KR20180062639A - 수냉식 냉각-승온시스템 - Google Patents

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Abstract

고전압배터리가 장착된 차량의 배터리시스템과 전력전자부품을 냉각수에 의해 냉각 또는 승온시키는 수냉식 냉각-승온시스템에 있어서, 제1워터펌프, 배터리히터 및 배터리시스템 순으로 위치되어 냉각수가 순환하도록 구성된 제1유로; 상기 제1유로의 일부를 공유하도록 구성되며, 제2워터펌프, 전력전자부품 및 라디에이터의 전단 순으로 위치되어 냉각수가 이동되도록 구성된 제2유로; 상기 제1유로의 일부를 공유하도록 구성되며, 상기 라이에이터의 후단과 상기 제2워터펌프 사이에 위치되어 냉각수가 이동되도록 구성된 제3유로; 상기 제3유로에서 분기되고, 상기 제3유로의 일부를 공유하도록 구성되며, 칠러가 설치되어 냉각수가 상기 칠러를 통과하여 냉각된 후 이동되도록 구성된 제4유로; 상기 제1유로와 제2유로가 만나는 지점에 설치되고, 냉각수가 유입되는 1단, 냉각수가 상기 제1유로측으로 유출되는 2단 및 냉각수가 상기 라디에이터측으로 유출되는 3단으로 구성되어 냉각수가 선택적으로 이동되도록 하는 제1삼방변; 상기 제3유로와 제4유로가 만나는 지점에 설치되고, 상기 라디에이터에서 유출된 냉각수가 유입되는 1단, 냉각수가 상기 제4유로측으로 유출되는 2단 및 냉각수가 상기 제2유로측으로 유출되는 3단으로 구성되어 냉각수가 선택적으로 이동되도록 하는 제2삼방변; 및 상기 제1워터펌프, 제2워터펌프, 배터리히터 및 칠러를 온오프하도록 개별적으로 제어하고, 상기 제1삼방변 및 제2삼방변이 개폐되도록 개별적으로 제어하여 냉각수를 순환시켜, 상기 배터리시스템 또는 전력전자부품의 냉각 또는 승온이 가능하도록 하는 제어부;를 포함하는 수냉식 냉각-승온시스템이 소개된다.

Description

수냉식 냉각-승온시스템 {COOLING-HEATING SYSTEM BY WATER COOLED TYPE FOR VEHICLE}
본 발명은 고전압배터리시스템이 장착된 친환경차량의 수냉식 냉각-승온 시스템에 관한 것으로서, 차량의 주행 시, 환경상황을 고려하여 배터리시스템을 냉각 또는 승온하고, 전력전자부품을 냉각하기 위한 수냉식 냉각-승온시스템에 관한 것이다.
최근 화석 연료의 고갈 및 환경 오염에 따른 대비책의 일환으로 화석 연료를 사용하는 엔진과 전기에 의해 작동되는 전동기를 동시에 구동원으로 하는 하이브리드 차량과 전동기만을 이용하는 차량 등 친환경차량이 개발되어 시판되고 있다.
이러한 친환경차량은 전동기의 구동을 위한 배터리를 구비하고 있는데, 친환경차량용 배터리의 경우 단위 중량당 에너지 밀도를 고려하여 주로 리튬 이차 전지가 사용되고 있다. 이러한 리튬 이차 전지는 주로 파우치형으로 제조되어 친환경차량에 적용되고 있으며, 파우치형 배터리가 친환경 차량에 적용될 경우 고출력을 위해 수개의 파우치형 배터리가 직렬로 연결된다.
한편, 친환경차량의 전동기를 구동하기 위한 배터리의 경우 장시간 사용하면 표면 온도가 올라가고 수명이 단축되는 것이 불가피하므로 배터리의 온도를 낮추면서 효율적으로 사용할 수 있도록 관리하는 것이 중요하다. 따라서, 친환경차량에는 배터리를 냉각하기 위한 별도의 냉각 장치가 필수적으로 설치되고 있다.
이러한 배터리 냉각 장치에 의해 위와 같은 파우치형 배터리를 냉각하는 방식으로는 파우치형 배터리의 사이사이에 판형 열교환기를 배치하고, 판형 열교환기로 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 수냉식과, 블로워를 이용하여 차량 외부의 공기를 강제로 흡입하여 냉각시키는 공냉식이 있다.
