KR102471828B1 - 전기자동차 충전 열관리 시스템 - Google Patents

전기자동차 충전 열관리 시스템 Download PDF

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윤근수
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Abstract

본 발명은 전기자동차를 충전하는데 발생하는 열을 관리하여 고용량의 급속 충전시 발생하는 열을 낮추고, 차량 내부의 고전압케이블 및 배터리의 일정한 온도를 유지하여 충전효율을 높이는 열관리 시스템에 관한 것이다.

Description

전기자동차 충전 열관리 시스템{HEAT MANAGEMENT SYSTEM FOR CHARGING ELECTRIC VEHICLES }
본 발명은 전기자동차를 충전하는데 발생하는 열을 관리하는 열관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차는 고용량과 고전압의 배터리 탑재로 개발되고 있으며, 350kW 이상의 HPC(High Power Charger)충전기에 대한 설치 및 수요가 증가 되고 있다.
위와 같은 고속충전기나 그 이상의 충전기는 많은 열을 발생시키고 있으며, 이에 따라서 충전효율이 떨어지게 되는 문제가 있어 충전효율을 높이는 과제가 있었다.
대한민국 등록특허 제1952159호는 전기차량의 충전하는 충전 케이블을 냉각하는 시스템에 관한 것으로, 냉매를 이용한 냉각시스템을 통해서 충전 도체를 간접 냉각시키는 발명에 관한 것이다.
그러나 종래의 발명은 겨울철에는 주변온도가 낮아 전기자동차 배터리의 충전효율이 떨어지는 문제가 있는 등 종합적인 열관리 시스템이 구축되지 않았다.
대한민국 등록특허 제1952159호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 냉각장치를 통해서 충전시 발생되는 열을 해결하는 동시에 주변 환경에 따라서 전기자동차의 배터리가 영향을 받아 충전 효율에 문제가 생기는 것을 해결하기 위한 것이다.
전기자동차 충전 열관리 시스템에 있어서,
전원장치와, 상기 전원장치에서 냉각장치를 포함하고, 상기 전원장치와 연결되어 전기자동차부에 전원공급하는 전원공급라인부와, 전원공급라인부와 전기자동차부가 충전 결합을 위한 커넥터부가 구비되며, 상기 전원공급라인부와 커넥터부는 냉각장치의 냉각유체가 이동하는 냉각라인이 구비되고,
상기 전기자동차부에는 배터리내부온도를 감지하는 온도감지센서 및 감지된 온도를 적정한 온도로 공급하는 온도유지장치를 포함한다.
또한, 상기 냉각장치는 공압기와 공압기의 압축된공기를 통해 냉기를 발생시키는 보텍스튜브로 이루어지는 것을 포함한다.
또한, 상기 냉각장치는 히트펌프로 냉매가 순환하는 냉매순환라인을 포함하고, 상기 냉매순환라인이 냉각라인을 냉각시키며, 상기 냉각라인 일단에서 공기압축기를 포함하여 냉각유체를 공급하는 것을 포함한다.
또한, 상기 냉매순환라인과 냉각라인이 접하는 부분은 팽창밸브와 상기 팽창밸브에 냉각라인이 감기는 것을 포함한다.
또한, 상기 냉각라인은 주름관으로 이루어지는 것을 포함한다.
또한, 상기 온도유지장치는 보텍스튜브로 구성하고, 냉기와 온기를 구분하여 배터리에 공급하는 것을 포함한다.
본 발명은 고용량의 급속 충전시 발생하는 열을 낮추고, 차량 내부의 고전압케이블 및 배터리의 일정한 온도를 유지하여 충전효율을 높이는 것이다.
도 1은 일 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템을 도시한 개요도.
도 2는 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템을 도시한 개요도.
도 3은 또 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템을 도시한 개요도.
도 4는 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템의 주름관을 도시한 도면.
도 5 및 6은 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템의 냉각장치를 보인 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템을 도시한 개요도이고, 도 2는 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템을 도시한 개요도이며 ,도 3은 또 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템을 도시한 개요도이고, 도 4는 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템의 주름관을 도시한 도면이며, 도 5 및 6은 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템의 냉각장치를 보인 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합할 수 있게 구비한 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변할 수 있게 구비한 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 일 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템을 도시한 개요도로 이를 참조하여 보면, 전기자동차 충전 열관리 시스템에 있어서,
전원장치(100)와 전원장치(100)에서 부터 전원공급연결하는 전원공급라인부(200)와 전원공급라인부(200)에 접하여 전원충전하는 전기자동차부(300)로 구성된다.
상기 전원장치(100)는 전원부(120) 및 냉각장치(110)를 포함하고, 전원공급라인부(200)와 전기자동차부(300)가 충전 결합을 위한 커넥터부(C)가 구비되며, 상기 전원공급라인부(200)와 커넥터부(C)는 냉각장치(110)의 냉각유체가 이동하는 냉각라인(230)이 구비된다.
여기에서 상기 커넥터부(C)는 전원공급라인부(200) 측에 플러그커넥터(210)와 전기자동차부(300)의 소켓커넥터(310)로 구성되며, 사용자의 선택에 따라 그 형태가 바뀔 수 도 있다.
상기 전기자동차부(300)에는 배터리(340)내부온도를 감지하는 온도감지센서 및 감지된 온도를 적정한 온도로 냉각라인(230)의 유체를 받아 공급하는 온도유지장치(330)를 포함한다.
상기 온도유지장치(330)를 통해서 배터리(340)에 적정온도가 공급되는 라인인 온도유지라인이 포함된다.
