KR20240000004A - 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템 - Google Patents

하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20240000004A
KR20240000004A KR1020220075638A KR20220075638A KR20240000004A KR 20240000004 A KR20240000004 A KR 20240000004A KR 1020220075638 A KR1020220075638 A KR 1020220075638A KR 20220075638 A KR20220075638 A KR 20220075638A KR 20240000004 A KR20240000004 A KR 20240000004A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
heat
heat exchange
exchange medium
heating
Prior art date
Application number
KR1020220075638A
Other languages
English (en)
Inventor
박정권
Original Assignee
한국자동차연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국자동차연구원 filed Critical 한국자동차연구원
Priority to KR1020220075638A priority Critical patent/KR20240000004A/ko
Priority to PCT/KR2023/002807 priority patent/WO2023249200A1/ko
Publication of KR20240000004A publication Critical patent/KR20240000004A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00885—Controlling the flow of heating or cooling liquid, e.g. valves or pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/025—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant from both the cooling liquid and the exhaust gases of the propulsion plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32281—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising a single secondary circuit, e.g. at evaporator or condenser side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템에 관한 것으로, 제1열교환매체가 순환되며 배터리모듈과 열교환하는 열관리유닛과, 제2열교환매체가 순환되며 배기가스로부터 열을 회수하는 배기열회수유닛과, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 구비하여 제3열교환매체가 순환되는 사이클유닛과, 배기열회수유닛으로부터 분기되고, 배터리모듈의 온도가 상승되도록 제2열교환매체를 제1열교환매체와 열교환시키는 제1가열유닛과, 사이클유닛으로부터 분기되고, 배터리모듈의 온도가 상승되도록 제3열교환매체를 제1열교환매체와 열교환시키는 제2가열유닛 및 사이클유닛으로부터 분기되고, 배터리모듈의 온도가 하강되도록 제3열교환매체를 제1열교환매체와 열교환시키는 냉각유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템{BATTERY THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리모듈의 출력 효율 및 연비를 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)은 서로 다른 두 종류 이상의 구동원을 사용하는 차량으로서, 일반적으로 연료를 연소시켜 구동력을 생성하는 엔진과, 배터리의 전기에너지로 구동력을 생성하는 모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.
이러한 하이브리드 차량의 고전압 배터리모듈은 12V의 저전압 배터리와, 100V~400V의 고전압 배터리가 하나의 모듈로 구성되어 있다.
그러나 종래의 하이브리드 차량에는 이러한 배터리모듈의 과열에 따른 열화를 사전 방지하기 위한 저용량 공랭식 냉각시스템(Air-cooledcoolingsystem)만이 설치되어 있을 뿐, 배터리모듈의 열관리를 능동적으로 수행할 수 있는 시스템이 별도로 마련되어 있지 않다.
또한, 종래의 하이브리드 차량은 약 -7℃의 저온 환경구간에서는 탑승자의 실내공간의 내부 온도를 올리기 위해 저전압 배터리의 전원 공급을 통해 PTC Heater를 작동시키게 된다. 그러나 이와 같이 초기 시동 조건에서 저전압 배터리를 지속적으로 사용하는 경우, 고전압 배터리측에서 저전압 배터리측으로의 충전량이 증가되고, 결국 차량을 구동하기 위한 고전압배터리의 효율이 감소되는 문제점이 발생한다. 이에 따라 현재 하이브리드 차량에서는 저온환경에서 상온(약 25℃)보다 엔진 내부에 분사되는 연료량을 증가시켜 엔진 냉각수 온도를 80℃ 근방까지 최대한 빨리 승온시킨 후, 승온된 냉각수를 히터 코어를 통해 순환시켜 실내 온도를 증가시킨다. 그러나, 이 과정에서 과도한 연료의 소모로 인해 이산화탄소의 배출이 증가하고, 연비가 저하되는 문제점이 추가적으로 발생된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0068893호(2013.06.26 공개, 발명의 명칭: 하이브리드 차량의 전기장치 냉각시스템)에 개시되어 있다.
본 발명은 배터리모듈의 출력 효율 및 연비를 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템은: 제1열교환매체가 순환되며 배터리모듈과 열교환하는 열관리유닛과; 제2열교환매체가 순환되며 배기가스로부터 열을 회수하는 배기열회수유닛과; 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 구비하여 제3열교환매체가 순환되는 사이클유닛과; 상기 배기열회수유닛으로부터 분기되고, 상기 배터리모듈의 온도가 상승되도록 상기 제2열교환매체를 상기 제1열교환매체와 열교환시키는 제1가열유닛과; 상기 사이클유닛으로부터 분기되고, 상기 배터리모듈의 온도가 상승되도록 상기 제3열교환매체를 상기 제1열교환매체와 열교환시키는 제2가열유닛; 및 상기 사이클유닛으로부터 분기되고, 상기 배터리모듈의 온도가 하강되도록 상기 제3열교환매체를 상기 제1열교환매체와 열교환시키는 냉각유닛;을 포함한다.
또한, 상기 열관리유닛은, 상기 제1열교환매체가 순환 유동되는 제1순환부; 및 상기 제1순환부에 연결되고, 상기 제1열교환매체를 상기 배터리모듈과 열교환시키는 열관리부재;를 포함한다.
또한, 상기 배기열회수유닛은, 상기 제2열교환매체가 순환 유동되는 제2순환부; 및 상기 제2순환부와 연결되고, 상기 제2열교환매체를 상기 배기가스와 열교환시키는 배기열회수부재;를 포함한다.
또한, 상기 제1가열유닛은, 상기 제1순환부와 상기 제2순환부에 연결되고, 상기 배기열회수부재로부터 배출되는 상기 제2열교환매체를 상기 제1순환부로 전달하는 제1가열전달부와; 상기 제1순환부와 상기 제2순환부에 연결되고, 상기 열관리부재로부터 배출되는 상기 제2열교환매체를 상기 제2순환부로 회수하는 제1가열회수부; 및 상기 제1가열전달부 및 상기 제1가열회수부를 선택적으로 개폐하는 제1가열개폐부;를 포함한다.
또한, 상기 열관리유닛은 상기 제1순환부와 연결되고, 상기 제1열교환매체를 상기 제3열교환매체와 열교환시키는 칠러부;를 더 포함한다.
또한, 상기 제2가열유닛은, 상기 압축기와 상기 응축기의 사이로부터 분기되고, 상기 압축기로부터 배출되는 상기 제3열교환매체를 상기 칠러부로 전달하는 제2가열전달부와; 상기 압축기와 상기 증발기의 사이로부터 분기되고, 상기 칠러부로부터 배출되는 상기 제3열교환매체를 상기 압축기로 전달하는 제2가열회수부; 및 상기 제2가열전달부를 선택적으로 개폐하는 제2가열개폐부;를 포함한다.
또한, 상기 냉각유닛은, 상기 압축기와 상기 증발기의 사이로부터 분기되고, 상기 증발기로부터 배출되는 상기 제3열교환매체를 상기 칠러부로 전달하는 냉각전달부와; 상기 압축기와 상기 증발기의 사이로부터 분기되고, 상기 칠러부로부터 배출되는 상기 제3열교환매체를 상기 압축기로 전달하는 냉각회수부; 및 상기 냉각전달부 및 상기 냉각회수부를 선택적으로 개폐하는 냉각개폐부;를 포함한다.
또한, 상기 제2가열전달부와 상기 냉각전달부는 상호 연결된다.
또한, 상기 제2가열회수부와 상기 냉각회수부는 동일하다.
또한, 상기 배터리모듈의 온도를 감지하는 감지유닛; 및 상기 감지유닛으로부터 측정된 상기 배터리모듈의 온도 변화에 기반하여 열관리모드를 결정하고, 결정된 열관리모드에 따라 상기 제1가열유닛, 상기 제2가열유닛 및 상기 냉각유닛의 동작을 제어하는 제어유닛;을 더 포함한다.
또한, 상기 제어유닛은, 상기 감지유닛으로부터 감지된 상기 배터리모듈의 온도가 제1설정온도 미만인 경우, 상기 제1가열유닛을 동작시키고 상기 제2가열유닛 및 상기 냉각유닛의 동작을 중지시키는 제1가열모드;를 실행한다.