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 10-2016-0116387 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리시스템을 효과적으로 냉각 또는 승온할 수 있고, 전력전자부품을 효율적으로 냉각하여 주행거리를 증대키키고, 부품의 내구성을 증대할 수 있는 수냉식 냉각-승온시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수냉식 냉각-승온시스템은 고전압배터리가 장착된 차량의 배터리시스템과 전력전자부품을 냉각수에 의해 냉각 또는 승온시키는 수냉식 냉각-승온시스템에 있어서, 제1워터펌프, 배터리히터 및 배터리시스템 순으로 위치되어 냉각수가 순환하도록 구성된 제1유로; 상기 제1유로의 일부를 공유하도록 구성되며, 제2워터펌프, 전력전자부품 및 라디에이터의 전단 순으로 위치되어 냉각수가 이동되도록 구성된 제2유로; 상기 제1유로의 일부를 공유하도록 구성되며, 상기 라이에이터의 후단과 상기 제2워터펌프 사이에 위치되어 냉각수가 이동되도록 구성된 제3유로; 상기 제3유로에서 분기되고, 상기 제3유로의 일부를 공유하도록 구성되며, 칠러가 설치되어 냉각수가 상기 칠러를 통과하여 냉각된 후 이동되도록 구성된 제4유로; 상기 제1유로와 제2유로가 만나는 지점에 설치되고, 냉각수가 유입되는 1단, 냉각수가 상기 제1유로측으로 유출되는 2단 및 냉각수가 상기 라디에이터측으로 유출되는 3단으로 구성되어 냉각수가 선택적으로 이동되도록 하는 제1삼방변; 상기 제3유로와 제4유로가 만나는 지점에 설치되고, 상기 라디에이터에서 유출된 냉각수가 유입되는 1단, 냉각수가 상기 제4유로측으로 유출되는 2단 및 냉각수가 상기 제2유로측으로 유출되는 3단으로 구성되어 냉각수가 선택적으로 이동되도록 하는 제2삼방변; 및 상기 제1워터펌프, 제2워터펌프, 배터리히터 및 칠러를 온오프하도록 개별적으로 제어하고, 상기 제1삼방변 및 제2삼방변이 개폐되도록 개별적으로 제어하여 냉각수를 순환시켜, 상기 배터리시스템 또는 전력전자부품의 냉각 또는 승온이 가능하도록 하는 제어부;를 포함한다.
상기 제2유로에는 상기 전력전자부품과 배터리시스템 사이에 체크밸브가 설치되어, 냉각수가 상기 제2유로 내에서 이동 시, 상기 전력전자부품측에서 상기 라디에이터측으로만 이동 가능하고, 반대로는 이동되지 않도록 제어할 수 있다.
상기 배터리시스템의 냉각이 필요한 경우, 상기 제어부에서는 상기 제1워터펌프를 온하고, 상기 제1삼방변의 1단 및 3단과 상기 제2삼방변의 1단 및 3단이 개방되도록 제어하여, 상기 제1워터펌프의 냉각수가 상기 배터리시스템을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각된 후, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제1워터펌프를 지나 상기 배터리시스템으로 공급될 수 있다.
상기 배터리시스템과 전력전자부품의 냉각이 필요한 경우, 상기 제어부에서는 상기 제1워터펌프 및 제2워터펌프를 온하고, 상기 제1삼방변의 1단 및 3단과 상기 제2삼방변의 1단 및 3단이 개방되도록 제어하여, 상기 제1워터펌프의 냉각수가 상기 배터리시스템을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각된 후, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제1워터펌프를 지나 상기 배터리시스템으로 공급되도록 하고, 상기 제2워터펌프의 냉각수가 상기 전력전자부품을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각된 후, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제2워터펌프를 지나 상기 전력전자부품으로 공급될 수 있다.
상기 배터리시스템의 냉각이 필요한 경우, 상기 제어부에서는 상기 제1워터펌프와 칠러를 온하고, 상기 제1삼방변의 1단 및 3단과 상기 제2삼방변의 1단 및 2단이 개방되도록 제어하여, 상기 제1워터펌프의 냉각수가 상기 배터리시스템을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각되며, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제4유로 및 칠러를 지나 한 번 더 냉각된 후, 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제1워터펌프를 통해 상기 배터리시스템으로 공급될 수 있다.
상기 배터리시스템과 전력전자부품의 냉각이 필요한 경우, 상기 제어부에서는 상기 제1워터펌프, 제2워터펌프 및 칠러를 온하고, 상기 제1삼방변의 1단 및 3단과 상기 제2삼방변의 1단 및 3단이 개방되도록 제어하여, 상기 제1워터펌프의 냉각수가 상기 배터리시스템을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각되며, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제4유로 및 칠러를 지나 한 번 더 냉각된 후, 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제1워터펌프를 통해 상기 배터리시스템으로 공급되도록 하고, 상기 제2워터펌프의 냉각수가 상기 전력전자부품을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각되며, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제4유로 및 칠러를 지나 한 번 더 냉각된 후, 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제2워터펌프를 통해 상기 전력전자부품으로 공급될 수 있다.
상기 배터리시스템의 승온이 필요한 경우, 상기 제어부에서는 상기 제1워터펌프 및 배터리히터를 온하고, 상기 제1삼방변의 1단 및 2단이 개방되도록 제어하여, 상기 제1워터펌프의 냉각수가 상기 배터리히터를 통과하여 승온된 후, 상기 배터리시스템에 유입되어 상기 배터리시스템을 승온시키고, 상기 제1삼방변을 통해 상기 제1유로 내를 이동하여, 다시 제1워터펌프를 지나 상기 배터리히터를 통과하여 상기 배터리시스템으로 공급될 수 있다.