상기 냉각장치(110)는 공기압축기(130)와 공기압축기(130)의 압축된공기를 통해 냉기를 발생시키는 보텍스튜브(Vortex tube)로 이루어지는 것을 포함한다.
상기 보텍스튜브(Vortex tube)는 입구를 통해 주입된 압축공기를 일측으로 온기와 타측으로 냉기로 분리하여 배출하게된다. 이때 분리배출된 냉기를 냉각라인(230)에 연결하여 공급하게 된다.
도 2는 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템을 도시한 개요도로 이를 참조하여 보면,
상기 냉각장치(110)는 히트펌프로 냉매가 순환하는 냉매순환라인(114)을 포함하고, 상기 냉매순환라인(114)이 냉각라인(230)을 냉각시킨다. 상기 히트펌프는 일반적으로 압축기 및 열교환기(112)로 이루어진다.
상기 전원장치(100)에 공기압축기(130)를 더 포함하고 상기 냉각라인(230) 일단에서 공기압축기(130)가 유체를 공급하되, 냉각라인(230)이 냉매순환라인(114)과 접하여 냉각유체가 공급되게 된다.
또한, 상기 냉매순환라인(114)과 냉각라인(230)이 접하는 부분은 팽창밸브(113)로 구비되고 상기 팽창밸브(113)에 냉각라인(230)이 감기는 것을 포함한다.
도 4는 또 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템의 주름관(231)을 보인도면으로 이를 참조하여 상기 냉각라인(230)은 주름관(231)으로 이루어지는 것을 포함한다.
도 3은 또 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템을 도시한 개요도이며 이를 참조하여 보면, 상기 냉각장치(110)는 히트펌프로 이루어지며, 상기 전원장치(100)에 공기압축기(130)를 더 포함하고 상기 냉각라인(230) 일단에서 공기압축기(130)가 유체를 공급하되, 냉각라인(230)이 냉매순환라인(114)과 접하여 냉각유체가 공급되고, 냉각된 유체가 냉각라인(230)으로 유입되는 측부에 보텍스튜브(Vortex tube)로 이루어진 2차냉각장치(140)를 더 포함하여 냉각라인(230)을 2차냉각하는 것을 더 포함한다. 보텍스튜브는 입력된 유체를 더욱 냉각시키는 작용이 있다.
또한, 상기 온도유지장치(330)는 보텍스튜브를 포함하고, 냉기와 온기를 구분하여 냉기는 전력공급라인을 따라 냉각시키며 배터리(340)에 공급하고, 온기는 배터리(340)에 공급하는 것을 포함한다.
도 5 및 6은 다른 실시예를 따른 본 발명의 전기자동차 충전 열관리 시스템의 냉각장치를 보인 도면으로, 냉각장치는 압축기(111), 열교환기(112), 팽창밸브(113)를 구비하되, 회수되는 열을 이용하는 회수열열교환기(115)를 더 포함한다.
상기 회수열열교환기(115)는 열교환기(112)에서 응축되는 열을 2차로 응축시키되, 팽창밸브(113)에서 압축기(111)로 회수되는 잔냉기를 이용하여 응축시키는 것이다.
또한, 상기 회수열열교환기(115)는 도 5와 같이 압축기(111)와 열교환기(112) 사이에 위치할 수 있으며, 도 6과 같이 열교환기(112)와 팽창밸브(113) 사이에 위치할 수 있고 공통적으로 팽창밸브(113)에서 잔냉기를 통과하게 하여 냉기를 이용하는 것이다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은 다음과 같은 작용효과가 있다.
전원장치(100)와 전원장치(100)에서 부터 전원공급연결하는 전원공급라인부(200)와 전원공급라인부(200)에 접하여 전원충전하는 전기자동차부(300)로 구성되고, 상기 전원장치(100)는 냉각장치(110)를 포함하고, 전원공급라인부(200)와 전기자동차부(300)가 충전 결합을 위한 커넥터부(C)가 구비되며, 상기 전원공급라인부(200)와 커넥터부(C)는 냉각장치(110)의 냉각유체가 이동하는 냉각라인(230)이 구비되어 실시하면 전원공급이되는 전원공급라인부(200)가 냉각유체에 의하여 냉각되게 되어 충전효율이 높아지게 된다.
상기 냉각장치(110)를 히트펌프로 구성하고, 냉각 라인에 공기압축기(130)를 통해 유체를 공급하여 히트펌프로 냉각유체를 만들되, 그 냉각시키는 냉각라인(230)을 히트펌프의 팽창밸브(113)와 접하게 구비하면 냉각효과가 극대화 하게 된다.
또한, 팽창밸브(113)에 냉각라인(230)을 감아형성하게되면 냉각라인(230)의 접하는 면적이 커 냉각효율이 높아지게 된다.
또한, 팽창밸브(113)에 형성되는 냉각라인(230)을 주름관(231)으로 형성하게 되면 접하는 면적이 더 커저 냉각효율이 높아지게 된다.
또한 냉각장치(110)가 히트펌프로 이루어지며, 상기 전원장치(100)에 공기압축기(130)를 더 포함하고 상기 냉각라인(230) 일단에서 공기압축기(130)가 유체를 공급하되, 냉각라인(230)이 냉매순환라인(114)과 접하여 냉각유체가 공급되고, 냉각된 유체가 냉각라인(230)으로 유입되는 측부에 보텍스튜브(Vortex tube)로 이루어진 2차냉각장치(140)를 더 포함하여 실시하게 되면 냉각라인(230)을 2차냉각하여 냉각 온도를 훨씬 낮추게 되는 효과가 있다.
상기 전기자동차부(300)에는 배터리(340)내부온도를 감지하는 온도감지센서 및 감지된 온도를 적정한 온도로 공급하는 온도유지장치(330)를 포함하여 실시하되
상기 온도유지장치(330)는 보텍스튜브로 구성하게되면, 배터리(340) 내부온도를 감지하여 이를 바탕으로 냉기는 전력공급라인을 따라 냉각시키며 배터리(340)에 공급하고, 온기는 배터리(340)에 공급하되, 보텍스튜브의 밸브를 조절하여 감지된온도에 따라 배출온도를 조절하여 배터리(340)에 공급하게 되며, 배터리(340)를 적정온도로 유지하여 충전효율을 높이게 하는 것이다.
회수열열교환기(115)는 도 5와 같이 압축기(111)와 열교환기(112) 사이에 위치할 수 있으며, 도 6과 같이 열교환기(112)와 팽창밸브(113) 사이에 위치할 수 있고 공통적으로 팽창밸브(113)에서 잔냉기를 통과하게 하여 냉기를 이용하게 실시하면, 열교환기(112)에서 미처 응축되지 못한 냉매를 팽창밸브(113)에서 회수되는 냉기를 이용하여서 회수열열교환기(115)를 통해서 더 응축시킬 수 있다.
100 : 전원장치
110 : 냉각장치 111 : 압축기
112 : 열교환기 113 : 팽창밸브
114 : 냉매순환라인 115 : 회수열열교환기
120 : 전원부
130 : 공기압축기
140 : 2차냉각장치
200 : 전원공급라인부
210 : 플러그커넥터
220 : 전원케이블
230 : 냉각라인 231 : 주름관
300 : 전기자동차부
310 : 소켓커넥터
320 : 온도센서부
330 : 온도유지장치
340 : 배터리
C : 커넥터부

Claims (7)

  1. 전기자동차 충전 열관리 시스템에 있어서,
    전원장치와,
    상기 전원장치에서 냉각장치를 포함하고, 상기 전원장치와 연결되어 전기자동차부에 전원공급하는 전원공급라인부와,
    전원공급라인부와 전기자동차부가 충전 결합을 위한 커넥터부가 구비되며,
    상기 전원공급라인부와 커넥터부는 냉각장치의 냉각유체가 이동하는 냉각라인이 구비되고,
    상기 전기자동차부에는 배터리내부온도를 감지하는 온도감지센서 및 냉각라인의 냉각유체를 받아 감지된 온도에 따라서 적정한 온도로 배터리에 공급하는 온도유지장치를 포함하며,
    상기 냉각장치는 히트펌프로 냉매가 순환하는 냉매순환라인을 포함하고, 상기 냉매순환라인이 냉각라인을 냉각시키며, 상기 냉각라인 일단에서 공기압축기를 포함하여 냉각유체를 공급하는 것을 포함하고,
    상기 냉매순환라인과 냉각라인이 접하는 부분은 팽창밸브와 상기 팽창밸브에 냉각라인이 감기는 것을 포함하는 전기자동차 충전 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각장치는 공압기와 공압기의 압축된공기를 통해 냉기를 발생시키는 보텍스튜브로 이루어지는 것을 포함하는 전기자동차 충전 열관리 시스템.
  3. 제 1 및 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각라인은 주름관으로 이루어지는 것을 포함하는 전기자동차 충전 열관리 시스템.
  4. 제 1 및 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도유지장치는 보텍스튜브를 포함하고, 냉기와 온기를 구분하여 배터리에 공급하는 것을 포함하는 전기자동차 충전 열관리 시스템.
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