또한, 상기 제어유닛은, 상기 감지유닛으로부터 감지된 상기 배터리모듈의 온도가 제2설정온도 이상 제3설정온도 미만인 경우, 상기 제2가열유닛을 동작시키고 상기 제1가열유닛 및 상기 냉각유닛의 동작을 중지시키는 제2가열모드;를 실행한다.
또한, 상기 제어유닛은, 상기 감지유닛으로부터 감지된 상기 배터리모듈의 온도가 상기 제1설정온도 이상 상기 제2설정온도 미만인 경우, 상기 제1가열유닛의 동작을 중지시키는 제1완충모드;를 실행한다.
또한, 상기 제어유닛은, 상기 감지유닛으로부터 감지된 상기 배터리모듈의 온도가 제4설정온도 이상인 경우, 상기 냉각유닛을 동작시키고 상기 제1가열유닛 및 상기 제2가열유닛의 동작을 중지시키는 냉각모드;를 실행한다.
또한, 상기 제어유닛은, 상기 감지유닛으로부터 감지된 상기 배터리모듈의 온도가 상기 제3설정온도 이상 상기 제4설정온도 미만인 경우, 상기 제2가열유닛의 동작을 중지시키는 제2완충모드;를 실행한다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템은 제1가열유닛, 제2가열유닛 및 냉각유닛을 통한 열관리모드에 의해 배터리모듈의 온도를 최적 효율 구간에서 능동적으로 유지시킴에 따라 과열, 과냉으로 인한 배터리모듈의 성능 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템은 실내난방유닛이 배기가스로부터 회수되는 열을 실내 난방을 위한 추가적인 열원으로 활용하도록 구성됨에 따라 실내의 온도를 보다 신속하게 상승시킬 수 있고, 저온 환경에서 실내 온도의 빠른 웜업을 위한 초기 연료의 소모량 및 전력 소모량을 줄여 연비 성능 저하 및 배터리모듈의 전력 효율 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내난방유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내난방제어유닛에 의한 난방 모드의 작동 과정을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어유닛에 의한 열관리모드의 작동 과정을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1가열모드의 동작 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2가열모드의 동작 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각모드의 동작 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템의 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 서술되는 하이브리드 차량은 엔진의 기계적인 동력과 모터의 전기적인 동력을 제어하여 주행하는 일반적인 하이브리드 차량 이외에도 외부의 전력을 이용하여 배터리모듈(10)의 충전을 수행할 수 있는 플러그인 하이브리드 차량일 수 있다.
또한, 배터리모듈(10)은 하이브리드 차량의 모터 구동을 위한 동력을 제공하는 구성으로서, 배터리케이스(미도시) 및 배터리케이스내에 장착된 다수개의 단위배터리(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템은 열관리유닛(100), 배기열회수유닛(200), 사이클유닛(300), 실내난방유닛(400), 제1가열유닛(500), 제2가열유닛(600), 냉각유닛(700), 감지유닛(800), 제어유닛(900)을 포함한다.
열관리유닛(100)은 제1열교환매체(A)가 순환되며 배터리모듈(10)과 열교환한다. 즉, 열관리유닛(100)은 제1열교환매체(A)와 배터리모듈(10)간의 열교환 작용에 의해 배터리모듈(10)의 온도를 조절하는 기능을 수행한다.
여기서 제1열교환매체(A)는 열교환 작용에 의해 열에너지를 운반할 수 있는 다양한 종류의 냉각수, 액체 냉매, 기체 냉매 등으로 예시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열관리유닛(100)은 제1순환부(110), 열관리부재(120), 칠러부(130)를 포함한다.
제1순환부(110)는 열관리유닛(100)을 순환하는 제1열교환매체(A)의 유동을 안내한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1순환부(110)는 내부를 통해 제1열교환매체(A)가 유동될 수 있는 관의 형태를 갖도록 형성된다. 제1순환부(110)는 연장 방향을 따라 제1열교환매체(A)가 순환 유동될 수 있도록 후술하는 열관리부재(120) 및 칠러부(130)와 함께 폐유로를 형성한다. 제1순환부(110)의 구체적인 길이, 배열 등은 차량의 구조, 열관리부재(120) 및 칠러부(130)의 설치 위치 등에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다.
제1순환부(110)에는 제1열교환매체(A)가 제1순환부(110)를 따라 원활하게 유동될 수 있도록 제1열교환매체(A)에 유동력을 제공하는 제1순환펌프(111)가 설치될 수 있다.
열관리부재(120)는 제1순환부(110)에 연결되고, 제1열교환매체(A)를 배터리모듈(10)과 열교환시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열관리부재(120)는 배터리모듈(10)과 마주보게 설치되어 배터리모듈(10)의 열관리를 수행하는 다양한 종류의 냉각 플레이트로 예시될 수 있다. 열관리부재(120)의 내부에는 제1순환부(110)로부터 유입된 제1열교환매체(A)를 열관리부재(120)의 면적 전체를 순환시키며 배터리모듈(10)과의 열교환 작용을 유도하는 열교환유로(121)이 형성된다. 열교환유로(121)은 양측이 각각 제1순환부(110)와 연결된다. 열교환유로(121)은 일측을 통해 제1순환부(110)로부터 후술하는 칠러부(130)로부터 배출되는 제1열교환매체(A)를 내부로 전달받는다. 열관리유로(121)는 타측을 통해 배터리모듈(10)과의 열교환이 완료된 제1열교환매체(A)를 제1순환부(110)로 다시 전달한다.
칠러부(130)는 열관리부재(120)와 이격되게 배치되고, 제1순환부(110)와 연결된다. 칠러부(130)는 제1순환부(110)로부터 전달받은 제1열교환매체(A)와, 후술하는 제2가열유닛(600) 또는 냉각유닛(700)을 따라 유동되는 제3열교환매체(C)를 열교환시켜 열관리부재(120)로 전달되는 제1열교환매체(A)를 가열하거나 냉각시키는 기능을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 칠러부(130)는 내부에 서로 독립된 제1칠러유로(131) 및 제2칠러유로(132)가 형성된 다양한 종류의 열교환기로 예시될 수 있다. 제1칠러유로(131)는 양단부가 제1순환부(110)와 연결되어 제1순환부(110)를 유동하는 제1열교환매체(A)를 칠러부(130)의 내부로 유입시키고, 칠러부(130)로부터 배출되는 제1열교환매체(A)를 제1순환부(110)로 다시 전달한다. 제2칠러유로(132)는 양단부가 후술하는 제2가열유닛(600) 및 냉각유닛(700)과 연결되어 제2가열유닛(600) 및 냉각유닛(700)을 유동하는 제3열교환매체(C)를 칠러부(130)의 내부로 유입시키고, 칠러부(130)로부터 배출되는 제3열교환매체(C)를 제2가열유닛(600) 및 냉각유닛(700)으로 다시 전달한다. 제1칠러유로(131)와 제2칠러유로(132)는 서로 인접하게 배치되어 내부를 유동하는 제1열교환매체(A)와 제3열교환매체(C)간의 열교환 작용을 유도한다.
배기열회수유닛(200)은 제2열교환매체(B)가 순환되며 차량의 배기가스(G)로부터 열을 회수한다. 즉, 배기열회수유닛(200)은 제2열교환매체(B)를 매개로 엔진의 구동에 따라 배출되는 배기가스(G)로부터 열에너지를 수집하는 기능을 수행한다.
여기서, 제2열교환매체(B)는 열교환 작용에 의해 열에너지를 운반할 수 있는 다양한 종류의 냉각수, 액체 냉매, 기체 냉매 등으로 예시될 수 있다. 또한, 제2열교환매체(B)는 제1열교환매체(A)와 동일한 열교환매체일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기열회수유닛(200)은 제2순환부(210), 배기열회수부재(220)를 포함한다.
제2순환부(210)는 배기열회수유닛(200)을 순환하는 제2열교환매체(B)의 유동을 안내한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2순환부(210)는 내부를 통해 제2열교환매체(B)가 유동될 수 있는 관의 형태를 갖도록 형성된다. 제2순환부(210)는 연장 방향을 따라 제2열교환매체(B)가 순환 유동될 수 있도록 후술하는 배기열회수부재(220)와 함께 폐유로를 형성한다. 제2순환부(210)의 구체적인 길이, 배열 등은 차량의 구조, 배기열회수부재(220)의 설치 위치 등에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다.