상기 배터리시스템과 전력전자부품을 동시에 냉각하는 경우, 상기 배터리시스템을 냉각한 냉각수와 상기 전력전자부품을 냉각한 냉각수는 상기 제2유로에서 합쳐진 후, 상기 라디에이터로 유입되어 냉각된 후, 상기 제3유로 내에서 이동하여 상기 제1워터펌프 또는 제2워터펌프로 분기되어 상기 배터리시스템과 전력전자부품에 각각 공급될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 수냉식 냉각-승온시스템에 따르면, 배터리시스템의 냉각, 추가 냉각 또는 승온을 선택적이고 효율적으로 수행하고, 상기 전력전자부품의 냉각 또는 추가 냉각을 선택적이고 효율적으로 수행하여, 차량의 주행거리를 증대키키고, 부품의 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 냉각-승온시스템을 도시한 도면.
도 2는 라디에이터에 의해 배터리시스템만 단독으로 냉각할 때의 냉각수의 흐름을 도시한 도면.
도 3은 라디에이터에 의해 배터리시스템과 전력전자부품을 동시에 냉각할 때의 냉각수의 흐름을 도시한 도면.
도 4는 라디에이터와 칠러에 의해 배터리시스템만 단독으로 냉각할 때의 냉각수의 흐름을 도시한 도면.
도 5는 라디에이터와 칠러에 의해 배터리시스템과 전력전자부품을 동시에 냉각할 때의 냉각수의 흐름을 도시한 도면.
도 6은 배터리히터에 의해 배터리시스템만 단독으로 승온할 때의 냉각수의 흐름을 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수냉식 냉각-승온시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 냉각-승온시스템을 도시한 도면이고, 도 2 내지 도 6은 각각의 경우에 따른 제어방법을 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수냉식 냉각-승온시스템은 고전압배터리가 장착된 차량의 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)을 냉각수에 의해 냉각 또는 승온시키는 수냉식 냉각-승온시스템에 있어서, 제1워터펌프(610), 배터리히터(300) 및 배터리시스템(100) 순으로 위치되어 냉각수가 순환하도록 구성된 제1유로(710); 상기 제1유로(710)의 일부를 공유하도록 구성되며, 제2워터펌프(630), 전력전자부품(200) 및 라디에이터(400)의 전단 순으로 위치되어 냉각수가 이동되도록 구성된 제2유로(730); 상기 제1유로(710)의 일부를 공유하도록 구성되며, 상기 라이에이터의 후단과 상기 제2워터펌프(630) 사이에 위치되어 냉각수가 이동되도록 구성된 제3유로(750); 상기 제3유로(750)에서 분기되고, 상기 제3유로(750)의 일부를 공유하도록 구성되며, 칠러(500)가 설치되어 냉각수가 상기 칠러(500)를 통과하여 냉각된 후 이동되도록 구성된 제4유로(770); 상기 제1유로(710)와 제2유로(730)가 만나는 지점에 설치되고, 냉각수가 유입되는 1단(811), 냉각수가 상기 제1유로(710)측으로 유출되는 2단(813) 및 냉각수가 상기 라디에이터(400)측으로 유출되는 3단(815)으로 구성되어 냉각수가 선택적으로 이동되도록 하는 제1삼방변(810); 상기 제3유로(750)와 제4유로(770)가 만나는 지점에 설치되고, 상기 라디에이터(400)에서 유출된 냉각수가 유입되는 1단(831), 냉각수가 상기 제4유로(770)측으로 유출되는 2단(833) 및 냉각수가 상기 제2유로(730)측으로 유출되는 3단(835)으로 구성되어 냉각수가 선택적으로 이동되도록 하는 제2삼방변(830); 및 상기 제1워터펌프(610), 제2워터펌프(630), 배터리히터(300) 및 칠러(500)를 온오프하도록 개별적으로 제어하고, 상기 제1삼방변(810) 및 제2삼방변(830)이 개폐되도록 개별적으로 제어하여 냉각수를 순환시켜, 상기 배터리시스템(100) 또는 전력전자부품(200)의 냉각 또는 승온이 가능하도록 하는 제어부(900);를 포함한다. 또한, 상기 제2유로(730)에는 상기 전력전자부품(200)과 배터리시스템(100) 사이에 체크밸브(850)가 설치되어, 냉각수가 상기 제2유로(730) 내에서 이동 시, 상기 전력전자부품(200)측에서 상기 라디에이터(400)측으로만 이동 가능하고, 반대로는 이동되지 않도록 제어한다.
본 발명의 수냉식 냉각-승온시스템을 도면을 바탕으로 각각의 경우에 따라 구분하여 설명하도록 한다.
