개의 서브 브랜치(30, 31, 32)들은 서로 병렬로 배치된다. 제 5 접점(E)은 제 1 및 제 3 의 4 포트 밸브(60, 62)들에 의해 형성된 밸브들의 세트를 3 포트 밸브(15)에 연결하도록 구성된다.
제 1 밸브(60)는 도 2 에 나타낸 바와 같이, 도면 번호 1-60, 2-60, 3-60 및 4-60 으로 표시된 4 개의 포트를 갖는다. 포트 No. 1-60 은 제 1 냉각 브랜치(20)에 의해 제 1 메인 브랜치(1) 및 제 1 라디에이터(6)의 플랜지(12)에 연결되며, 각각은 제 2 접합점(B)에 연결된다. 포트 No. 2-60 은 도관(21)에 의해 제 3 라디에이터(46)의 플랜지(17)에 연결된다. 포트 No. 3-60은 제 3 의 2 차 브랜치(45)에 의해 제 2 의 4 포트 밸브(61)의 포트 No. 1-61에 연결된다. 포트 No. 4-60 은 제 5 접합점 E 에 직접 연결되어, 3 포트 밸브(15) 와 제 3 의 4 포트 밸브(62)의 포트 No. 2-62 와의 유체 연결을 제공한다.
제 2 의 4 포트 밸브(61)는 도 2 에 도시된 바와 같이 4 개 포트 No.1-61, 2-61, 3-61 및 4-61 을 포함한다. 포트 No.1-61은 제 3 의 브랜치(45)에 의해 포트 No. 3-60 에 연결된다. 포트 No. 2-61은 제 3 의 메인 브랜치(main branch, 3)의 유입부에 연결된다. 포트 No.3-61 은, 특히 제 4 접합점(D)을 통해, 제 2 메인 브랜치(2)에 연결된다. 포트 No.4-61 은 제 1 의 2 차 브랜치(27)에 의하여 제 3 의 4 포트 밸브(62)의 포트 No. 3-62 에 직접 연결된다.
회로의 이러한 구조는 차량의 다양한 작동 모드에 따라 제 1, 제 2 및 제 3 라디에이터(6, 33, 46)의 사용을 최적화하는데; 상기 작동 모드는 순수 열 모드 M1, 순수 전기 모드 M2, 열 및 전기 하이브리드 모드 M3, 차량 탑재된 충전기를 사용하는 충전 모드 M4 및, 차량 외부에 있는 충전스테이션 충전기를 사용하는 충전 모드 M5 이다. 연결 수단은 적어도 두 개의 라디에이터 또는 심지어 세 개의 라디에이터를 작동 모드와 연관시키는 방식으로 제어된다. 이것은 유리하게 열교환 튜브 다발의 면적이 증가될 수 있게 한다. 따라서 라디에이터 각각은 더 작은 크기일 수 있으며, 이는 차량에 통합하는 것을 용이하게 한다.
도 3 은 라디에이터의 2 개의 가능한 조합을 생성하도록 차량의 다양한 작동 모드에 따른 연결 수단의 제어 테이블을 설명한다.
연결 수단은 당해 기술 분야에서 공지된 온도 센서와 같은 주위 온도 측정 수단과 함께, 엔진(4) 유출부에서 열전달 유체의 온도를 측정하기 위한 수단을 더 포함하여, 섭씨 70 도 내지 100 도 사이에 포함된 온도(T4) 및 섭씨 20 도와 40 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값(thermal threshold value)을 초과하는 주위 공기의 온도에 대하여, 제 1 및 제 3 라디에이터(6, 46)는 열전달 유체가 그것을 통해 지나가게 한다. 이것은 특히 순수 열 모드(M1)에서 차량의 엔진(4)의 냉각 증가를 가능하게 한다. 이 동일한 온도 범위에 대해, 열 및 전기 하이브리드 모드 M3 에서, 제 1 및 제 3 라디에이터(6, 46)도 그것을 통해 열 전달 유체를 통과하게 함으로써 특히 열 엔진(4)의 냉각을 가능하게 하는 반면에, 냉각 장치(42)는 배터리(40)를 냉각시키기 위하여 열 엔진의 루프와 독립적인 루프에서 순환하는 열 전달 유체를 그것을 통해 통과시켰다. 순수 전기 롤링 모드(M2) 또는 배터리 온도가 섭씨 40 내지 55 도의 열 쓰레숄드 값 미만일 때의 차량 탑재 충전기에 의한 충전 모드(M4)에서, 제 1 및 제 3 라디에이터(6, 46)들은 열전달 유체가 그들을 통과하여 배터리(40)만을 냉각시킨다. 제 1 및 제 2 냉각 브랜치(20 및 22)는 상기 연결 수단에 의해 직렬로 배치되는데, 상기 연결 수단은 제 1 및 제 3 라디에이터(6 및 46)의 직렬 구성을 적절하게 하도록 포트를 상호 연결하기 위하여 제어된다.