제2순환부(210)에는 제2열교환매체(B)가 제2순환부(210)를 따라 원활하게 유동될 수 있도록 제2열교환매체(B)에 유동력을 제공하는 제2순환펌프(211)가 설치될 수 있다.
배기열회수부재(220)는 제2순환부(210)와 연결되고, 제2순환부(210)로부터 전달받은 제2열교환매체(B)와, 배기 매니폴드(미도시)로부터 전달받은 배기가스(G)를 열교환시켜 제2열교환매체(B)를 가열하는 기능을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기열회수부재(220)는 내부에 서로 독립된 제1배기유로(221) 및 제2배기유로(222)가 형성된 다양한 종류의 열교환기로 예시될 수 있다. 제1배기유로(221)는 양단부가 제2순환부(210)와 연결되어 제2순환부(210)를 유동하는 제2열교환매체(B)를 배기열회수부재(220)의 내부로 유입시키고, 배기열회수부재(220)로부터 배출되는 제2열교환매체(B)를 제2순환부(210)로 다시 전달한다. 제2배기유로(222)는 양단부가 배기 매니폴드와 연결되어 배기 매니폴드를 유동하는 배기가스(G)를 배기열회수부재(220)의 내부로 유입시키고, 배기열회수부재(220)로부터 배출되는 배기가스(G)를 배기 매니폴드로 다시 전달한다. 제1배기유로(221)와 제2배기유로(222)는 서로 인접하게 배치되어 내부를 유동하는 제2열교환매체(B)와 배기가스(G)간의 열교환 작용을 유도한다.
사이클유닛(300)은 제3열교환매체(C)가 순환 유동되는 제3순환부(310)와, 제3순환부(310)를 유동하는 제3열교환매체(C)를 고온, 고압의 기체 상태로 압축하는 압축기(320), 외부로 열을 방출하여 압축된 제3열교환매체(C)를 액체 상태로 응축시키는 응축기(330), 응축기(330)에서 응축된 제3열교환매체(C)를 저온, 저압의 액체 상태로 팽창시키는 팽창밸브(340) 및 외부로부터 열을 흡수하여 팽창밸브(340)에서 팽창된 제3열교환매체(C)를 기체 상태로 증발시키는 증발기(350)를 포함하여 구성된다. 또한, 압축기(320)와 증발기(350)의 사이에는 기체 상태의 제3열교환매체(C)만을 압축기(320)로 전달하는 어큐뮬레이터(360)가 설치되고, 응축기(330)와 팽창밸브(340)의 사이에는 액체 상태의 제3열교환매체(C)만을 팽창밸브(340)로 전달하는 리시버 드라이어(370)가 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클유닛(300)은 차량에 설치되는 공조 장치, 전장부품의 냉각 장치 등으로 예시될 수 있다. 여기서, 제3열교환매체(C)는 열교환 작용에 의해 열에너지를 운반할 수 있는 다양한 종류의 냉각수, 액체 냉매, 기체 냉매 등으로 예시될 수 있다.
실내난방유닛(400)은 배기열회수유닛(200)으로부터 제2열교환매체(B)를 전달받아 실내를 난방한다. 보다 구체적으로, 실내난방유닛(400)은 엔진(20)으로부터 발생되는 열을 이용하는 기존 실내난방장치에서 배기열회수유닛(200)으로부터 회수된 열을 추가적인 열원으로 활용하여 실내를 난방하는 구성에 해당한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내난방유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실내난방유닛(400)은 제1히터코어부(410), 제2히터코어부(420), 가열부재(430), 블로워부(440), 실내온도감지유닛(450), 실내난방제어유닛(460)를 포함한다.
제1히터코어부(410)는 제2순환부(210)와 연결되고, 제2순환부(210)로부터 배기열회수부재(220)로부터 배출되는 제2열교환매체(B)를 전달받는다 제1히터코어부(410)는 내부에서 제2열교환매체(B)가 유동되며 열교환 작용에 의해 실내난방유닛(400) 내부의 공기를 가열한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1히터코어부(410)는 내부에 제1난방유로(411)가 형성된 다양한 종류의 열교환기로 예시될 수 있다. 제1난방유로(411)는 양단부가 제2순환부(210)와 연결되어 제2순환부(210)를 유동하는 제2열교환매체(B)를 제1히터코어부(410)의 내부로 유입시키고, 제1히터코어부(410)로부터 배출되는 제2열교환매체(B)를 제2순환부(210)로 다시 전달한다. 이 과정에서 제1난방유로(411)는 내부를 유동하는 제2열교환매체(B)와 실내난방유닛(400) 내부의 공기의 열교환 작용을 유도하여 공기를 가열한다.
제2히터코어부(420)는 엔진(20)과의 열교환 작용에 의해 엔진(20)으로부터 발생되는 열을 흡수하는 제4열교환매체(D)가 순환 유동되는 엔진냉각라인(21)과 연결되고, 엔진냉각라인(21)으로부터 제4열교환매체(D)를 전달받는다. 제2히터코어부(420)는 내부에서 제4열교환매체(D)가 유동되며 열교환 작용에 의해 실내난방유닛(400) 내부의 공기를 가열한다. 여기서, 제4열교환매체(D)는 열교환 작용에 의해 열에너지를 운반할 수 있는 다양한 종류의 냉각수, 액체 냉매, 기체 냉매 등으로 예시될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2히터코어부(420)는 내부에 제2난방유로(421)가 형성된 다양한 종류의 열교환기로 예시될 수 있다. 제2난방유로(421)는 양단부가 엔진냉각라인(21)과 연결되어 엔진냉각라인(21)을 유동하는 제4열교환매체(D)를 제2히터코어부(420)의 내부로 유입시키고, 제2히터코어부(420)로부터 배출되는 제4열교환매체(D)를 엔진냉각라인(21)으로 다시 전달한다. 제2난방유로(421)는 내부를 유동하는 제4열교환매체(D)와 실내난방유닛(400) 내부의 공기의 열교환 작용을 유도하여 공기를 가열한다.
가열부재(430)는 배터리모듈(10)로부터 전력을 공급받아 실내난방유닛(400) 내부의 공기를 가열한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부재(430)는 배터리모듈(10)과 전기적으로 연결되고, 발열 구동에 의해 배터리모듈(10)로부터 공급되는 전기에너지를 열에너지로 변환하여 출력하는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터 등으로 예시될 수 있다.
블로워부(440)는 제1히터코어부(410), 제2히터코어부(420) 및 가열부재(430)에 의해 가열된 공기를 실내로 공급한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 블로워부(440)는 실내난방유닛(400) 내부의 가열된 공기를 차량의 실내 공간으로 유동시킬 수 있는 다양한 종류의 송풍 장치로 예시될 수 있다.
실내온도감지유닛(450)은 실내난방유닛(400)의 동작 과정에서 차량의 실내 온도를 감지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 실내온도감지유닛(450)은 차실내에 설치되어 차량의 실내 온도를 감지할 수 있는 다양한 종류의 온도 센서로 예시될 수 있다.
실내난방제어유닛(460)은 실내온도감지유닛(450)으로부터 감지된 차량의 실내 온도를 기반으로 실내난방유닛(400)의 난방 모드를 결정하고, 결정된 난방 모드에 따라 실내난방유닛(400)의 동작을 제어한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 실내난방제어유닛(460)은 가열부재(430), 엔진(20)의 연료 분사 장치와 전기적으로 연결되는 전자 제어 유닛(ECU: Electronic Control Unit), 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit), 프로세서(Processor) 또는 SoC(System on Chip)로 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하여 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 또한, 실내난방제어유닛(460)은 메모리에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행시키고, 그 실행 결과 데이터를 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내난방제어유닛(460)에 의한 난방 모드의 작동 과정을 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내난방제어유닛에 의한 난방 모드의 작동 과정을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
우선, 실내온도감지유닛(450) 차량의 실내 온도를 감지한다(S10).
실내난방제어유닛(460)은 실내온도감지유닛(450)으로부터 감지된 온도가 제1설정실내온도(TA) 이하인지 여부를 판단한다(S20).