도 2는 상기 라디에이터(400)에 의해 상기 배터리시스템(100)만 단독으로 냉각할 때의 냉각수의 흐름을 도시한 도면이다. 차량의 주행 등에 의해 상기 배터리시스템(100)의 냉각이 필요한 경우, 상기 제어부(900)에서는 상기 제1워터펌프(610)를 온하고, 상기 제1삼방변(810)의 1단(811) 및 3단(815)과 상기 제2삼방변(830)의 1단(831) 및 3단(835)이 개방되도록 제어한다. 따라서, 상기 제1워터펌프(610), 배터리히터(300), 배터리시스템(100), 제2유로(730), 제1삼방변(810), 라디에이터(400), 제3유로(750) 및 제2삼방변(830)으로 구성되는 하나의 폐루프가 형성되어, 냉각수가 상기한 폐루프 내를 반복하여 순환하게 된다.
먼저, 상기 제1워터펌프(610)의 냉각수가 상기 배터리히터(300)를 통과한다. 그렇지만, 상기 배터리히터(300)는 오프된 상태이므로, 냉각수의 온도에는 아무런 영향을 미치지 않는다. 상기 배터리히터(300)를 통과한 냉각수는 상기 배터리시스템(100)에 유입되어, 상기 배터리시스템(100)을 냉각하고, 승온된다. 승온된 냉각수는 상기 제2유로(730) 내를 이동하되, 상기 제1삼방변(810)의 1단(811)으로 유입된 후, 3단(815)으로 유출되어 상기 라디에이터(400)로 유입되어 냉각된다. 상기 라디에이터(400)에 의해 냉각된 냉각수는 상기 제3유로(750) 내를 이동하되, 상기 제2삼방변(830)의 1단(831)으로 유입되어 3단(835)으로 유출된 후, 다시 상기 제1워터펌프(610)를 지나 상기 배터리시스템(100)으로 공급되어, 반복적으로 폐루프를 순환하여 상기 배터리시스템(100)을 냉각하는 것이다.
두번째로, 도 3은 상기 라디에이터(400)에 의해 상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)을 동시에 냉각할 때의 냉각수의 흐름을 도시한 도면이다. 차량의 주행 등에 의해 상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)의 냉각이 필요한 경우, 상기 제어부(900)에서는 상기 제1워터펌프(610) 및 제2워터펌프(630)를 온하고, 상기 제1삼방변(810)의 1단(811) 및 3단(815)과 상기 제2삼방변(830)의 1단(831) 및 3단(835)이 개방되도록 제어한다.
상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)을 모두 동시에 냉각하기 위해서는 먼저, 상기한 도 2에서와 같이 상기 제1워터펌프(610), 배터리히터(300), 배터리시스템(100), 제2유로(730), 제1삼방변(810), 라디에이터(400), 제3유로(750) 및 제2삼방변(830)으로 구성되는 하나의 폐루프가 형성되어, 냉각수가 상기한 폐루프 내를 반복하여 순환하게 된다. 이러한 폐루프의 상기 제2유로(730)와 제3유로(750)의 사이에 상기 제1워터펌프(610), 배터리히터(300) 및 배터리시스템(100)과는 병렬로 연결되도록 상기 제2워터펌프(630), 전력전자부품(200) 및 체크밸브(850)가 추가되어 상기 제1삼방변(810), 제2삼방변(830) 및 라디에이터(400)를 공유하는 폐루프를 형성하여, 냉각수가 상기한 폐루프 내를 반복하여 순환하게 된다.
상기한 것처럼, 상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)을 동시에 냉각하는 경우에는, 상기 배터리시스템(100)을 냉각한 냉각수와 상기 전력전자부품(200)을 냉각한 냉각수는 상기 제2유로(730)에서 합쳐진 후, 상기 제1삼방변(810)을 지나 상기 라디에이터(400)로 유입되어 냉각된 후, 상기 제3유로(750) 내에서 이동하여 상기 제2삼방변(830)을 지나 상기 제1워터펌프(610) 또는 제2워터펌프(630)로 분기되어 상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)에 각각 공급되는 것이다.
냉각수의 흐름을 살펴보자.
먼저, 상기 배터리시스템(100)의 냉각 경로를 살펴보면, 상기 제1워터펌프(610)의 냉각수가 상기 배터리히터(300)를 통과한다. 그렇지만, 상기 배터리히터(300)는 오프된 상태이므로, 냉각수의 온도에는 아무런 영향을 미치지 않는다. 상기 배터리히터(300)를 통과한 냉각수는 상기 배터리시스템(100)에 유입되어, 상기 배터리시스템(100)을 냉각하고, 승온된다. 승온된 냉각수는 상기 제2유로(730) 내를 이동하되, 상기 제1삼방변(810)의 1단(811)으로 유입된 후, 3단(815)으로 유출되어 상기 라디에이터(400)로 유입되어 냉각된다. 상기 라디에이터(400)에 의해 냉각된 냉각수는 상기 제3유로(750) 내를 이동하되, 상기 제2삼방변(830)의 1단(831)으로 유입되어 3단(835)으로 유출된 후, 다시 상기 제1워터펌프(610)를 지나 상기 배터리시스템(100)으로 공급되어, 반복적으로 폐루프를 순환하여 상기 배터리시스템(100)을 냉각하는 것이다.