연결 수단은 주위 온도(Ta) 및 제 2 메인 브랜치(2)의 유출부에서의 열전달 유체의 측정 온도를 허용하는 제 2 및 제 3 라디에이터(33, 46)의 조합을 생성하도록 구성됨으로써, 섭씨 70 도를 초과하는 온도(T3) 및 섭씨 20 도 내지 40 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값을 초과하는 주위 온도에 대하여, 제 2 및 제 3 라디에이터(33, 46)는 그것을 통해 열전달 유체를 계속적으로 통과시킨다. 이것은 순수 열 모드(M1)에서 서브 브랜치(32)의 구성 요소들의 냉각을 가능하게 한다. 다시 말하면, 섭씨 70 도 이상의 온도 T3 에 대하여, 하이브리드 열 및 전기 모드 M3 에서, 제 2 및 제 3 라디에이터(33, 46)는 열 전달 유체를 연속적으로 통과시켜서 제 2 및 제 3 라디에이터가 서브브랜치(32)를 냉각시키는 반면에, 냉각 장치(42)는 독립적인 냉각 루프에 배치되는 배터리(40)를 다음에 냉각시킨다. 제 2 및 제 3 냉각 브랜치(22, 24)는 상기 연결 수단에 의해 직렬로 배치되고, 그것의 포트들은 제 2 및 제 3 라디에이터(33, 46)의 직렬 구성을 적절하게 하기 위해 상호 연결된다. 제 3 메인 브랜치(3)는 제 1 의 2 차 브랜치(37)에 연결되어, 이들은 냉각 장치(42)만이 배터리에 프리고리(frigories)를 전달하는 회로의 나머지와는 독립적인 냉각 루프를 형성한다. 연결 수단은 제 2 및 제 3 냉각 브랜치(22, 24)를 포함하고 다음에 직렬로 배치되는 냉각 루프를 생성하는 방식으로 제어된다.
연결 수단은 또한 차량이 순수 전기 롤링 모드(M2) 또는 차량 탑재 충전기에 의한 충전 모드(M4)에 있을 때 제 1 및 제 2 라디에이터(6, 33)를 직렬로 배치하도록 구성된다. 순수 전기 롤링 모드(M2) 또는 차량 탑재 충전기를 통한 충전 모드(M4)에 대하여, 주위 온도가 섭씨 20 내지 40 사이에 포함되는 열 쓰레숄드 값보다 높을 때, 제 1 및 제 2 냉각 브랜치(20, 22)는 파워 일렉트로닉스(power electronics)와 서브 브랜치(30, 31)의 전기 기계를 포함하는 제 2 메인 브랜치(2)를 냉각시키기 위하여 직렬로 배치된다. 배터리(40)를 포함하는 제 3 메인 브랜치(3)는 냉각 장치(42)에 의해서만 냉각되는데, 그 이유는 제 3 메인 브랜치가 회로의 나머지로부터 격리된 냉각 루프를 형성하기 위하여 제 1 의 2 차 브랜치(37)에 연결되기 때문이다.