실내온도감지유닛(450)으로부터 감지된 온도가 제1설정실내온도(TA) 이하인 경우, 실내난방제어유닛(460)은 난방촉진모드를 실행한다(S30). 여기서, 제1설정실내온도(TA)는 약 -7℃로 예시될 수 있다.
보다 구체적으로, 난방촉진모드에서 실내난방제어유닛(460)은 엔진(20)의 연료 분사량을 증가시켜 제2히터코어부(420)로 전달되는 제4열교환매체(D)의 온도가 보다 빠르게 가열되도록 유도한다.
이와 동시에 난방촉진모드에서 실내난방제어유닛(460)은 가열부재(430)를 동작시킨다.
실내난방유닛(400) 내부의 공기는 제1히터코어부(410)를 유동하는 제2열교환매체(B), 제2히터코어부(420)를 유동하는 제4열교환매체(D) 및 가열부재(430)로부터 발생되는 열에너지에 의해 가열된다.
가열된 공기는 블로워부(440)에 의해 실내로 공급되고, 차량의 실내 공간의 온도를 상승시킨다.
이러한 난방촉진모드는 실내온도감지유닛(450)으로부터 감지된 실내 온도가 제2설정실내온도(TB)에 도달하는 시점까지 유지된다. 여기서, 제1설정실내온도(TA)는 약 25℃로 예시될 수 있다.
이후, 실내난방제어유닛(460)은 실내온도감지유닛(450)으로부터 감지된 온도가 제2설정실내온도(TB) 이하인지 여부를 판단한다(S40).
실내온도감지유닛(450)으로부터 감지된 온도가 제2설정실내온도(TB) 이상인 경우, 실내난방제어유닛(460)은 정상난방모드를 실행한다(S50).
보다 구체적으로, 정상난방모드에서 실내난방제어유닛(460)은 난방촉진모드에서 증가된 엔진(20)의 연료 분사량을 감소시키고, 가열부재(430)의 동작을 중지시킨다.
실내난방유닛(400) 내부의 공기는 제1히터코어부(410)를 유동하는 제2열교환매체(B), 제2히터코어부(420)를 유동하는 제4열교환매체(D)에 의해 가열된다.
가열된 공기는 블로워부(440)에 의해 실내로 공급되고, 차량의 실내 공간의 온도를 상승시킨다.
이 과정에서 실내난방유닛(400)은 기존 난방 시스템 대비 배기열회수유닛(200)으로부터 회수한 제2열교환매체(B)를 추가적인 열원으로 활용함으로써, 저온의 환경에서 차량의 실내 온도가 제2설정실내온도(TB)에 도달하는 시간 즉, 난방촉진모드에서 정상난방모드로 전환되는 시간을 단축시킬 수 있다. 난방촉진모드가 유지되는 시간이 단축됨에 따라, 실내난방유닛(400)은 난방촉진모드의 실행 과정에서 제4열교환매체(D)의 급속 가열을 위한 연료의 소모량을 줄여 연비를 향상시킬 수 있고, 가열부재(430)의 동작을 위한 배터리모듈(10)의 전력소모량을 줄여 배터리모듈(10)의 효율을 향상시킬 수 있다.
제1가열유닛(500)은 배기열회수유닛(200)으로부터 분기되고, 제2열교환매체(B)를 제1열교환매체(A)와 열교환시켜 배터리모듈(10)의 온도를 1차적으로 상승시키는 구성으로서 기능한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1가열유닛(500)은 제1가열전달부(510), 제1가열회수부(520), 제1가열개폐부(530)를 포함한다.
제1가열전달부(510)는 제1순환부(110)와 제2순환부(210)에 연결되고, 배기열회수부재(220)로부터 배출되는 제2열교환매체(B)를 제1순환부(110)로 전달한다. 즉, 제1가열전달부(510)는 제2순환부(210)를 유동하는 제2열교환매체(B)의 흐름을 제1순환부(110)로 우회시켜 제1열교환매체(A)와 제2열교환매체(B)의 열교환 작용을 유도하는 구성으로서 기능한다.
이하에서는 제1가열전달부(510)는 제1열교환매체(A)와 제2열교환매체(B)를 제1순환부(110)의 내부에서 직접적으로 혼합시켜 제1열교환매체(A)와 제2열교환매체(B)의 열교환을 유도하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나 제1가열전달부(510)는 이에 한정되는 것은 아니고, 제2열교환매체(B)와 제1열교환매체(A)를 서로 인접한 위치에서 독립적으로 유동시켜 제1열교환매체(A)와 제2열교환매체(B)의 열교환을 유도하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1가열전달부(510)는 일단이 칠러부(130)의 유입구 측에 연결된 제1순환부(110)와 연통되고, 타단이 배기열회수부재(220)의 배출구 측에 연결된 제2순환부(210)와 연통되는 관의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1가열전달부(510)의 타단은 실내난방유닛(400)의 제1히터코어부(410)의 배출구 측에 연결된 제2순환부(210)와 연통되는 것도 가능하다.
제1가열회수부(520)는 제1순환부(110)와 제2순환부(210)에 연결되고, 열관리부재(120)로부터 배출되는 제2열교환매체(B)를 제2순환부(210)로 회수한다. 즉, 제1가열전달부(510)는 제1열교환매체(A)와의 제2열교환매체(B)이 완료된 제2열교환매체(B)를 배기열회수부재(220)로 회수하는 구성으로서 기능한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1가열회수부(520)는 일단이 칠러부(130)의 배출구 측에 연결된 제1순환부(110)와 연통되고, 타단이 배기열회수부재(220)의 유입구 측에 연결된 제2순환부(210)와 연통되는 관의 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
제1가열개폐부(530)는 제1가열전달부(510) 및 제1가열회수부(520)를 선택적으로 개폐한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1가열개폐부(530)는 제1가열전달개폐부(531), 제1가열회수개폐부(532)를 포함한다.
제1가열전달개폐부(531)는 제1가열전달부(510)에 연결되어 제1가열전달부(510)의 개폐 상태를 조절한다. 제1가열전달개폐부(531)는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 한 쌍의 제1가열전달개폐부(531) 중 어느 하나는 제1가열전달부(510)의 일단 및 제1순환부(110)의 사이에 연결되어 제1가열전달부(510)와 제1순환부(110)의 연통 상태를 조절한다. 또한 한 쌍의 제1가열전달개폐부(531) 중 나머지 하나는 제1가열전달부(510)의 타단 및 제2순환부(210)의 사이에 연결되어 제1가열전달부(510)와 제2순환부(210)의 연통 상태를 조절한다. 이 경우, 한 쌍의 제1가열전달개폐부(531)는 3개의 유로에 대한 유체의 유동 방향을 조절할 수 있는 3-way 밸브로 예시될 수 있다. 한 쌍의 제1가열전달개폐부(531)는 후술하는 제어유닛(900)에 의해 동작이 제어되며 제1가열전달부(510)를 개방하거나 폐쇄할 수 있다.
제1가열회수개폐부(532)는 제1가열회수부(520)에 연결되어 제1가열회수부(520)의 개폐 상태를 조절한다. 제1가열회수개폐부(532)는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 한 쌍의 제1가열회수개폐부(532) 중 어느 하나는 제1가열회수부(520)의 일단 및 제1순환부(110)의 사이에 연결되어 제1가열회수부(520)와 제1순환부(110)의 연통 상태를 조절한다. 또한, 한 쌍의 제1가열회수개폐부(532) 중 나머지 하나는 제1가열회수부(520)의 타단 및 제2순환부(210)의 사이에 연결되어 제1가열회수부(520)와 제2순환부(210)의 연통 상태를 조절한다. 이 경우, 한 쌍의 제1가열회수개폐부(532)는 3개의 유로에 대한 유체의 유동 방향을 조절할 수 있는 3-way 밸브로 예시될 수 있다. 한 쌍의 제1가열회수개폐부(532)는 후술하는 제어유닛(900)에 의해 동작이 제어되며 제1가열전달부(510)를 개방하거나 폐쇄할 수 있다.
제2가열유닛(600)은 사이클유닛(300)으로부터 분기되고, 제1가열유닛(500)의 동작 이후, 압축기(320)로부터 배출된 고온, 고압 상태의 제3열교환매체(C)를 제1열교환매체(A)와 열교환시켜 배터리모듈(10)의 온도를 2차적으로 상승시키는 구성으로서 기능한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2가열유닛(600)은 제2가열전달부(610), 제2가열회수부(620), 제2가열개폐부(630)를 포함한다.
