KR20230053393A - 차량의 통합 열관리 모듈 - Google Patents

차량의 통합 열관리 모듈 Download PDF

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Abstract

차량의 휠과 구동부가 위치되는 차량의 언더바디에 마련된 차량의 통합열관리 모듈로서, 차량 언더바디의 양측 사이드프레임 사이에 배치되며 양측 사이드프레임을 연결하는 크로스멤버에 장착되어 크로스멤버로 진동을 전달하고, 차량 외부 공기와 실외용 열교환기의 냉각매체를 열교환하는 방열팬모듈 및 방열팬모듈의 측방에 마련된 냉각매체 순환부를 포함하는 차량의 통합열관리 모듈이 소개된다.

Description

차량의 통합 열관리 모듈{INTEGRATED THERMAL MANAGEMENT MODULE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 휠과 구동부가 위치되는 차량의 언더바디에 마련된 차량의 통합열관리 모듈로서, 차량 언더바디의 양측 사이드프레임 사이에 배치되며 양측 사이드프레임을 연결하는 크로스멤버에 장착되어 크로스멤버로 진동을 전달하고, 차량 외부 공기와 실외용 열교환기의 냉각매체를 열교환하는 방열팬모듈을 포함하는 차량의 통합 열관리 모듈에 관한 것이다.
최근 친환경 자동차 보급 확대 정책과 고연비 차량 선호가 맞물려 국내 친환경차 등록대수가 증가하고 있는 추세이다. 친환경 자동차인 전기 자동차는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고 전기 배터리와 전기 모터를 사용하여 운행하는 자동차이다. 전기 자동차는 배터리에 축적된 전기로 모터가 회전하며 자동차를 구동시키는 시스템을 가지고 있어 유해물질의 배출이 없고 소음이 작으며 에너지 효율이 높은 장점이 있다.
기존의 엔진 동력을 사용하는 자동차의 경우 엔진의 폐열을 이용하여 차내 난방 시스템을 가동하였으나, 전기 자동차는 엔진이 없으므로 전기를 사용하여 히터를 가동하는 시스템을 가지고 있다. 따라서 전기 자동차는 난방 시 주행거리가 크게 감소하는 문제점이 있다.
또한, 배터리 모듈은 최적의 온도환경에서 사용하여야 최적의 성능과 긴 수명을 유지할 수 있다. 그러나 구동 중 발생하는 열과 외부의 온도변화에 의해 최적의 온도환경에서 사용하기 어려운 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 전기자동차의 공조 시스템과 열관리 시스템을 유기적으로 결합하는 방안이 활발하게 논의되고 있는 실정이다.
한편, 전기자동차의 경우, 종래의 내연기관 차량과는 달리 차량 전방에 엔진 등이 위치할 필요가 없기 때문에 내연기관 차량에 비해서 공간활용도가 매우 높게 된다. 더 나아가, 상기의 공조 시스템과 열관리 시스템을 위한 부품을 모듈화하여 컴팩트하게 구성함으로써, 차량 내부의 실내공간을 최대한으로 확보하고, 제조원가 및 원가를 절약하며, 차체 설계과정에서 차체 및 조립강성 역시 확보할 수 있도록 하고, 진동이 발생되는 부품들의 진동을 최소화할 수 있는 차량의 통합 열관리 모듈의 개발이 필요하다.
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 10-2021-0022220 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 휠과 구동부가 위치되는 차량의 언더바디에 마련된 차량의 통합열관리 모듈로서, 차량 언더바디의 양측 사이드프레임 사이에 배치되며 양측 사이드프레임을 연결하는 크로스멤버에 장착되어 크로스멤버로 진동을 전달하고, 차량 외부 공기와 실외용 열교환기의 냉각매체를 열교환하는 방열팬모듈을 포함하고, 냉각매체 순환부가 구비되며, 부쉬를 통해 방열팬모듈과 냉각매체 순환부에서 발생하는 진동을 상쇄시키는 차량의 통합 열관리 모듈을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 통합 열관리 모듈은 차량의 휠과 구동부가 위치되는 차량의 언더바디에 마련된 차량의 통합열관리 모듈로서, 차량 언더바디의 양측 사이드프레임 사이에 배치되며 양측 사이드프레임을 연결하는 크로스멤버에 장착되어 크로스멤버로 진동을 전달하고, 차량 외부 공기와 실외용 열교환기의 냉각매체를 열교환하는 방열팬모듈; 및 방열팬모듈의 측방에 마련된 냉각매체 순환부;를 포함한다.
냉각매체 순환부는 방열팬 모듈과 함께 크로스멤버에 장착되어 크로스멤버로 진동을 전달하고, 냉각매체를 압축 또는 이송할 수 있다.
냉각매체 순환부와 방열팬 모듈은 각각 하단에 마련되는 부쉬(Bush)를 통해 크로스멤버에 진동절연되도록 장착되며, 자중에 의해 크로스멤버로 전달되는 진동을 상쇄시킬 수 있다.
냉각매체 순환부는 냉각매체를 압축하는 압축기 및 냉각매체를 이송하는 펌프를 포함하며, 압축기와 펌프는 각각 측방에 마련되는 부쉬를 통해 방열팬모듈에 진동절연되도록 장착될 수 있다.
크로스멤버는 차량의 폭방향으로 연장된 베이스부 및 베이스부의 단부에 형성되는 결합부를 포함하며, 결합부가 사이드프레임에 결합됨으로써 양측 사이드프레임을 연결할 수 있다.
방열팬모듈 및 냉각매체 순환부는 크로스멤버 베이스부의 상면에 설치되며, 결합부는 베이스부의 단부가 상방 및 차량 외측으로 절곡되어 형성되고, 사이드프레임의 측면 및 상면에 지지되어 결합될 수 있다.
크로스멤버의 결합부는 하단에 마련되는 부쉬를 통해 사이드프레임의 상단에 진동절연되도록 결합되며, 크로스멤버의 자중에 의해 사이드프레임으로 전달되는 진동을 상쇄시킬 수 있다.
방열팬모듈 및 냉각매체 순환부는 차량의 전방에 위치하는 크로스멤버에 설치되되, 방열팬모듈 및 냉각매체 순환부가 설치되는 크로스멤버는 차량의 전방휠보다 전방에 위치될 수 있다.
냉각매체 순환부는 방열팬모듈의 측방에 마련되되, 차량 언더바디 사이드프레임의 내측 또는 외측에 배치될 수 있다.
본 발명의 차량의 통합 열관리 모듈에 따르면, 차량의 휠과 구동부가 위치되는 차량의 언더바디에 마련된 차량의 통합열관리 모듈로서, 차량 언더바디의 양측 사이드프레임 사이에 배치되며 양측 사이드프레임을 연결하는 크로스멤버에 장착되어 크로스멤버로 진동을 전달하고, 차량 외부 공기와 실외용 열교환기의 냉각매체를 열교환하는 방열팬모듈을 포함하고, 냉각매체 순환부가 구비되며, 부쉬를 통해 방열팬모듈과 냉각매체 순환부에서 발생하는 진동을 상쇄시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 2가지 타입을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 2가지 타입을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈을 개략적으로 나타낸 측면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 2가지 타입을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 2가지 타입을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈은 차량의 휠과 구동부가 위치되는 차량의 언더바디에 마련된 차량의 통합열관리 모듈로서, 차량 언더바디의 양측 사이드프레임(10) 사이에 배치되며 양측 사이드프레임(10)을 연결하는 크로스멤버(20)에 장착되어 크로스멤버(20)로 진동을 전달하고, 차량 외부 공기와 실외용 열교환기의 냉각매체를 열교환하는 방열팬모듈(300); 및 방열팬모듈(300)의 측방에 마련된 냉각매체 순환부(400);를 포함한다.
방열팬모듈(300)은 냉각수가 순환되는 라디에이터(210)와 냉매가 순환되는 실외컨덴서(220) 등의 차량의 실외용 열교환기와 차량의 실외용 열교환기에서 공기가 냉매 또는 냉각수와 열교환되도록 하는 냉각팬(310)을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈에서 냉각매체 순환부(400)는 방열팬 모듈과 함께 크로스멤버(20)에 장착되어 크로스멤버(20)로 진동을 전달하고, 냉각매체를 압축 또는 이송할 수 있다. 즉, 냉각팬(310)과 라디에이터가 모듈화된 방열팬모듈(300)과 압축기(410), 칠러(430), 축압기(405) 및 리저버(420)와 각종 밸브와 함께 모듈화된 펌프(425)를 포함하는 냉각매체 순환부(400)가 각각 열관리 모듈의 형태로 크로스멤버(20)에 장착됨으로써 무게가 증대되어 차체에 가해지는 진동의 영향도가 작아지도록 하는 것이다.
참고로, 도 1 및 2의 경우는 냉각매체 순환부(400)를 구성하는 압축기(410)와 펌프(425), 리저버(420)가 각각 방열팬모듈(300)의 좌측과 우측에 분할되어 배치된 상태를 나타낸다. 이 경우는 냉매가 순환되는 압축기(410), 칠러(430), 축압기(405) 등이 방열팬모듈(300)의 좌측에 마련되어 냉매가 순환하는 라인의 길이를 최소화하고, 냉각수가 순환되는 리저버(420)와 각종 밸브와 함께 모듈화된 펌프(425) 등은 우측에 배치하는 경우를 나타낸다. 이 경우는 냉매 관련 부품류와 냉각수 관련 부품류의 설계자유도가 확보되고 모듈화가 비교적 용이한 장점이 있다.
도 3의 경우는 압축기(410)와 펌프(425), 리저버(420)가 함께 모듈화된 상태로 방열팬모듈(300)의 일측에 마련된 것을 나타낸다. 이 경우는 냉매와 냉각수의 라인 길이를 모두 짧게 하면서도 하나로 모듈화 내지 물리적인 체결이 가능하여 진동 절연을 위한 질량을 최대한 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈은 특히 스케이트보드 플랫폼의 전기자동차에 적용될 수 있다는 장점이 있다. 스케이트보드 플랫폼은 차량의 언더바디인 스케이트보드 형상의 드라이브 모듈과, 목적 기반 차량(Purpose Built Vehicle, PBV)의 목적에 따른 상단의 라이프 모듈이 결합되어 차체를 구성하는 것을 의미하는데, 이 경우 공간활용도가 높아 필요에 따라 차량 내부 공간을 원하는 대로 쉽게 구성할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈은 전기자동차의 열관리에 필요한 압축기(410), 펌프(425) 등의 가진부에서 발생하는 진동을 상쇄시키고 차체로 전달되는 것을 최소화 할 수 있으며, 차량 언더바디의 하단에 컴팩트하게 구성됨으로써, 차량의 실내공간을 폭넓게 확보할 수 있고, 양 사이드프레임(10)을 연결하는 크로스멤버(20)에 설치됨으로써 차체와의 결합 강성도 확보할 수 있다는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈을 개략적으로 나타낸 측면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 사시도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈에서 냉각매체 순환부(400)와 방열팬모듈(300)은 각각 하단에 마련되는 부쉬(B)를 통해 크로스멤버(20)에 진동절연되도록 장착되며, 자중에 의해 크로스멤버(20)로 전달되는 진동을 상쇄시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈에서 냉각매체 순환부(400)는 냉각매체를 압축하는 압축기(410) 및 냉각매체를 이송하는 펌프(425)를 포함하며, 압축기(410)와 펌프(425)는 각각 측방에 마련되는 부쉬(B)를 통해 방열팬모듈(300)에 진동절연되도록 장착될 수 있다. 도 2를 참고하면, 부쉬(B)는 진동의 전달을 차단하거나 감쇠시키는 진동 절연 수단으로써, 각각 1점 쇄선의 타원으로 표시된 위치에 마련된 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈에서 크로스멤버(20)는 차량의 폭방향으로 연장된 베이스부 및 베이스부의 단부에 형성되는 결합부(500)를 포함하며, 결합부(500)가 사이드프레임(10)에 결합됨으로써 양측 사이드프레임(10)을 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈에서 방열팬모듈(300) 및 냉각매체 순환부(400)는 크로스멤버(20) 베이스부의 상면에 설치되며, 결합부(500)는 베이스부의 단부가 상방 및 차량 외측으로 절곡되어 형성되고, 사이드프레임(10)의 측면 및 상면에 지지되어 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈에서 크로스멤버(20)의 결합부(500)는 하단에 마련되는 부쉬(B)를 통해 사이드프레임(10)의 상단에 진동절연되도록 결합되며, 크로스멤버(20)의 자중에 의해 사이드프레임(10)으로 전달되는 진동을 상쇄시킬 수 있다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 2가지 타입을 개략적으로 나타낸 도면으로써, 도 4는 A타입과 B타입에 대한 평면도이고 도 5는 A타입과 B타입에 대한 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈에서 방열팬모듈(300) 및 냉각매체 순환부(400)는 차량의 전방에 위치하는 크로스멤버(20)에 설치되되, 방열팬모듈(300) 및 냉각매체 순환부(400)가 설치되는 크로스멤버(20)는 차량의 전방휠보다 전방에 위치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈에서 냉각매체 순환부(400)는 방열팬모듈(300)의 측방에 마련되되, 차량 언더바디 사이드프레임(10)의 내측 또는 외측에 배치될 수 있다. 도 4 내지 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈은 A타입과 B타입으로 구성될 수 있고, 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈은 차량의 종류나 차체, 열관리 회로 등에 따라 압축기(410)와 펌프(425)가 사이드프레임(10)의 내측 또는 외측에 다양하게 위치될 수 있다는 것이다.
A타입과 B타입 모두 압축기(410)와 펌프(425)가 크로스멤버에 설치되어 절연되는 것은 동일하지만, A타입의 경우는 압축기(410)와 펌프(425)가 모두 양측 사이드프레임(10)의 내측에 위치되어 컴팩트하게 구성되는 것을 나타내고, B타입의 경우는 양측 사이드프레임(10)의 사이 거리가 충분치 못한 경우로서, 이 경우는 압축기(410)와 펌프(425)가 각각 좌측과 우측으로 분리되어 사이드프레임(10)의 외측에 배치되는 것을 나타낸다. 이 경우는 크로스멤버(20)가 사이드프레임(10)을 감싸며 좀 더 외측으로 연장되어 압축기(410)와 펌프(425)가 설치되는 지점을 형성하도록 한다. 따라서, 차량 바디의 설계에 따라 A타입 또는 B타입과 같이 선택적으로 적용함으로써 전체적인 차량 바디의 설계자유도를 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈은 차량의 사이드프레임(10)의 사이를 연결하는 크로스멤버(20)에 설치되기 때문에, 차량 언더바디의 어느 곳에나 쉽게 조립될 수 있다는 장점이 있으며, 특히 차량 전방휠의 전방에 위치되는 경우 공기순환의 용이성을 확보하고 캐빈룸의 공간을 최대한으로 확보할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 차량 열관리를 위한 냉각매체 순환부(400) 역시 방열팬모듈(300)의 측방에 모듈화되어 장착됨으로써 조립공정 및 회로구성을 컴팩트하게 구현할 수 있고, 냉각수라인 및 냉매라인도 최소한의 길이로 구현할 수 있는 것이다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 사이드프레임 20 : 크로스멤버
300 : 방열팬모듈 310 : 냉각팬
400 : 냉각매체 순환부 405 : 축압기
410 : 압축기 425 : 펌프
500 : 결합부 B : 부쉬

Claims (9)

  1. 차량의 휠과 구동부가 위치되는 차량의 언더바디에 마련된 차량의 통합열관리 모듈로서,
    차량 언더바디의 양측 사이드프레임 사이에 배치되며 양측 사이드프레임을 연결하는 크로스멤버에 장착되어 크로스멤버로 진동을 전달하고, 차량 외부 공기와 실외용 열교환기의 냉각매체를 열교환하는 방열팬모듈; 및
    방열팬모듈의 측방에 마련된 냉각매체 순환부;를 포함하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    냉각매체 순환부는 방열팬 모듈과 함께 크로스멤버에 장착되어 크로스멤버로 진동을 전달하고, 냉각매체를 압축 또는 이송하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    냉각매체 순환부와 방열팬 모듈은 각각 하단에 마련되는 부쉬(Bush)를 통해 크로스멤버에 진동절연되도록 장착되며, 자중에 의해 크로스멤버로 전달되는 진동을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    냉각매체 순환부는 냉각매체를 압축하는 압축기 및 냉각매체를 이송하는 펌프를 포함하며, 압축기와 펌프는 각각 측방에 마련되는 부쉬를 통해 방열팬모듈에 진동절연되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서
    크로스멤버는 차량의 폭방향으로 연장된 베이스부 및 베이스부의 단부에 형성되는 결합부를 포함하며, 결합부가 사이드프레임에 결합됨으로써 양측 사이드프레임을 연결하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    방열팬모듈 및 냉각매체 순환부는 크로스멤버 베이스부의 상면에 설치되며, 결합부는 베이스부의 단부가 상방 및 차량 외측으로 절곡되어 형성되고, 사이드프레임의 측면 및 상면에 지지되어 결합되는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  7. 청구항 5에 있어서,
    크로스멤버의 결합부는 하단에 마련되는 부쉬를 통해 사이드프레임의 상단에 진동절연되도록 결합되며, 크로스멤버의 자중에 의해 사이드프레임으로 전달되는 진동을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    방열팬모듈 및 냉각매체 순환부는 차량의 전방에 위치하는 크로스멤버에 설치되되, 방열팬모듈 및 냉각매체 순환부가 설치되는 크로스멤버는 차량의 전방휠보다 전방에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    냉각매체 순환부는 방열팬모듈의 측방에 마련되되, 차량 언더바디 사이드프레임의 내측 또는 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
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