다음으로, 상기 전력전자부품(200)의 냉각 경로를 살펴보면, 상기 제2워터펌프(630)의 냉각수가 상기 전력전자부품(200)에 유입되어, 상기 전력전자부품(200)을 냉각하고 승온된다. 승온된 냉각수는 상기 제2유로(730) 내를 이동하되, 상기 체크밸브(850)를 통과한 후 상기 제1삼방변(810)의 1단(811)으로 유입된 후, 3단(815)으로 유출되어 상기 라디에이터(400)로 유입되어 냉각된다. 상기 라디에이터(400)에 의해 냉각된 냉각수는 상기 제3유로(750) 내를 이동하되, 상기 제2삼방변(830)의 1단(831)으로 유입되어 3단(835)으로 유출된 후, 다시 상기 제2워터펌프(630)를 지나 상기 전력전자부품(200)으로 공급되어, 반복적으로 폐루프를 순환하여 상기 배터리시스템(100)을 냉각하는 것이다.
물론, 상기한 바와 같이, 상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)을 동시에 냉각하는 경우에는 상기 배터리시스템(100)을 냉각한 냉각수와 상기 전력전자부품(200)을 냉각한 냉각수가 상기 제2유로(730) 내에서 합쳐진 후, 상기 제2유로(730) ~ 제1삼방변(810) ~ 라디에이터(400) ~ 제2삼방변(830) ~ 제3유로(750)를 서로 공유한 후, 다시 상기 제1워터펌프(610)와 제2워터펌프(630)로 각각 분기된다.
세번째로, 도 4는 상기 라디에이터(400)와 칠러(500)에 의해 상기 배터리시스템(100)만 단독으로 냉각할 때의 냉각수의 흐름을 도시한 도면이다. 하절기와 같이 온도가 높은 환경에서의 차량의 주행 등에 의해 도 2의 상황에서보다 더 강한 상기 배터리시스템(100)의 냉각이 필요한 경우, 상기 제어부(900)에서는 상기 제1워터펌프(610)와 칠러(500)를 온하고, 상기 제1삼방변(810)의 1단(811) 및 3단(815)과 상기 제2삼방변(830)의 1단(831) 및 2단(833)이 개방되도록 제어한다. 따라서, 상기 제1워터펌프(610), 배터리히터(300), 배터리시스템(100), 제2유로(730), 제1삼방변(810), 라디에이터(400), 제3유로(750), 제2삼방변(830), 제4유로(770) 및 칠러(500)로 구성되는 하나의 폐루프가 형성되어, 냉각수가 상기한 폐루프 내를 반복하여 순환하게 된다.
먼저, 상기 제1워터펌프(610)의 냉각수가 상기 배터리히터(300)를 통과한다. 그렇지만, 상기 배터리히터(300)는 오프된 상태이므로, 냉각수의 온도에는 아무런 영향을 미치지 않는다. 상기 배터리히터(300)를 통과한 냉각수는 상기 배터리시스템(100)에 유입되어, 상기 배터리시스템(100)을 냉각하고, 승온된다. 승온된 냉각수는 상기 제2유로(730) 내를 이동하되, 상기 제1삼방변(810)의 1단(811)으로 유입된 후, 3단(815)으로 유출되어 상기 라디에이터(400)로 유입되어 냉각된다. 상기 라디에이터(400)에 의해 냉각된 냉각수는 상기 제3유로(750) 내를 이동하되, 상기 제2삼방변(830)의 1단(831)으로 유입되어 2단(833)으로 유출되어 상기 제4유로(770)로 유입된다. 상기 제4유로(770)에는 상기 칠러(500)가 설치되어 있으므로, 상기 라디에이터(400)에 의해 냉각된 냉각수가 상기 칠러(500)를 지나 한 번 더 냉각된 후, 다시 상기 제3유로(750) 내를 이동하여 상기 제1워터펌프(610)를 지나 상기 배터리시스템(100)으로 공급되어, 반복적으로 폐루프를 순환하여 상기 배터리시스템(100)을 냉각하는 것이다.
네번째로, 도 5는 상기 라디에이터(400)와 칠러(500)에 의해 상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)을 동시에 냉각할 때의 냉각수의 흐름을 도시한 도면이다. 하절기와 같이 온도가 높은 환경에서의 차량의 주행 등에 의해 도 3의 상황에서보다 더 강한 상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)의 냉각이 필요한 경우, 상기 제어부(900)에서는 상기 제1워터펌프(610), 제2워터펌프(630) 및 칠러(500)를 온하고, 상기 제1삼방변(810)의 1단(811) 및 3단(815)과 상기 제2삼방변(830)의 1단(831) 및 2단(833)이 개방되도록 제어한다.
상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)을 모두 동시에 냉각하기 위해서는 먼저, 상기한 도 4에서와 같이 상기 제1워터펌프(610), 배터리히터(300), 배터리시스템(100), 제2유로(730), 제1삼방변(810), 라디에이터(400), 제3유로(750), 제2삼방변(830), 제4유로(770) 및 칠러(500)로 구성되는 하나의 폐루프가 형성되어, 냉각수가 상기한 폐루프 내를 반복하여 순환하게 된다. 이러한 폐루프의 상기 제2유로(730)와 제3유로(750)의 사이에 상기 제1워터펌프(610), 배터리히터(300) 및 배터리시스템(100)과는 병렬로 연결되도록 상기 제2워터펌프(630), 전력전자부품(200) 및 체크밸브(850)가 추가되어 상기 제1삼방변(810), 제2삼방변(830), 라디에이터(400) 및 칠러(500)를 공유하는 폐루프를 형성하여, 냉각수가 상기한 폐루프 내를 반복하여 순환하게 된다.
상기한 것처럼, 상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)을 동시에 냉각하는 경우에는, 상기 배터리시스템(100)을 냉각한 냉각수와 상기 전력전자부품(200)을 냉각한 냉각수는 상기 제2유로(730)에서 합쳐진 후, 상기 제1삼방변(810)을 지나 상기 라디에이터(400)로 유입되어 냉각된 후, 상기 제3유로(750) 내에서 이동하여 상기 제2삼방변(830)을 지나 상기 제4유로(770) 및 칠러(500)를 통해 한 번 더 냉각된 후, 다시 상기 제3유로(750) 내를 이동하여 상기 제1워터펌프(610) 또는 제2워터펌프(630)로 분기되어 상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)에 각각 공급되는 것이다.
냉각수의 흐름을 살펴보자.
먼저, 상기 배터리시스템(100)의 냉각 경로를 살펴보면, 상기 제1워터펌프(610)의 냉각수가 상기 배터리히터(300)를 통과한다. 그렇지만, 상기 배터리히터(300)는 오프된 상태이므로, 냉각수의 온도에는 아무런 영향을 미치지 않는다. 상기 배터리히터(300)를 통과한 냉각수는 상기 배터리시스템(100)에 유입되어, 상기 배터리시스템(100)을 냉각하고, 승온된다. 승온된 냉각수는 상기 제2유로(730) 내를 이동하되, 상기 제1삼방변(810)의 1단(811)으로 유입된 후, 3단(815)으로 유출되어 상기 라디에이터(400)로 유입되어 냉각된다. 상기 라디에이터(400)에 의해 냉각된 냉각수는 상기 제3유로(750) 내를 이동하되, 상기 제2삼방변(830)의 1단(831)으로 유입되어 2단(833)으로 유출되어 상기 제4유로(770)로 유입된다. 상기 제4유로(770)에는 상기 칠러(500)가 설치되어 있으므로, 상기 라디에이터(400)에 의해 냉각된 냉각수가 상기 칠러(500)를 지나 한 번 더 냉각된 후, 다시 상기 제3유로(750) 내를 이동하여 상기 제1워터펌프(610)를 지나 상기 배터리시스템(100)으로 공급되어, 반복적으로 폐루프를 순환하여 상기 배터리시스템(100)을 냉각하는 것이다.
다음으로, 상기 전력전자부품(200)의 냉각 경로를 살펴보면, 상기 제2워터펌프(630)의 냉각수가 상기 전력전자부품(200)에 유입되어, 상기 전력전자부품(200)을 냉각하고 승온된다. 승온된 냉각수는 상기 제2유로(730) 내를 이동하되, 상기 체크밸브(850)를 통과한 후 상기 제1삼방변(810)의 1단(811)으로 유입된 후, 3단(815)으로 유출되어 상기 라디에이터(400)로 유입되어 냉각된다. 상기 라디에이터(400)에 의해 냉각된 냉각수는 상기 제3유로(750) 내를 이동하되, 상기 제2삼방변(830)의 1단(831)으로 유입되어 2단(833)으로 유출되어 상기 제4유로(770)로 유입된다. 상기 제4유로(770)에는 상기 칠러(500)가 설치되어 있으므로, 상기 라디에이터(400)에 의해 냉각된 냉각수가 상기 칠러(500)를 지나 한 번 더 냉각된 후, 다시 상기 제3유로(750) 내를 이동하여 상기 제2워터펌프(630)를 지나 상기 전력전자부품(200)으로 공급되어, 반복적으로 폐루프를 순환하여 상기 배터리시스템(100)을 냉각하는 것이다.
물론, 상기한 바와 같이, 상기 배터리시스템(100)과 전력전자부품(200)을 동시에 냉각하는 경우에는 상기 배터리시스템(100)을 냉각한 냉각수와 상기 전력전자부품(200)을 냉각한 냉각수가 상기 제2유로(730) 내에서 합쳐진 후, 상기 제2유로(730) ~ 제1삼방변(810) ~ 라디에이터(400) ~ 제2삼방변(830) ~ 제4유로(770) ~ 칠러(500) ~ 제3유로(750)를 서로 공유한 후, 다시 상기 제1워터펌프(610)와 제2워터펌프(630)로 각각 분기된다.
마지막으로, 도 6은 상기 배터리히터(300)에 의해 상기 배터리시스템(100)만 단독으로 승온할 때의 냉각수의 흐름을 도시한 도면이다. 동절기 차량의 주행 등에 따라 상기 배터리시스템(100)의 승온이 필요한 경우, 상기 제어부(900)에서는 상기 제1워터펌프(610) 및 배터리히터(300)를 온하고, 상기 제1삼방변(810)의 1단(811) 및 2단(813)이 개방되도록 제어한다. 따라서, 상기 제1워터펌프(610), 배터리히터(300), 배터리시스템(100), 제1유로(710) 및 제1삼방변(810)으로 구성되는 하나의 폐루프가 형성되어, 냉각수가 상기한 폐루프 내를 반복하여 순환하게 된다.
먼저, 상기 제1워터펌프(610)의 냉각수가 상기 배터리히터(300)를 통과한다. 상기한 상기 배터리시스템(100) 또는 전력전자부품(200)에 냉각이 필요하여 냉각을 하는 상황과는 다르게, 상기 배터리히터(300)가 온된 상태이므로, 냉각수의 온도는 상승된다. 상기 배터리히터(300)를 통과하여 승온된 냉각수는 상기 배터리시스템(100)에 유입되어, 상기 배터리시스템(100)을 승온시킨다. 상기 배터리시스템(100)에서 유출된 냉각수는 상기 제1유로(710) 내를 이동하되, 상기 제1삼방변(810)의 1단(811)으로 유입된 후, 2단(813)으로 유출되어 다시 상기 제1워터펌프(610)와 배터리히터(300)를 지나 상기 배터리시스템(100)으로 공급되어, 반복적으로 폐루프를 순환하여 상기 배터리시스템(100)을 승온시키는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 수냉식 냉각-승온시스템은 특히, 고전압배터리시스템이 장착되는 친환경차량에 적용될 수 있다. 본 발명은 이러한 친환경차량의 상기 배터리시스템(100) 및 전력전자부품(200)을 냉각 또는 승온하기 위하여 상기 배터리시스템(100) 및 전력전자부품(200)의 냉각 또는 승온에 관여하는 부품들을 배치하고 구성하는 레이아웃에 관한 것으로서, 차량의 주행 시, 또는 하절기 상기 배터리시스템(100) 및 전력전자부품(200)의 냉각이 필요한 경우에는 차량의 환경에 따라 상기 라디에이터(400)만 단독으로 구동하거나 상기 칠러(500)를 추가로 구동하여 상기 배터리시스템(100) 및 전력전자부품(200)의 냉각을 수행하고, 동절기 상기 배터리시스템(100)의 승온이 필요한 경우를 위하여 상기 배터리히터(300)를 상기 배터리시스템(100)의 전단에 설치하고, 상기 복수의 삼방변을 배치하여 상기 복수의 삼방변의 개폐를 제어하여 상기 복수의 유로를 선택적으로 개폐함으로써, 상기 배터리시스템(100)의 냉각 또는 승온을 선택적으로 가능하게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 수냉식 냉각-승온시스템은, 간단한 구성만으로도, 배터리시스템(100)의 냉각, 추가 냉각 또는 승온을 선택적이고 효율적으로 수행하고, 상기 전력전자부품(200)의 냉각 또는 추가 냉각을 선택적이고 효율적으로 수행하여, 차량의 주행거리를 증대키키고, 부품의 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 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 : 배터리시스템 200 : 전력전자부품
300 : 배터리히터 400 : 라디에이터
500 : 칠러 610 : 제1워터펌프
630 : 제2워터펌프 710 : 제1유로
730 : 제2유로 750 : 제3유로
770 : 제4유로 810 : 제1삼방변
811 : 1단 813 : 2단
815 : 3단 830 : 제2삼방변
831 : 1단 833 : 2단
835 : 3단 850 : 체크밸브
900 : 제어부

Claims (8)

  1. 고전압배터리가 장착된 차량의 배터리시스템과 전력전자부품을 냉각수에 의해 냉각 또는 승온시키는 수냉식 냉각-승온시스템에 있어서,
    제1워터펌프, 배터리히터 및 배터리시스템 순으로 위치되어 냉각수가 순환하도록 구성된 제1유로;
    상기 제1유로의 일부를 공유하도록 구성되며, 제2워터펌프, 전력전자부품 및 라디에이터의 전단 순으로 위치되어 냉각수가 이동되도록 구성된 제2유로;
    상기 제1유로의 일부를 공유하도록 구성되며, 상기 라이에이터의 후단과 상기 제2워터펌프 사이에 위치되어 냉각수가 이동되도록 구성된 제3유로;
    상기 제3유로에서 분기되고, 상기 제3유로의 일부를 공유하도록 구성되며, 칠러가 설치되어 냉각수가 상기 칠러를 통과하여 냉각된 후 이동되도록 구성된 제4유로;
    상기 제1유로와 제2유로가 만나는 지점에 설치되고, 냉각수가 유입되는 1단, 냉각수가 상기 제1유로측으로 유출되는 2단 및 냉각수가 상기 라디에이터측으로 유출되는 3단으로 구성되어 냉각수가 선택적으로 이동되도록 하는 제1삼방변;
    상기 제3유로와 제4유로가 만나는 지점에 설치되고, 상기 라디에이터에서 유출된 냉각수가 유입되는 1단, 냉각수가 상기 제4유로측으로 유출되는 2단 및 냉각수가 상기 제2유로측으로 유출되는 3단으로 구성되어 냉각수가 선택적으로 이동되도록 하는 제2삼방변; 및
    상기 제1워터펌프, 제2워터펌프, 배터리히터 및 칠러를 온오프하도록 개별적으로 제어하고, 상기 제1삼방변 및 제2삼방변이 개폐되도록 개별적으로 제어하여 냉각수를 순환시켜, 상기 배터리시스템 또는 전력전자부품의 냉각 또는 승온이 가능하도록 하는 제어부;를 포함하는 수냉식 냉각-승온시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2유로에는 상기 전력전자부품과 배터리시스템 사이에 체크밸브가 설치되어, 냉각수가 상기 제2유로 내에서 이동 시, 상기 전력전자부품측에서 상기 라디에이터측으로만 이동 가능하고, 반대로는 이동되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각-승온시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리시스템의 냉각이 필요한 경우,
    상기 제어부에서는 상기 제1워터펌프를 온하고, 상기 제1삼방변의 1단 및 3단과 상기 제2삼방변의 1단 및 3단이 개방되도록 제어하여,
    상기 제1워터펌프의 냉각수가 상기 배터리시스템을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각된 후, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제1워터펌프를 지나 상기 배터리시스템으로 공급되는 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각-승온시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리시스템과 전력전자부품의 냉각이 필요한 경우,
    상기 제어부에서는 상기 제1워터펌프 및 제2워터펌프를 온하고, 상기 제1삼방변의 1단 및 3단과 상기 제2삼방변의 1단 및 3단이 개방되도록 제어하여,
    상기 제1워터펌프의 냉각수가 상기 배터리시스템을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각된 후, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제1워터펌프를 지나 상기 배터리시스템으로 공급되도록 하고,
    상기 제2워터펌프의 냉각수가 상기 전력전자부품을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각된 후, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제2워터펌프를 지나 상기 전력전자부품으로 공급되는 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각-승온시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리시스템의 냉각이 필요한 경우,
    상기 제어부에서는 상기 제1워터펌프와 칠러를 온하고, 상기 제1삼방변의 1단 및 3단과 상기 제2삼방변의 1단 및 2단이 개방되도록 제어하여,
    상기 제1워터펌프의 냉각수가 상기 배터리시스템을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각되며, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제4유로 및 칠러를 지나 한 번 더 냉각된 후, 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제1워터펌프를 통해 상기 배터리시스템으로 공급되는 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각-승온시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리시스템과 전력전자부품의 냉각이 필요한 경우,
    상기 제어부에서는 상기 제1워터펌프, 제2워터펌프 및 칠러를 온하고, 상기 제1삼방변의 1단 및 3단과 상기 제2삼방변의 1단 및 3단이 개방되도록 제어하여,
    상기 제1워터펌프의 냉각수가 상기 배터리시스템을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각되며, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제4유로 및 칠러를 지나 한 번 더 냉각된 후, 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제1워터펌프를 통해 상기 배터리시스템으로 공급되도록 하고,
    상기 제2워터펌프의 냉각수가 상기 전력전자부품을 냉각하고, 승온된 냉각수가 상기 제1삼방변을 통해 상기 제2유로 내를 이동하여 상기 라디에이터에서 냉각되며, 상기 제2삼방변을 통해 상기 제4유로 및 칠러를 지나 한 번 더 냉각된 후, 상기 제3유로 내를 이동하여 다시 상기 제2워터펌프를 통해 상기 전력전자부품으로 공급되는 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각-승온시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리시스템의 승온이 필요한 경우,
    상기 제어부에서는 상기 제1워터펌프 및 배터리히터를 온하고, 상기 제1삼방변의 1단 및 2단이 개방되도록 제어하여,
    상기 제1워터펌프의 냉각수가 상기 배터리히터를 통과하여 승온된 후, 상기 배터리시스템에 유입되어 상기 배터리시스템을 승온시키고, 상기 제1삼방변을 통해 상기 제1유로 내를 이동하여, 다시 제1워터펌프를 지나 상기 배터리히터를 통과하여 상기 배터리시스템으로 공급되는 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각-승온시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리시스템과 전력전자부품을 동시에 냉각하는 경우,
    상기 배터리시스템을 냉각한 냉각수와 상기 전력전자부품을 냉각한 냉각수는 상기 제2유로에서 합쳐진 후, 상기 라디에이터로 유입되어 냉각된 후, 상기 제3유로 내에서 이동하여 상기 제1워터펌프 또는 제2워터펌프로 분기되어 상기 배터리시스템과 전력전자부품에 각각 공급되는 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각-승온시스템.
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