제2가열전달부(610)는 압축기(320)와 응축기(330)의 사이에 연결된 제3순환부(310)로부터 분기되고, 압축기(320)로부터 배출되는 고온, 고압 상태의 제3열교환매체(C)를 칠러부(130)로 전달한다. 즉, 제2가열전달부(610)는 압축기(320)로부터 배출되어 고온, 고압의 상태로 제3순환부(310)를 유동하는 제3열교환매체(C)의 흐름을 칠러부(130)로 우회시키는 구성으로서 기능한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2가열전달부(610)는 일단이 압축기(320)와 응축기(330)의 사이에 연결된 제3순환부(310)와 연통되는 관의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제2가열전달부(610)는 타단이 증발기(350)와 어큐뮬레이터(360)의 사이에 연결된 제3순환부(310) 및 후술하는 냉각전달부(710)의 일단과 연통 된다. 즉, 제2가열전달부(610)는 냉각전달부(710)와 상호 연결되어 제3열교환매체(C)를 칠러부(130)로 전달하기 위한 경로의 일부를 냉각전달부(710)와 공유한다. 이에 따라 제2가열전달부(610)는 제3열교환매체(C)를 칠러부(130)로 전달하기 위한 배관의 개수를 감소시킬 수 있고, 칠러부(130)의 구조를 단순화시킬 수 있다.
제2가열회수부(620)는 압축기(320)와 증발기(350)의 사이에 연결된 제3순환부(310)로부터 분기되고, 칠러부(130)로부터 배출되는 제3열교환매체(C)를 제3순환부(310)로 회수한다. 즉, 제2가열전달부(610)는 칠러부(130)에서 제1열교환매체(A)와 열교환이 완료된 제3열교환매체(C)를 제3순환부(310)로 회수하는 구성으로서 기능한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2가열회수부(620)는 일단이 증발기(350)와 어큐뮬레이터(360)의 사이에 연결된 제3순환부(310)와 연통되는 관의 형태를 갖도록 형성될 있다. 이에 따라 제2가열회수부(620)는 칠러부(130)로부터 배출되는 제3열교환매체(C)를 압축기(320)로 다시 전달함에 따라 제1열교환매체(A)와의 열교환 작용에 의해 온도가 감소된 제3열교환매체(C)가 다시 고온, 고압의 상태로 복귀되도록 유도할 수 있다. 제2가열회수부(620)는 타단이 칠러부(130)에 구비되는 제2칠러유로(132)의 배출구와 연통된다.
제2가열개폐부(630)는 제2가열전달부(610) 및 제2가열회수부(620)를 선택적으로 개폐한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2가열개폐부(630)는 제2가열전달개폐부(631), 제2가열회수개폐부(632)를 포함한다.
제2가열전달개폐부(631)는 제2가열전달부(610)를 선택적으로 개폐한다. 제2가열전달개폐부(631)는 제2가열전달부(610)의 일단 및 제3순환부(310)의 사이에 연결되어 제2가열전달부(610)와 제3순환부(310)의 연통 상태를 조절한다. 이 경우, 제2가열전달개폐부(631)는 3개의 유로에 대한 제3열교환매체(C)의 유동 방향을 조절할 수 있는 3개의 유로에 대한 유체의 유동 방향을 조절할 수 있는 3-way 밸브로 예시될 수 있다. 제2가열전달개폐부(631)는 후술하는 제어유닛(900)에 의해 동작이 제어되며 제2가열전달부(610)를 개방하거나 폐쇄할 수 있다.
제2가열회수개폐부(632)는 제2가열회수부(620)를 선택적으로 개폐한다. 제2가열회수개폐부(632)는 제2가열회수부(620)의 일단 및 제3순환부(310)의 사이에 연결되어 제2가열회수부(620)와 제3순환부(310)의 연통 상태를 조절한다. 이 경우, 제2가열회수개폐부(632)는 3개의 유로에 대한 유체의 유동 방향을 조절할 수 있는 3-way 밸브로 예시될 수 있다. 제2가열회수개폐부(632)는 후술하는 제어유닛(900)에 의해 동작이 제어되며 제2가열회수부(620)를 개방하거나 폐쇄할 수 있다.
냉각유닛(700)은 사이클유닛(300)으로부터 분기되고, 증발기(350)로부터 배출되는 저온, 저압 상태의 제3열교환매체(C)를 제1열교환매체(A)와 열교환시켜 배터리모듈(10)의 온도를 하강시키는 구성으로서 기능한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각유닛(700)은 냉각전달부(710), 냉각회수부(720), 냉각개폐부(730)를 포함한다.
냉각전달부(710)는 압축기(320)와 증발기(350)의 사이에 연결된 제3순환부(310)로부터 분기되고, 증발기(350)로부터 배출되는 제3열교환매체(C)를 칠러부(130)로 전달한다. 즉, 냉각전달부(710)는 증발기(350)로부터 배출되어 저온, 저압의 상태로 제3순환부(310)를 유동하는 제3열교환매체(C)의 흐름을 칠러부(130)로 우회시키는 구성으로서 기능한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각전달부(710)는 일단이 증발기(350)와 어큐뮬레이터(360)의 사이에 연결된 제3순환부(310)와 연통되고, 타단이 제2칠러유로(132)의 유입구와 연통되는 관의 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
냉각전달부(710)의 일단은 제2가열전달부(610)의 타단과도 연통된다. 이 경우, 냉각전달부(710)는 후술하는 냉각전달개폐부(731)의 동작에 의해 증발기(350)로부터 배출되는 제3열교환매체(C)를 칠러부(130)로 전달하는 통로의 역할을 수행함과 동시에 제2가열전달부(610)를 따라 유동되는 제3열교환매체(C)를 칠러부(130)로 전달하는 통로의 역할도 수행할 수 있다. 이에 따라 냉각전달부(710)는 제3열교환매체(C)를 칠러부(130)로 전달하기 위한 배관의 개수를 감소시킬 수 있고, 칠러부(130)의 구조를 단순화시킬 수 있다.
냉각전달부(710)에는 냉각전달부(710)를 따라 유동하는 제3열교환매체(C)를 팽창시켜 칠러부(130)로 공급하기 위한 전달팽창밸브(711)가 추가로 설치될 수 있다.
냉각회수부(720)는 압축기(320)와 증발기(350)의 사이에 연결된 제3순환부(310)로부터 분기되고, 칠러부(130)로부터 배출되는 제3열교환매체(C)를 제3순환부(310)로 회수한다. 즉, 제2가열전달부(610)는 칠러부(130)에서 제1열교환매체(A)와 열교환이 완료된 제3열교환매체(C)를 제3순환부(310)로 회수하는 구성으로서 기능한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각회수부(720)는 제2가열회수부(620)와 서로 동일한 구성으로 예시될 수 있다. 즉, 냉각회수부(720)와 제2가열회수부(620)는 제3열교환매체(C)의 유동 경로를 모두 공유하는 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라 냉각회수부(720)와 제2가열회수부(620)는 제3열교환매체(C)를 제3순환부(310)로 회수하기 위한 배관의 개수를 감소시킬 수 있고, 칠러부(130)의 구조를 단순화시킬 수 있다. 이와 달리 냉각회수부(720)는 제2가열회수부(620)와 분리된 형태로 형성되는 것도 가능하다.
냉각개폐부(730)는 냉각전달부(710) 및 냉각회수부(720)를 선택적으로 개폐한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각개폐부(730)는 냉각전달개폐부(731), 냉각회수개폐부(732)를 포함한다.
냉각전달개폐부(731)는 냉각전달부(710)를 선택적으로 개폐한다. 냉각전달개폐부(731)는 제3순환부(310), 제2가열전달부(610)의 타단 및 냉각전달부(710)의 일단이 서로 교차하는 지점에 연결되어 제3순환부(310), 제2가열전달부(610) 및 냉각전달부(710)간의 연통 상태를 조절한다. 이 경우, 냉각전달개폐부(731)는 4개의 유로에 대한 유체의 유동 방향을 조절할 수 있는 4-way 밸브로 예시될 수 있다. 냉각전달개폐부(731)는 후술하는 제어유닛(900)에 의해 동작이 제어될 수 있다.