연결 수단은 또한 제 1 및 제 3 라디에이터(6, 46)를 병렬로 배치하도록 구성되는데, 이들 배터리들은, 차량이 순수 전기 롤링 모드(M2)에 있거나 또는 제 2 메인 브랜치(2)를 냉각시키도록 차량 탑재 충전기를 통하여 충전하는 모드(M4)에 있거나 또는 온-스테이션(on-station) 충전 모드(M5)에 있을 때, 냉각 회로에 있는 제 2 라디에이터(33)와 직렬로 배치되어, 배터리 온도가 섭씨 40 도 내지 55 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값 미만으로 있는 한, 배터리를 냉각한다. 쓰레숄드 값을 초과하는 배터리 온도를 넘어서면, 냉각 장치(42)가 개입하여 배터리(40)를 냉각시킬 것이다.
제 2 메인 브랜치(2)는 예를 들어 저온(40 내지 80°C 포함)에서 기능 부재를 냉각하도록 전용된다. 이러한 브랜치는 기능 부재가 배치된 메인 서브 브랜치(30, 31, 32)를 포함한다. 메인 서브 브랜치(30)들중 하나는 인버터 및 충전기(charger)와 같은 전력 전자 장치를 포함한다. 제 2 의 메인 서브 브랜치(31)는 전기 기계와 같은 전기 견인 부재를 포함한다. 제 3 메인 서브 브랜치(32)는 과급기 공기(RAS) 교환기(supercharger air exchanger)와 함께, 공기 조화 콘덴서, 재순환 가스 또는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 열교환기를 포함한다. 상기 제 2 메인 브랜치(2)에서 순환하는 열 전달 유체의 온도가 섭씨 40 내지 80 도 사이에 포함되어 있으면서, 열 관리 장치는 2 단계로 냉각을 이룸으로써 EGR 및 RAS 교환기들은 저온 라디에이터(33)를 통해 순환하기 전에 우선 제 1 냉각 브랜치(20)에서 순환하는 열전달 유체에 의해 냉각된다.
제 3 메인 브랜치(3)는 매우 낮은 온도에서, 즉 섭씨 40 도 미만에서 열전달 유체의 순환을 위하여 의도된 것이며, 냉각될 배터리(40), 열 전달 유체와 냉매 유체(coolant fluid) 사이의 열 냉각 장치(42), 저항 가열 요소(resistive heating elements)를 이용하는 가열 수단(41) 및 펌프(43)를 직렬로 포함한다. 제 3 메인 브랜치(3)에는 라디에이터가 없으므로, 특히 차량 시동 단계에서 배터리의 온도를 개선할 수 있다. 제 3 냉각 브랜치(24)는, 냉매 유체가 순환하는 공기 조화 회로의 회로로부터 오는 프리고리(frigories)의 사용을 회피하기 위해, 섭씨 25 도 또는 35 도 미만의 온도인 일반적인 기후 조건하에서 배터리를 냉각하기위한 라디에이터(46)를 포함한다. 이러한 라디에이터(46)를 회로의 나머지 부분에 연결하는 매우 특별한 연결은, 특히 열 엔진(6)의 라디에이터와의 연결은, 라디에이터(46)의 사용도 다른 모든 부재를 냉각시킬 수 있다.
2 차 브랜치(37, 44, 45)는 특정의 HT, LT 또는 VLT 냉각 루프에만 오직 전용되지 않는다. 반대로, 이들은 차량의 작동 모드에 따라 메인 브랜치(1, 2, 3)중 적어도 하나와 결합되도록 의도된 것으로서, 상기 작동 모드는 순수 전기 모드, 순수 열 모드, 하이브리드 모드 또는 배터리 충전을 위한 충전중 모드 또는 배터리, 열 엔진 또는 차량의 승객 구획부의 열적인 사전 조정(thermally preconditioning)을 위한 모드일 수 있다. 상기 3 개의 4 포트 밸브(60, 61, 62)와 3 포트 밸브(15)를 포함하는 상기 유체 연결 수단은, 메인 브랜치, 2 차 브랜치 및 냉각 브랜치를 상호 연결함으로써 차량의 순환 회로의 열적 관리를 제공하기 위하여, 순환의 작동을 제어한다.