냉각회수개폐부(732)는 냉각회수부(720)를 선택적으로 개폐한다. 냉각회수개폐부(732)는 냉각회수부(720)와 제2가열회수부(620)가 동일한 구성으로 예시됨에 따라, 제2가열회수개폐부(632)와 동일한 구성으로 예시될 수 있다.
감지유닛(800)은 배터리모듈(10)의 온도를 감지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 감지유닛(800)은 배터리모듈(10)측에 설치되어 배터리모듈(10)의 온도를 감지할 수 있는 다양한 종류의 온도 센서로 예시될 수 있다.
제어유닛(900)은 감지유닛(800)으로부터 측정된 배터리모듈(10)의 온도 변화에 기반하여 열관리모드를 결정하고, 결정된 열관리모드에 따라 제1가열유닛(500), 제2가열유닛(600) 및 냉각유닛(700)의 동작을 제어한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제어유닛(900)은 제1가열개폐부(530), 제2가열개폐부(630), 냉각개폐부(730)와 전기적으로 연결되어 이들의 동작을 제어하는 전자 제어 유닛(ECU: Electronic Control Unit), 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit), 프로세서(Processor) 또는 SoC(System on Chip)로 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하여 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 또한, 제어유닛(900)은 메모리에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행시키고, 그 실행 결과 데이터를 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어유닛에 의한 열관리모드의 작동 과정을 상세하게 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어유닛에 의한 열관리모드의 작동 과정을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 우선, 감지유닛(800)은 배터리모듈(10)의 온도를 감지한다(S100).
감지유닛(800)으로부터 감지된 배터리모듈(10)의 온도가 제1설정온도(T1) 미만인 경우(S200), 제어유닛(900)은 제1가열모드를 실행한다(S210). 여기서, 제1설정온도(T1)은 25℃로 예시될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1가열모드의 동작 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1가열모드에서 제어유닛(900)은 제1가열유닛(500)을 동작시키고 제2가열유닛(600) 및 냉각유닛(700)의 동작을 중지시킨다.
보다 구체적으로, 제어유닛(900)은 제1가열전달개폐부(531)와 제1가열회수개폐부(532)를 동작시켜 제1가열전달부(510)와 제1가열회수부(520)의 양단을 개방하고, 제1가열전달부(510)와 제1가열회수부(520)를 제1순환부(110) 및 제2순환부(210)와 연통시킨다.
한편, 제1가열전달부(510)와 제1가열회수부(520)의 일단 사이에 연결된 제1순환부(110)와, 제1가열전달부(510)와 제1가열회수부(520)의 타단 사이에 연결된 제2순환부(210)는 폐쇄된다.
이후, 배기가스(G)의 열을 흡수하여 배기열회수부재(220)로부터 배출된 고온의 제2열교환매체(B)는 제1가열전달부(510)를 통해 열관리부재(120)의 배출구 측에 연결된 제1순환부(110)로 전달된다. 이 경우, 제1순환부(110)로 전달된 제2열교환매체(B)는 약 50℃ 내지 60℃의 온도를 가질 수 있다.
제1순환부(110)로 전달된 고온의 제2열교환매체(B)는 제1열교환매체(A)와 혼합되고, 제1열교환매체(A)와의 열교환 작용에 의해 제1순환부(110)를 유동하는 제1열교환매체(A)의 온도를 상승시킨다. 이 경우, 대략 -7℃의 저온 환경에 놓인 제1열교환매체(A)는 제2열교환매체(B)와의 열교환 작용에 의해 온도가 약 25℃ 내지 30℃로 상승될 수 있다.
온도가 상승된 제1열교환매체(A)는 열관리유로(121)의 유입구 측을 통해 열관리부재(120)의 내부로 유입되고, 배터리모듈(10)과 열교환되며 배터리모듈(10)의 온도를 상승시킨다.
한편, 제어유닛(900)은 제1가열모드에서 제2가열전달개폐부(631)와 제2가열회수개폐부(632)를 동작시켜 제2가열전달부(610)와 제2가열회수부(620)의 양단을 폐쇄하고, 냉각전달개폐부(731)와 냉각회수개폐부(732)를 동작시켜 냉각전달부(710)와 냉각회수부(720)의 양단을 폐쇄함으로써 제3열교환매체(C)는 칠러부(130)로 유입되는 것을 차단한다. 이에 따라 제1가열모드에서 제1열교환매체(A)의 온도는 제1가열유닛(500)을 통해 전달되는 제2열교환매체(B)에 의해서만 결정될 수 있다.
한편, 제2가열회수부(620) 및 냉각회수부(720), 제2가열회수개폐부(632) 및 냉각회수개폐부(732)가 서로 동일한 구성으로 이루어지는 경우, 제2가열회수부(620) 및 냉각회수부(720)는 제2가열회수개폐부(632) 또는 냉각회수개폐부(732)의 단일 동작에 의해 동시에 폐쇄될 수 있다.
이후, 감지유닛(800)으로부터 감지된 배터리모듈(10)의 온도가 제1설정온도(T1) 이상, 제2설정온도(T2) 미만인 경우(S300), 제어유닛(900)은 제1완충모드를 실행한다(S310). 여기서, 제2설정온도(T2)는 26℃로 예시될 수 있다.
제1완충모드에서 제어유닛(900)은 제1가열유닛(500)의 동작을 중지시킨다.
보다 구체적으로, 제어유닛(900)은 제1가열전달개폐부(531) 및 제1가열회수개폐부(532)를 동작시켜 제1가열전달부(510) 및 제1가열회수부(520)를 폐쇄한다.
이 경우, 제2가열유닛(600) 및 냉각유닛(700)은 제1가열모드에서와 같이 제어유닛(900)에 의해 동작이 중지된 상태로 유지된다.
즉, 제1완충모드는 제어유닛(900)에 의한 열관리모드가 제1가열모드와 후술하는 제2가열모드로 상호 전환되기 위한 온도에 일정한 간격을 부여하는 모드로서 기능한다.
이에 따라 제어유닛(900)은 제1가열모드와 제2가열모드가 상호 전환되는 과정에서 제1가열유닛(500)과 제2가열유닛(600)이 동시에 동작되며 배터리모듈(10)의 온도가 의도하지 않은 방향으로 가변되는 것을 방지할 수 있고, 단일 온도를 경계로 제1가열유닛(500)과 제2가열유닛(600)이 반복적으로 동작 또는 중지되며 부품의 내구성이 저하되거나 또는 에너지의 불필요하게 소모하는 것을 방지할 수 있다.
이후, 감지유닛(800)으로부터 감지된 배터리모듈(10)의 온도가 제2설정온도(T2) 이상, 제3설정온도(T3) 미만인 경우(S400), 제어유닛(900)은 제2가열모드를 실행한다(S410). 여기서, 제3설정온도(T3)는 35℃로 예시될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2가열모드의 동작 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 제2가열모드에서 제어유닛(900)은 제2가열유닛(600)을 동작시키고 제1가열유닛(500) 및 냉각유닛(700)의 동작을 중지시킨다.
보다 구체적으로, 제2가열모드에서 제어유닛(900)은 제2가열전달개폐부(631)와 제2가열회수개폐부(632)를 동작시켜 제2가열전달부(610)와 제2가열회수부(620)의 양단을 개방하고, 제2가열전달부(610)와 제2가열회수부(620)의 일단을 제3순환부(310)와 연통시킨다.
한편, 제2가열전달부(610)와 냉각전달부(710)가 상호 연결됨에 따라, 제어유닛(900)은 냉각전달개폐부(731)를 동작시켜 제2가열전달부(610)의 타단과 냉각전달부(710)의 일단을 연통시킨다.
이후, 압축기(320)로부터 배출된 고온의 제3열교환매체(C)는 제2가열전달부(610)와 냉각전달부(710)를 순차적으로 거쳐 제2칠러유로(132)의 유입구를 통해 칠러부(130)의 내부로 전달된다. 이 경우, 칠러부(130)로 전달된 제3열교환매체(C)의 온도는 약 60℃ 내지 70℃의 온도를 가질 수 있다.
칠러부(130)로 전달된 고온의 제3열교환매체(C)는 칠러부(130)의 내부에서 제1칠러유로(131)를 따라 유동하는 제1열교환매체(A)와 열교환되며 제1열교환매체(A)의 온도를 상승시킨다. 이 경우, 대략 제1열교환매체(A)는 제3열교환매체(C)와의 열교환 작용에 의해 온도가 약 30℃ 내지 35℃로 상승될 수 있다.
온도가 상승되어 칠러부(130)로부터 배출되는 제1열교환매체(A)는 열관리유로(121)의 유입구 측을 통해 열관리부재(120)의 내부로 유입되고, 배터리모듈(10)과 열교환되며 배터리모듈(10)의 온도를 상승시킨다.
한편, 제어유닛(900)은 제2가열모드에서 제1가열전달개폐부(531)와 제1가열회수개폐부(532)를 동작시켜 제1가열전달부(510)와 제1가열회수부(520)의 양단을 폐쇄함으로써 제2열교환매체(B)가 제1순환부(110)로 유입되는 것을 차단한다.
이와 동시에, 제어유닛(900)은 냉각전달개폐부(731)를 동작시켜 증발기(350) 및 어큐뮬레이터(360) 사이에 연결된 제3순환부(310)와, 냉각전달부(710)의 연통을 차단함으로써 증발기(350)로부터 배출되는 저온의 제3열교환매체(C)가 칠러부(130)로 유입되는 것을 차단한다. 이에 따라 제2가열모드에서 제1열교환매체(A)의 온도는 제2가열유닛(600)을 통해 전달되는 고온의 제3열교환매체(C)에 의해서만 결정될 수 있다.
한편, 제2가열회수부(620) 및 냉각회수부(720), 제2가열회수개폐부(632) 및 냉각회수개폐부(732)가 서로 동일한 구성으로 이루어지는 경우, 냉각회수부(720)는 개방된 상태로 유지될 수 있다.
이후, 감지유닛(800)으로부터 감지된 배터리모듈(10)의 온도가 제3설정온도(T3) 이상, 제4설정온도(T4) 미만인 경우(S500), 제어유닛(900)은 제2완충모드를 실행한다(S510). 여기서, 제4설정온도(T4)는 36℃로 예시될 수 있다.
제2완충모드에서 제어유닛(900)은 제2가열유닛(600)의 동작을 중지시킨다.
보다 구체적으로, 제어유닛(900)은 제2가열전달개폐부(631) 및 제2가열회수개폐부(632)를 동작시켜 제2가열전달부(610) 및 제2가열회수부(620)를 폐쇄한다.
이와 동시에 제어유닛(900)은 냉각전달개폐부(731)를 동작시켜 제2가열전달부(610) 및 냉각전달부(710)의 연통을 차단한다.
이 경우, 제1가열유닛(500) 및 냉각유닛(700)은 제2가열모드에서와 같이 제어유닛(900)에 의해 동작이 중지된 상태로 유지된다.
즉, 제2완충모드는 제어유닛(900)에 의한 열관리모드가 제2가열모드와 후술하는 냉각모드로 상호 전환되기 위한 온도에 일정한 간격을 부여하는 모드로서 기능한다.
이에 따라 제어유닛(900)은 제2가열모드와 냉각모드가 상호 전환되는 과정에서 제2가열유닛(600)과 냉각유닛(700)이 동시에 동작되며 배터리모듈(10)의 온도가 의도하지 않은 방향으로 가변되는 것을 방지할 수 있고, 단일 온도를 경계로 제2가열유닛(600)과 냉각유닛(700)이 반복적으로 동작 또는 중지되며 부품의 내구성이 저하되거나 또는 에너지의 불필요하게 소모하는 것을 방지할 수 있다.
이후, 감지유닛(800)으로부터 감지된 배터리모듈(10)의 온도가 제4설정온도(T4) 이상인 경우(S600), 제어유닛(900)은 냉각모드를 실행한다(S610).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각모드의 동작 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 냉각모드에서 제어유닛(900)은 냉각유닛(700)을 동작시키고 제1가열유닛(500) 및 제2가열유닛(600)의 동작을 중지시킨다.
보다 구체적으로, 냉각모드에서 제어유닛(900)은 냉각전달개폐부(731)와 냉각회수개폐부(732)를 동작시켜 냉각전달부(710), 냉각회수부(720)를 제3순환부(310)와 연통시킨다.
한편, 제2가열전달부(610)와 냉각전달부(710)가 상호 연결됨에 따라, 제어유닛(900)은 냉각전달개폐부(731)를 동작시켜 제2가열전달부(610)의 타단과 냉각전달부(710)의 일단의 연통을 차단한다.
이후, 증발기(350)로부터 배출된 저온의 제3열교환매체(C)는 제3순환부(310)와 냉각전달부(710)를 순차적으로 거쳐 제2칠러유로(132)의 유입구를 통해 칠러부(130)의 내부로 전달된다. 이 경우, 칠러부(130)로 전달된 제3열교환매체(C)의 온도는 약 7℃ 내지 10℃의 온도를 가질 수 있다.
칠러부(130)로 전달된 저온의 제3열교환매체(C)는 칠러부(130)의 내부에서 제1칠러유로(131)를 따라 유동하는 제1열교환매체(A)와 열교환되며 제1열교환매체(A)의 온도를 하강시킨다. 이 경우, 대략 제1열교환매체(A)는 제3열교환매체(C)와의 열교환 작용에 의해 온도가 약 36℃ 이하로 하강될 수 있다.
온도가 하강되어 칠러부(130)로부터 배출되는 제1열교환매체(A)는 열관리유로(121)의 유입구 측을 통해 열관리부재(120)의 내부로 유입되고, 배터리모듈(10)과 열교환되며 배터리모듈(10)의 온도를 하강시킨다.
한편, 제어유닛(900)은 냉각모드에서 제1가열전달개폐부(531)와 제1가열회수개폐부(532)를 동작시켜 제1가열전달부(510)와 제1가열회수부(520)의 양단을 폐쇄함으로써 제2열교환매체(B)가 제1순환부(110)로 유입되는 것을 차단한다.
이와 동시에, 제어유닛(900)은 냉각전달개폐부(731)를 동작시켜 증발기(350) 및 어큐뮬레이터(360) 사이에 연결된 제3순환부(310)와 제2가열전달부(610)의 연통 을 차단한다. 이에 따라 냉각모드에서 제1열교환매체(A)의 온도는 냉각유닛(700)을 통해 전달되는 저온의 제3열교환매체(C)에 의해서만 결정될 수 있다.