하나 이상의 2 차 브랜치들이 메인 브랜치(2,3)들중 하나에 연결되지 않은 상태에서는 열 전달 유체가 순환될 수 없도록, 냉각 회로 자체의 구조가 이루어진다. 2 차 브랜치들 각각은 유리하게는 메인 브랜치들 중 적어도 하나와 공유될 수 있다. 메인 브랜치들과 2 차 브랜치들 사이의 브랜치 연결은 3 포트 또는 4 포트 밸브들에 의해 제공되며, 이러한 밸브들의 제어는 시스템의 완전한 열적 관리를 가능하게 한다.
엔진의 온도에서 급격한 상승이 필요한 때인 열 엔진을 시동할 때를 제외하고, 모든 냉각 모드에서 라디에이터는 필요하기 때문에 LT 브랜치는 라디에이터(33)와 통합되는데, 상기 엔진 온도에서의 급격한 상승은 특히 라디에이터(33)를 바이패스하고, 다음에 열 전달 유체가 바이패스 브랜치(36)에서 순환함으로써 얻어진다. 이것은 배터리가 있는, VLT 브랜치로 지칭되는 제 3 의 메인 브랜치(3)에 대한 경우는 아니다. 실제로, 배터리 라디에이터(46)는 독립적인 브랜치에 배치되는데, 상기 독립적인 브랜치는 VLT 루프가 회로의 나머지로부터 격리되었을 때 또는 유체 회로의 메인 브랜치(1,2)들중 적어도 하나의 다른 것에 연결된 제 3 메인 브랜치(3)가 다른 냉각되어야 하는 기능 부재들을 냉각하는데 사용될 때 배터리를 냉각시키도록 사용되며, 상기 다른 냉각되어야 하는 기능 부재는 예를 들어 제 1 메인 브랜치(1)의 열 엔진이거나 또는 제 2 메인 브랜치에 존재하는 모든 부재들과 같은 것이다.
본 발명의 개념은, 회로의 열적 관리 성능(thermal management performance)을 생성하기 위하여 회로의 작동 구성의 수를 증가시키도록 밸브(60, 61,62,15)들을 제어하고, 모든 부재들에 공통적인 2 차 브랜치들을 가지고 냉각되어야 하는 부재들에 전용된 메인 브렌치를 이용하는 것이다.
이후에, 각각에 개별의 라디에이터(6,33,46)가 있는, 3 개의 독립적인 냉각 루프(HT, LT 및 VLT)로 이루어진 것이 제안된다. 이 루프는 4 개의 포트가 있는 특수 밸브(60, 61, 62)에 의하여 또는 3 개의 포트가 있는 밸브(15)에 의하여 상호 연결된다. 차량의 작동 모드들에 의존하고 또한 차량이 포함하는 냉각되어야 하는 부재들의 공칭 작동 온도에도 의존하는 열 교환 요건들에 따르면, 이러한 3 개 루프들의 기능 부재들은 특정의 HT, LT 또는 VLT 온도 레벨에서 열적 조절이 가능하도록 각각의 루프가 다른 것들로부터 격리되어야 한다는 점에서 독립적으로 냉각될 수 있거나, 또는 제 1, 제 2 또는 제 3 메인 브랜치들중 적어도 하나가 적어도 하나의 다른 루프의 라디에이터들 또는 라디에이터에 의해, 또는 제 3 브랜치의 냉각 장치에 의해 열적으로 보조되도록 독립적으로 냉각될 수 있다. 더욱이, 열 엔진(4) 또는 배터리(40)의 온도가 아직 최적 작동 온도에 도달하지 않은 경우, 일부 다른 기능 부재에 의해 방출되는 칼로리는 열 엔진 및/또는 전기 견인 배터리(electric traction battery)를 가열하는데 사용될 수 있다. 승객 구획부의 난방이 요구되었을 때, 기능 부재에 의해 열전달 유체로 전달된 이러한 칼로리는 차량의 승객 구획부를 가열하는데 사용될 수도 있으며, 열전달 유체는 에어로썸(aerotherm, 8)을 통해 순환한다.
3 개의 라디에이터(6, 33, 46)들은 매우 상이한 온도에서 3 개의 분리된 냉각 루프들로 통합될 수 있을 뿐만 아니라 차량의 작동 모드에 따라서 다른 루프들에 의해 사용될 수 있는데, 이것은 충전 스테이션에서 전기 배터리를 충전할 수 있거나 또는 전기 분배 네트워크의 터미널에 전기 연결됨으로써 사전 조정(preconditioning)할 수 있는 것으로서, 열적 에너지 및 전기 에너지를 차량의 트랙션 모드(traction mode)로서 조합하기 위하여 하이브리드 트랙션 모드에서, 또는 전기 트랙션(electric traction)의 부분이 비활성화되는 순수 열 트랙션에서, 또는 차량의 롤링(rolling)과 연계된 오염 배출을 제로로 감소시키기 위한 순수 전기 트랙션에서 이루어진다.
이러한 장치의 또 다른 특정의 특징은 HT 라디에이터(6)의 통합 부분(integral part)을 형성할 수 있는 HT/VLT 제 3 라디에이터(46)의 디자인에 있으며, 이것은 HT 부분(6) 및 HT/VLT 부분(46)인 2 개의 별개 부분으로 이루어진다. 이러한 단일 라디에이터에는 수평 튜브들의 다발로 서로 연결된 수직 워터 박스(single water box)들을 가진다. 2 개의 라디에이터의 분리는 워터 박스의 일 측으로부터 삽입된 격벽(14)과 수직 통로를 형성하는 관통 플러그(18)에 의해 구체화되며, 관통 플러그는 동일한 높이에 위치한 워터 박스의 다른 측에 삽입된다. 이 단일 라디에이터에는 회로에 연결되기 위한 4 개의 커넥터(11, 12, 16, 17)을 가진다. 라디에이터(6)의 튜브 다발에서 순환하는 열전달 유체는 감속기 오리피스(reducer orifice)의 역할을 하는 플러그(18)를 통해 라디에이터(46)의 튜브 다발과 소통된다. 이들 2 개의 라디에이터(6 및 46)가 상이한 온도에서 2 개의 루프에 의해 사용될 때, 플러그(18)는 하나의 루프로부터 상이한 조절 온도를 가지는 다른 루프로의 유체 순환을 감소시킨다. 여기서 커넥터(11)는 엔진(4)의 서모스탯(thermostat, 10)의 유출부에 연결되고, 다른 커넥터(12)는 엔진의 기계식 펌프(5)의 유입부로의 연결을 가능하게 한다. 이들 2 개의 제 1 커넥터(11, 12)는 단일 라디에이터의 HT 부분에 있다. 다른 두 개의 커넥터(16, 17)는 단일 라디에이터의 LT/THT 부분에 있다.
대안의 실시예에 따르면, HT 튜브 다발 및 VLT 튜브 번들을 가진 단일 라디에이터는 상기 언급된 리덕션 플러그(reduction plug)의 기능을 제공하는 튜브를 수용하도록 구성된 상호 연결 오리피스를 각각 가지는 2 개의 분리 라디에이터들에 의해 대체될 수 있다. 이러한 변형 실시예에서, 2 개의 라디에이터는 2 개의 상이한 평면에 배치될 수 있되, 특히 HT 라디에이터 앞에 HT/VLT 라디에이터를 배치할 목표로 스택(stack)을 형성할 가능성을 가지고 이루어진다.
열 관리 장치는 차량의 작동 모드에 따라 최적화된 고성능 냉각 회로의 모든 구성을 제공하는 장점을 가진다. 한편으로는 3 개의 냉각 루프(HT, LT, VLT)를 완전히 독립적인 방식으로 그리고 3 가지 온도 레벨에 따라서 열적 제어(theraml control)를 가능하게 한다. 또한 차량의 동일한 작동 모드에 대한 라디에이터들의 냉각 때문에, 교환기들을 차량의 전방 패널에 통합하는 것을 향상시킬 수 있다. 라디에이터들의 디자인은 상이한 HT, LT 및/또는 VLT 온도 조절 루프에서 동일한 라디에이터를 사용할 수 있는 상기 가능성을 고려한다. 열 관리 장치는 제 1 및 제 3 라디에이터(6, 46), 제 2 및 제 3 라디에이터(33, 46), 제 1 및 제 2 라디에이터(6, 33)뿐만 아니라 제 1, 제 2 및, 제 3 라디에이터(6, 33,46)를 동시에 사용할 수 있게 한다. 이러한 라디에이터들의 냉각 가능성으로 인해, 각각은 최소 크기 일 수 있어서, 차량 내에 그것들이 통합되는 것을 상응하여 용이하게 한다. .
특정 작동 모드에서, 일부 기능 부재들은 작동하지 않으며, 따라서 냉각할 필요가 없다. 이러한 경우, 연결 수단은 보통 그것들에 할당되는 냉각 브랜치들에서 열전달 유체의 적절한 순환을 이룬다. 따라서 냉각 시스템의 성능은 최적화되는데, 왜냐하면 냉각원(cold source)의 완전한 사용이 가능해질 수 있으며, 특히 기능 부재들을 냉각하도록 냉각 장치로부터의 프리고리(frigories)를 최대한 이용할 수 있기 때문이다. 각각의 라디에이터가 가장 가혹한 조건하에서 크기가 조정되어야하는 종래의 해법과 비교하여, 본 발명의 관리 장치가 있는 라디에이터의 크기는 감소된다. 따라서, 일부는 증가된 파워를 가지는, 상이한 파워트레인(powertrain)에 대하여 동일한 열 전달 유체 회로를 사용하는 것이 가능해진다. 더 유리하게는, 냉 시동(cold stating)이 이루어질 때, 제 1, 제 2 및/또는 제 3 메인 브랜치의 조합은, 열 전달 유체가 작동 부재들로부터 칼로리를 취하여 열 엔진, 배터리 및/또는 차량의 승객 구획부를 가열할 수 있게 한다.
본 발명의 열 관리 장치는, 공기 및/또는 열전달 유체의 순간 온도들과, 순수 전기 모드, 열 모드, 하이브리드 모드, 충전 모드와 같은 차량의 작동 모드에 따라서, 열전달 유체 회로에서 직렬 또는 병렬로 배치된 일련의 라디에이터들을 통하여 열전달 유체의 순환을 가능하게 한다는 점에서 주목할만 하다. 이것은 미리 결정된 주위 온도에 있는 환경에서 작동하는 차량의 통상 작동을 위해 캘리브레이션된 냉각 요소들을 가진 열전달 유체 회로의 디자인을 가능하게 하고, 선택된 모드가 다른 온도 조건하에서 전개될지라도 차량의 작동을 선택된 모드에 유지할 수 있게 한다. 이것은 바람직스럽게는 비활성 상태에 있었던 라디에이터들중 적어도 하나의 다른 라디에이터에 의지함으로써 이루어질 수 있는데, 상기 다른 라디에이터는 차량의 주어진 작동 모드에서 그것을 통해 열전달 유체가 적어도 통과되지 않는 것이다. 따라서 차량의 작동 모드들 중 적어도 하나의 다른 작동 모드에 대하여, 차량의 특정 작동 모드 전용으로 설계된 라디에이터를 사용할 수 있다. 이것은 차량의 상이한 작동 모드들에 대하여 냉각 구성 요소들의 냉각으로 이어진다. 결과적으로, 주로 라디에이터들과 같은 냉각 구성 요소들은, 더 작은 전체 크기로 될 수 있으며, 이는 후드 아래에 라디에이터를 통합하는 것을 용이하게하며, 그에 상응하여 제조 비용을 절감시킨다. 예를 들어, 본 발명의 주제인 관리 장치에 의하여, 배터리는 표준적인 환경에서의 차량 작동중에 전용 라디에이터에 의해 냉각될 수 있고, 주위의 공기 온도가 중요할 때, 즉, 공칭의 작동 온도보다 높아질 때, 열 엔진을 냉각시키는데 전용된 라디에이터와 같은 다른 라디에이터에 의해 더 냉각될 수 있다. 배터리의 이러한 열적 관리의 경우에, 냉각 공기는 배터리를 냉각시키도록 냉각 장치를 통해 지나가는 냉각 유체에 대하여 우선 순위를 가지며, 이것은 냉각 유체가 통과하는 냉각 장치의 사용 범위를 감소시킬 수 있게 하고, 따라서 차량의 공기 조화 회로를 감소시킬 수 있게 하는데, 그에 상응하여 차량의 소모 및 오염물 배출을 감소시킨다.
1, 2, 3. 메인 브랜체 4. 엔진
8. 강제 공기 히터 9. 오일 냉각 장치
5. 메인 펌프 30, 31, 32. 메인 서브 브랜치
8. 강제 공기 히터 9. 오일 냉각 장치
5. 메인 펌프 30, 31, 32. 메인 서브 브랜치
Claims (13)
- 메인 브랜치(main branches, 1, 2, 3)를 구비한 하이브리드 차량의 열전달 유체 회로의 열 관리 장치(thermal management device)로서, 메인 브랜치들 각각에는 냉각되어야 하는 적어도 하나의 기능 부재(4, 7, 8, 9, 40)가 배치되고, 메인 브랜치들 각각은 공칭 작동 온도 쓰레숄드(nominal operating temperature threshold)를 가지고, 열 관리 장치는 2 차 브랜치(37, 44, 45)를 구비하며, 열 관리 장치는 라디에이터(6,33,46)들을 통과하는 냉각제 유체를 사용하여 회로에서 순환하는 열 전달 유체를 냉각하기 위한 냉각 브랜치(20, 22, 24)들을 구비하며, 열 관리 장치는, 메인 브랜치(1,2,3)를 적어도 2 개의 냉각 브랜치(20,22,24)에 연결하기 위하여 회로의 나머지에 연결된 순환 루프 또는 회로의 나머지로부터 격리된 순환 루프를 생성하도록, 메인 브랜치(1,2,3)들중 적어도 하나 및/또는 2 차 브랜치(37, 44, 45)들중 적어도 하나에 냉각 브랜치(20, 22, 24)들중 적어도 하나를 연결하게끔 구성된 유체 연결 수단(15,60, 61, 62)을 포함함으로써, 적어도 2 개의 라디에이터들은 복수개의 미리 결정된 작동 모드(M1, M2, M3, M4, M5)로부터 선택된 차량의 순간 작동 모드에서 냉각제 유체가 라디에이터를 통과하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 제 1 항에 있어서, 열 관리 장치는 적어도 제 1, 제 2 및, 제 3 의 메인 브랜치(1, 2, 3)을 포함하고, 제 1 메인 브랜치(1)는 섭씨 90 도 내지 105 도 사이에 포함된 공칭 온도(HT)를 가지고, 제 2 메인 브랜치(2)는 섭씨 40 도 내지 80 도 사이에 포함된 공칭 온도(LT)를 가지고, 제 3 메인 브랜치(3)는 섭씨 0 도 내지 40 도 사이에 포함된 공칭 온도(VLT)를 가지는 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 열 관리 장치는, 제 1, 제 2 및 제 3 냉각 브랜치(20, 22, 24)들에 각각 배치된, 고온 라디에이터(6), 저온 라디에이터(33) 및 매우 낮은 온도(very low temperature)의 라디에이터(46)를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 열 관리 장치는 적어도 제 1, 제 2 및 제 3 의 2 차 브랜치(37, 44, 45)를 포함하고, 상기 2 차 브랜치들 각각은 유체 순환 통로와 동일한 유형인 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 미리 결정된 작동 모드(M1, M2, M3, M4, M5)는 적어도 순수 열 부하(pure thermal load, M1), 순수 전기 모드(M2), 하이브리드 모드(M3), 차량에 탑재된 충전기를 통하여 배터리를 충전하는 모드(M4) 및, 차량 외부 충전기를 통해 배터리를 충전하는 모드(M5)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 2 차 브랜치(37, 44, 45)들 각각은 상기 유체 연결 수단(15, 60, 61, 62)에 의하여 메인 브랜치(1, 2, 3)들중 어느 하나에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 라디에이터(60, 61, 62)들이 차량의 미리 결정된 상이한 작동 모드(M1, M2, M3, M4, M5)들에 대하여 직렬 또는 병렬로 사용될 수 있도록, 메인 브랜치(1, 2, 3)들 각각은 상기 유체 연결 수단(15, 60, 61, 62)에 의해 복수개의 냉각 브랜치(20, 22, 24)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 유체 연결 수단은 4 포트 밸브(60, 61, 62) 및 3 포트 밸브(V3)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 제 6 항과 조합된 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 유체 연결 수단(15, 60, 61, 62)들은, 배터리(40)를 냉각하는데 열 전달 유체만을 이용하기 위하여, 배터리의 온도가 섭씨 40 도 내지 55 도 사이의 열적 쓰레숄드 값 미만일 때 차량에 탑재된 충전기를 통하여 배터리를 충전하는 모드(4) 또는 순수 전기 모드(M2)에서, 또는 주위 온도가 섭씨 20 도 내지 40 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값보다 클 때 하이브리드 작동 모드(M3) 또는 순수 열 작동 모드(M1)에서, 제 1 및 제 3 냉각 브랜치(20, 24)들을 직렬 또는 병렬로 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 제 5 항과 조합된 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 유체 연결 수단(15, 60, 61, 62)은, 제 2 메인 브랜치(2)의 유출부에서 취한 열 전달 유체의 온도(T3)가 섭씨 70 도보다 크거나 또는 섭씨 70 도와 같을 때 하이브리드 작동 모드(M3) 또는 순수 열 작동 모드(M1)에서 제 2 및 제 3 냉각 브랜치(22, 24)들을 직렬로 연결하도록 구성되고, 열전달 유체와 냉각 유체 사이에서 열을 교환하는 유형의 오직 하나의 냉각 장치(42)가 배터리(40)를 냉각하게끔 구성되도록, 배터리(40)는 제 3 메인 브랜치(3) 및 제 3 의 2 차 브랜치(37)를 직렬로 연결하는 독립적인 냉각 루프에 배치되는 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 제 5 항과 조합된 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 유체 연결 수단(15, 60, 61, 62)은, 차량에 탑재된 충전기를 통한 배터리들의 충전을 위한 모드(M4)에서 또는 순수 전기 작동 모드(M2)에서 제 1 및 제 2 냉각 브랜치(20, 22)들을 직렬로 연결하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 제 5 항과 조합된 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 제 1 및 제 2 냉각 브랜치들의 열교환기들 모두가 병렬로 배치되도록, 차량이 차량의 외부에 있는 충전기를 통해 배터리를 충전하는 작동 모드(M5)에 있을 때 유체 연결 수단(15,60,61,62)은 제 3 메인 브랜치(3)를 제 1, 제 2 및 제 3 냉각 브랜치(20, 22, 24)에 연결하도록 구성되고, 열교환기들의 상기 조합은, 배터리의 온도가 섭씨 40 도 내지 55 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값(thermal threshold value) 미만이고 주위 온도가 섭씨 20 도와 40 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값 미만일 때 제 2 냉각 브랜치와 직렬이도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
- 제 5 항과 조합된 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 차량이 순수 전기 작동 모드(M2) 또는 차량에 탑재된 충전기를 통해 배터리들을 충전하는 모드(M4)에 있을 때, 유체 연결 수단(15, 60, 61, 62)은 제 2 메인 브랜치(2)를 제 1, 제 2 및 제 3 냉각 브랜치(20, 22, 24)들에 연결하도록 구성됨으로써, 제 1 및 제 3 냉각 브랜치들의 열교환기들의 조합은 병렬로 배치되고,
열교환기들의 상기 조합은 제 2 냉각 브랜치와 직렬로 배치되고, 제 3 메인 브랜치(3)는 제 2 메인 브랜치로부터 분리됨으로써, 주위 온도가 섭씨 20 도 내지 40 도 사이에 포함된 열적 쓰레숄드 값보다 위에 있을 때 배터리들은 냉각제 유체에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는, 열 관리 장치.
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