또한, 제어유닛(900)은 냉각전달개폐부(731)를 동작시켜 냉각전달개폐부(731)와 냉각회수개폐부(732)의 사이에 연결된 제3순환부(310)를 폐쇄함으로써 증발기(350)로부터 배출되는 저온의 제3열교환매체(C)가 칠러부(130)로 유입되지 않고, 압축기(320)로 곧바로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 제2가열회수부(620) 및 냉각회수부(720), 제2가열회수개폐부(632) 및 냉각회수개폐부(732)가 서로 동일한 구성으로 이루어지는 경우, 제2가열회수부(620)는 개방된 상태로 유지될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 배터리모듈 20 : 엔진
100 : 열관리유닛 110 : 제1순환부
111 : 제1순환펌프 120 : 열관리부재
121 : 열관리유로 130 : 칠러부
131 : 제1칠러유로 132 : 제2칠러유로
200 : 배기열회수유닛 210 : 제2순환부
211 : 제2순환펌프 220 : 배기열회수부재
221 : 제1배기유로 222 : 제2배기유로
300 : 사이클유닛 310 : 제3순환부
320 : 압축기 330 : 응축기
340 : 팽창밸브 350 : 증발기
360 : 어큐뮬레이터 370 : 리시버 드라이어
400 : 실내난방유닛 410 : 제1히터코어부
411 : 제1난방유로 420 : 제2히터코어부
421 : 제2난방유로 430 : 가열부재
440 : 블로워부 450 : 실내온도감지유닛
460 : 실내난방제어유닛 500 : 제1가열유닛
510 : 제1가열전달부 520 : 제1가열회수부
530 : 제1가열개폐부 531 : 제1가열전달개폐부
532 : 제1가열회수개폐부 600 : 제2가열유닛
610 : 제2가열전달부 620 : 제2가열회수부
630 : 제2가열개폐부 631 : 제2가열전달개폐부
632 : 제2가열회수개폐부 700 : 냉각유닛
710 : 냉각전달부 720 : 냉각회수부
730 : 냉각개폐부 731 : 냉각전달개폐부
732 : 냉각회수개폐부 800 : 감지유닛
900 : 제어유닛

Claims (15)

  1. 제1열교환매체가 순환되며 배터리모듈과 열교환하는 열관리유닛;
    제2열교환매체가 순환되며 배기가스로부터 열을 회수하는 배기열회수유닛;
    압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 구비하여 제3열교환매체가 순환되는 사이클유닛;
    상기 배기열회수유닛으로부터 분기되고, 상기 배터리모듈의 온도가 상승되도록 상기 제2열교환매체를 상기 제1열교환매체와 열교환시키는 제1가열유닛;
    상기 사이클유닛으로부터 분기되고, 상기 배터리모듈의 온도가 상승되도록 상기 제3열교환매체를 상기 제1열교환매체와 열교환시키는 제2가열유닛; 및
    상기 사이클유닛으로부터 분기되고, 상기 배터리모듈의 온도가 하강되도록 상기 제3열교환매체를 상기 제1열교환매체와 열교환시키는 냉각유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열관리유닛은,
    상기 제1열교환매체가 순환 유동되는 제1순환부; 및
    상기 제1순환부에 연결되고, 상기 제1열교환매체를 상기 배터리모듈과 열교환시키는 열관리부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 배기열회수유닛은,
    상기 제2열교환매체가 순환 유동되는 제2순환부; 및
    상기 제2순환부와 연결되고, 상기 제2열교환매체를 상기 배기가스와 열교환시키는 배기열회수부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1가열유닛은,
    상기 제1순환부와 상기 제2순환부에 연결되고, 상기 배기열회수부재로부터 배출되는 상기 제2열교환매체를 상기 제1순환부로 전달하는 제1가열전달부;
    상기 제1순환부와 상기 제2순환부에 연결되고, 상기 열관리부재로부터 배출되는 상기 제2열교환매체를 상기 제2순환부로 회수하는 제1가열회수부; 및
    상기 제1가열전달부 및 상기 제1가열회수부를 선택적으로 개폐하는 제1가열개폐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 열관리유닛은 상기 제1순환부와 연결되고, 상기 제1열교환매체를 상기 제3열교환매체와 열교환시키는 칠러부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2가열유닛은,
    상기 압축기와 상기 응축기의 사이로부터 분기되고, 상기 압축기로부터 배출되는 상기 제3열교환매체를 상기 칠러부로 전달하는 제2가열전달부;
    상기 압축기와 상기 증발기의 사이로부터 분기되고, 상기 칠러부로부터 배출되는 상기 제3열교환매체를 상기 압축기로 전달하는 제2가열회수부; 및
    상기 제2가열전달부를 선택적으로 개폐하는 제2가열개폐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 냉각유닛은,
    상기 압축기와 상기 증발기의 사이로부터 분기되고, 상기 증발기로부터 배출되는 상기 제3열교환매체를 상기 칠러부로 전달하는 냉각전달부;
    상기 압축기와 상기 증발기의 사이로부터 분기되고, 상기 칠러부로부터 배출되는 상기 제3열교환매체를 상기 압축기로 전달하는 냉각회수부; 및
    상기 냉각전달부 및 상기 냉각회수부를 선택적으로 개폐하는 냉각개폐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2가열전달부와 상기 냉각전달부는 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제2가열회수부와 상기 냉각회수부는 동일한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리모듈의 온도를 감지하는 감지유닛; 및
    상기 감지유닛으로부터 측정된 상기 배터리모듈의 온도 변화에 기반하여 열관리모드를 결정하고, 결정된 열관리모드에 따라 상기 제1가열유닛, 상기 제2가열유닛 및 상기 냉각유닛의 동작을 제어하는 제어유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 감지유닛으로부터 감지된 상기 배터리모듈의 온도가 제1설정온도 미만인 경우, 상기 제1가열유닛을 동작시키고 상기 제2가열유닛 및 상기 냉각유닛의 동작을 중지시키는 제1가열모드;를 실행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 감지유닛으로부터 감지된 상기 배터리모듈의 온도가 제2설정온도 이상 제3설정온도 미만인 경우, 상기 제2가열유닛을 동작시키고 상기 제1가열유닛 및 상기 냉각유닛의 동작을 중지시키는 제2가열모드;를 실행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 감지유닛으로부터 감지된 상기 배터리모듈의 온도가 상기 제1설정온도 이상 상기 제2설정온도 미만인 경우, 상기 제1가열유닛의 동작을 중지시키는 제1완충모드;를 실행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 감지유닛으로부터 감지된 상기 배터리모듈의 온도가 제4설정온도 이상인 경우, 상기 냉각유닛을 동작시키고 상기 제1가열유닛 및 상기 제2가열유닛의 동작을 중지시키는 냉각모드;를 실행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 감지유닛으로부터 감지된 상기 배터리모듈의 온도가 상기 제3설정온도 이상 상기 제4설정온도 미만인 경우, 상기 제2가열유닛의 동작을 중지시키는 제2완충모드;를 실행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템.
KR1020220075638A 2022-06-21 2022-06-21 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템 KR20240000004A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220075638A KR20240000004A (ko) 2022-06-21 2022-06-21 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템
PCT/KR2023/002807 WO2023249200A1 (ko) 2022-06-21 2023-02-28 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220075638A KR20240000004A (ko) 2022-06-21 2022-06-21 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240000004A true KR20240000004A (ko) 2024-01-02

Family

ID=89380043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220075638A KR20240000004A (ko) 2022-06-21 2022-06-21 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240000004A (ko)
WO (1) WO2023249200A1 (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017128297A (ja) * 2016-01-22 2017-07-27 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両
FR3080887B1 (fr) * 2018-05-04 2021-07-30 Ifp Energies Now Systeme de refroidissement d'un moteur avec deux thermostats et integrant un circuit selon un cycle de rankine
JP7057323B2 (ja) * 2019-07-03 2022-04-19 本田技研工業株式会社 熱サイクルシステム
JP2021008870A (ja) * 2019-07-03 2021-01-28 本田技研工業株式会社 熱サイクルシステム
CN110422083A (zh) * 2019-08-15 2019-11-08 舍弗勒技术股份两合公司 汽车及冷却系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023249200A1 (ko) 2023-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7250658B2 (ja) 車両用ヒートポンプシステム
US20230158856A1 (en) Heat pump system for vehicle
KR101776751B1 (ko) 차량용 배터리 냉각 시스템 제어방법
US20100281901A1 (en) Air conditioner for vehicle
CN111231620B (zh) 车辆热管理系统及其控制方法、车辆
KR102573227B1 (ko) 차량의 열관리 시스템
EP4134258A1 (en) Refrigerant thermal management module, thermal management system and vehicle
CN111251802B (zh) 车辆的热管理系统及车辆
CN108128118B (zh) 一种电动汽车热控制系统
CN110422082A (zh) 一种混合动力汽车集成式热管理系统及其控制方法
RU2753503C1 (ru) Система управления температурой в транспортном средстве
CN111251813B (zh) 车辆的热管理系统及车辆
CN115675013A (zh) 新能源电动汽车多工况整车热管理系统及方法
CN113370741A (zh) 车载温度调节系统
KR101178945B1 (ko) 전기 자동차용 공기 조화 시스템
CN111251807B (zh) 整车热管理系统及具有其的车辆
KR20230011808A (ko) 차량용 배터리 온도 제어방법
CN113997753A (zh) 一种新能源汽车热管理系统
CN111251814A (zh) 车辆的热管理系统及车辆
KR20240000004A (ko) 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템
KR20230174788A (ko) 하이브리드 차량용 배터리 열관리 시스템
CN111251804B (zh) 车辆的热管理系统及车辆
KR20240000023A (ko) 전기자동차용 배터리 열관리 시스템
KR20210013858A (ko) 차량용 히트펌프 시스템 제어방법
US11780293B2 (en) In-vehicle temperature control system

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal