KR20230098498A - 열관리 시스템, 열관리 방법 및 전기 장치 - Google Patents

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KR20230098498A
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KR1020227018959A
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추앤회이 장
바오 리
카이 우
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컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드
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Abstract

본 출원의 실시예는 배터리 기술 분야와 관련되며, 특히 열관리 시스템, 방법 및 전기 장치에 관한 것이다. 열관리 시스템에서, 압축기와 응축기는 배터리의 열교환 관로와 냉각 회로를 형성하고, 압축기와 증발기는 열교환 관로와 가열 회로를 형성하여, 열관리 시스템이 배터리에 냉각 및 가열 기능을 제공할 수 있도록 하며, 직접 냉각 시스템 및 가열 필름과 비교하여, 이 열관리 시스템은 구조가 간단하고 신뢰성이 높다. 또한, 응축기 및 증발기의 위치는 필요에 따라 합리적으로 설치하여 뜨거운 공기와 찬 공기의 2차 이용을 실현할 수 있다.

Description

열관리 시스템, 열관리 방법 및 전기 장치
본 출원의 실시예는 배터리 기술 분야와 관련되며, 특히 열관리 시스템, 열관리 방법 및 전기 장치에 관한 것이다.
현재 배터리의 성능은 기후 환경의 영향을 많이 받는데 주변 온도가 너무 높거나 낮으면 배터리 성능에 영향을 미치므로 배터리의 온도를 일정 범위 내에서 유지하도록 조절해야 한다. 기후가 더운 지역의 경우 배터리가 너무 뜨거울 때 배터리 온도를 낮추기 위해 배터리 냉각 시스템을 추가해야 한다. 추운 기후 지역의 경우 너무 추울 때 배터리 온도를 높이기 위해 배터리 가열 시스템을 추가해야 한다.
배터리를 환경에 적응시키고 배터리의 성능과 수명을 극대화하기 위해서는 배터리가 작동하는 온도 환경을 제어할 수 있는 열관리가 필요하다.
상기 문제점을 감안하여, 본 출원은 구조가 간단하고 신뢰성이 높으면서 배터리에 냉각 기능 및 가열 기능을 제공할 수 있는 열관리 시스템, 방법 및 장치를 제공한다.
제1 측면에서, 본 출원은 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하는 열관리 시스템을 제공한다. 그 중에서, 압축기와 응축기는 배터리의 열교환 관로와 냉각 회로를 형성하고, 압축기와 증발기는 열교환 관로와 가열 회로를 형성한다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 압축기와 응축기는 배터리의 열교환 관로와 냉각 회로를 형성하고, 압축기와 증발기는 열교환 관로와 가열 회로를 형성하여, 열관리 시스템이 배터리에 냉각 및 가열 기능을 제공할 수 있도록 하며, 직접 냉각 시스템 및 가열 필름과 비교하여, 이 열관리 시스템은 구조가 간단하고 신뢰성이 높다. 또한, 응축기 및 증발기의 위치는 필요에 따라 합리적으로 설치하여 뜨거운 공기와 찬 공기의 2차 이용을 실현할 수 있다.
제1 측면의 가능한 구현 방식에서, 열관리 시스템은 제1 체크 밸브, 제2 체크 밸브 및 제어 장치를 더 포함하며, 제어 장치는 각각 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브와 통신적으로 연결된다. 압축기의 배기구는 응축기의 제1 단부와 연통되고, 응축기의 제2 단부는 열교환 관로의 제1 단부와 연통되며, 압축기의 흡기구는 제1 체크 밸브를 통해 열교환 관로의 제2 단부와 연통되어 냉각 회로를 형성한다. 압축기의 배기구는 제2 체크 밸브를 통해 열교환 관로의 제1 단부와 연통되고, 증발기의 제1 단부는 열교환 관로의 제2 단부와 연통되고, 증발기의 제2 단부는 압축기의 흡기구와 연통되어 가열 회로를 형성한다. 제어 장치는 제1 체크 밸브가 열리고 제2 체크 밸브가 닫히도록 제어하여 냉각 회로를 도통하거나, 또는 제1 체크 밸브는 닫히고 제2 체크 밸브가 열리도록 제어하여 가열 회로를 도통하는 데 사용된다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 전술한 냉각 회로 및 가열 회로의 구조에 기초하여, 제어 장치를 통해 제1 체크 밸브 또는 제2 체크 밸브가 열리도록 선택적으로 제어함으로써, 냉각 회로 또는 가열 회로를 선택적으로 도통할 수 있다. 냉각 회로가 도통되면 압축기와 응축기가 작동하여 배터리에 냉각 기능을 제공할 수 있다. 가열 회로가 도통되면 압축기와 증발기가 작동하여 배터리에 가열 기능을 제공할 수 있다. 즉, 열관리 시스템 세트는 냉방 기능과 난방 기능을 제공할 수 있으며, 또한 열관리 시스템 시스템은 구조가 간단하고 제어가 간단하며 신뢰성이 높다.
제1 측면의 가능한 구현 방식에서, 열관리 시스템은 저장기를 더 포함하며, 저장기는 냉매를 저장하는데 사용된다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 저장기를 설치함으로써 한편으로는 충분한 양의 냉매를 저장할 수 있고, 다른 한편으로는 압력 완충 역할을 하여 열관리 시스템의 관로가 과대한 압력으로 인해 파손되는 것을 방지하는 할 수 있다.
제1 측면의 가능한 구현 방식에서, 저장기의 진기구는 증발기의 제2 단부와 연통되고, 저장기의 진기구는 제1 체크 밸브를 통해 열교환 관로의 제2 단부와 연통되고, 저장기의 출기구는 압축기의 흡기구와 연통된다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 저장기를 위와 같은 방식으로 설치함으로써, 저장기는 냉각 회로에도 위치할 수 있고, 가열 회로에도 위치할 수 있다. 즉, 열관리 시스템이 냉각 모드에서 작동하든 가열 모드에서 작동하든 저장기는 냉매를 제공하고 완충하는 역할을 할 수 있으며, 또한 전술한 설치 방법은 간단한 구조를 갖는다.
제1 측면의 가능한 구현 방식에서, 시스템은 제1 팽창 밸브를 더 포함하며, 제1 팽창 밸브의 제1 단부는 응축기의 제2 단부와 연통되고, 제1 팽창 밸브의 제2 단부는 열교환 관로의 제1 단부와 연통된다. 제1팽창 밸브는 제어 장치와 통신적으로 연결되고, 제어 장치는 또한 냉각 회로를 도통할 때 제1 팽창 밸브가 켜지도록 제어하는 데 사용된다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 응축기와 열교환 관로 사이에 제1팽창 밸브를 설치함으로써, 열교환 관로로 유입되는 냉매가 증기 상태가 되어 열교환 관로에서 열을 흡수한 후 완전히 증발하기 용이하여 열교환 효율이 높다. 또한, 열교환 관로로 유입되는 냉매의 유량을 제어할 수 있어, 냉매 유량의 과다 또는 과소로 인한 부정적인 영향이 없다.
제1 측면의 가능한 구현 방식에서, 시스템은 제2 팽창 밸브를 더 포함하며, 제2 팽창 밸브의 제1 단부는 증발기의 제1 단부와 연통되고, 제2 팽창 밸브의 제2 단부는 열교환 관로의 제2 단부와 연통된다. 제2팽창 밸브는 제어 장치와 통신적으로 연결되고, 제어 장치는 또한 가열 회로를 도통할 때 제2 팽창 밸브가 켜지도록 제어하는 데 사용된다.
출원의 전술한 실시 방식에서, 증발기와 열교환 관로 사이에 제2팽창 밸브를 설치함으로써, 증발기로 유입되는 냉매는 증기 상태로 되어 증발기에서 열을 흡수한 후 완전히 증발하기에 편리하여 증발 효율이 높다. 또한, 증발기로 유입되는 냉매의 유량을 제어할 수 있으며, 과다한 냉매 유량으로 인해 불완전하게 증발하지 않는다.
제1 측면의 가능한 구현 방식에서, 시스템은 제3 체크 밸브를 더 포함하며, 제3 체크 밸브는 압축기의 배기구와 응축기의 제1 단부 사이의 관로에 설치된다. 제3 체크 밸브는 제어 장치와 통신적으로 연결되고, 제어 장치는 또한 냉각 회로를 도통할 때 제3 체크 밸브가 켜지도록 제어하거나, 또는 가열 회로를 도통할 때 제3 체크 밸브가 닫히도록 제어하는 데 사용된다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 압축기의 배기구와 응축기의 제1 단부 사이의 관로에 제3 체크 밸브를 설치함으로써, 가열 회로를 도통해야 하는 경우, 제어 장치는 제3 체크 밸브가 닫히도록 제어하여 가열 모드에서 냉매가 응축기로 들어가는 것을 방지한다. 즉, 기체 냉매는 제3 체크 밸브의 차단 하에 제2 체크 밸브를 통해 열교환 관로로 전부 들어가 가열 효율이 높다.
제1 측면의 가능한 구현 방식에서, 시스템은 방열기를 더 포함하며, 방열기는 응축기로부터 열을 발산하는 데 사용된다. 방열기는 제어 장치와 통신적으로 연결되며, 제어 장치는 또한 냉각 회로를 도통할 때 방열기가 작동을 시작하도록 제어하고, 또는 가열 회로를 도통할 때 방열기가 작동을 중지하도록 제어하는 데 사용된다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 방열기를 설치하여 응축기에 대한 열을 발산하도록 함으로써, 응축기 주변의 열 축적이 효과적으로 방지될 수 있어 응축기가 더 나은 응축 효과를 가질 수 있고, 이에 따라 열관리 시스템의 냉각 효과가 향상될 수 있다.
제2 측면에서, 본 출원은 열관리 시스템의 제어 방법을 제공하며, 열관리 시스템은 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하며, 압축기와 응축기는 배터리의 열교환 관로와 냉각 회로를 형성하고, 압축기와 증발기는 열교환 관로와 가열 회로를 형성한다.
전술한 방법은: 배터리의 현재 온도를 구하며, 현재 온도가 제1 온도 임계값보다 크거나 같으면, 압축기와 응축기가 작동을 시작하도록 제어하고, 또한 냉각 회로가 도통되도록 제어한다. 현재 온도가 제2 온도 임계값보다 작거나 같으면, 압축기와 증발기가 작동하도록 제어하고, 또한 가열 회로가 도통되도록 제어한다. 그 중에서, 제1 온도 임계값은 제2 온도 임계값보다 더 크다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 배터리에 냉각 기능 및 가열 기능을 제공할 수 있다. 또한, 응축기 및 증발기에 대응하는 출풍구는 필요에 따라 합리적으로 제어될 수 있으므로 뜨거운 공기와 차가운 공기의 2차 이용을 실현할 수 있다.
제2 측면의 가능한 구현 방식에서, 열관리 시스템은 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브를 더 포함하고, 압축기의 배기구는 응축기의 제1 단부와 연통되고, 응축기의 제2 단부는 열교환 관로의 제1 단부와 연통되고, 압축기의 흡기구는 제1 체크 밸브를 통해 열교환 관로의 제2 단부와 연통되어 냉각 회로를 형성한다. 압축기의 배기구는 제2 체크 밸브를 통해 열교환 관로의 제1 단부와 연통되고, 증발기의 제1 단부는 열교환 관로의 제2 단부와 연통되며, 증발기의 제2 단부는 압축기의 흡기구와 연통되어 가열 회로를 형성한다.
전술한 “냉각 회로가 도통되도록 제어한다”라는 것은: 제1 체크 밸브는 열리고 제2 체크 밸브는 닫히도록 제어하여 냉각 회로를 도통하는 것을 포함한다.
전술한 “가열 회로가 도통되도록 제어한다”라는 것은: 제1 체크 밸브는 닫히고 제2 체크 밸브는 열리도록 제어하여 가열 회로를 도통하는 것을 포함한다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 제1 체크 밸브가 열리고 제2 체크 밸브가 닫히도록 제어함으로써 냉각 회로를 도통할 수 있고, 제1 체크 밸브가 닫히고 제2 체크 밸브가 열리도록 제어함으로써 가열 회로를 도통할 수 있어, 제어가 간단하고 신뢰성이 향상될 수 있다.
제2 측면의 가능한 구현 방식에서, 열관리 시스템은 제1 팽창 밸브를 더 포함하고, 제1 팽창 밸브의 제1 단부는 응축기의 제2 단부와 연통되고, 제1 팽창 밸브의 제2 단부는 열교환 관로의 제1 단부와 연통된다.
전술한 “냉각 회로가 도통되도록 제어한다” 라는 것은: 제1 팽창 밸브가 켜지도록 제어하는 것을 더 포함한다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 냉각시 제1팽창 밸브가 열리도록 제어하여, 열교환 관로로 유입되는 냉매가 증기 상태가 되어 열교환 관로에서 열을 흡수한 후 완전히 증발하기 쉬워 열교환 효율이 높다. 또한 열교환 관로로 들어가는 냉매의 유량을 제어할 수 있어 냉매 유량의 과다 또는 과소로 인해 부정적인 영향을 미치지 않는다.
제2 측면의 가능한 구현 방식에서, 열관리 시스템은 제2 팽창 밸브를 더 포함하고, 제2 팽창 밸브의 제1 단부는 증발기의 제1 단부와 연통되고, 제2 팽창 밸브의 제2 단부는 열교환 관로의 제2 단부와 연통된다.
전술한 “가열 회로가 도통되도록 제어한다”라는 것은: 제2 팽창 밸브가 켜지도록 제어하는 것을 더 포함한다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 가열시 제2 팽창 밸브가 열리도록 제어하여 증발기로 유입되는 냉매가 증기 상태가 되어 증발기에서 열을 흡수한 후 완전 증발하기 쉬워 증발 효율이 높다. 또한 증발기로 들어가는 냉매의 유량을 제어할 수 있어 냉매 유량의 과다로 인해 증발이 불완전하지 않다.
제2 측면의 가능한 구현 방식에서, 열관리 시스템은 제3 체크 밸브를 더 포함하고, 제3 체크 밸브는 압축기의 배기구와 응축기의 제1 단부 사이의 관로에 설치된다.
전술한 “냉각 회로가 도통되도록 제어한다”라는 것은: 제3 체크 밸브가 켜지도록 제어하는 것을 더 포함한다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 냉각 회로를 도통해야 하는 경우, 제3 체크 밸브가 열리도록 제어하여 기체 냉매가 응축기로 들어가게 한다. 가열 회로를 도통해야 하는 경우, 제3 체크 밸브가 닫히도록 제어하여 가열 모드에서 냉매가 응축기로 들어가 가열 효과에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기체 냉매는 제3 체크 밸브의 차단 하에서 제2 체크 밸브를 통해 열교환 관로로 들어가므로 가열 효율이 높다.
제2 측면의 가능한 구현 방식에서, 열관리 시스템은 방열기를 더 포함하고, 방열기는 응축기로부터 열을 발산하는 데 사용되다.
전술한 방법은: 현재 온도가 제1 온도 임계값보다 크거나 같으면, 방열기가 작동을 시작하도록 제어하는 것을 더 포함한다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 방열기가 작동을 시작하도록 제어하여 응축기의 열을 발산함으로써 응축기 주변의 열 축적을 효과적으로 방지할 수 있으므로 응축기가 더 나은 응축 효과를 구비하여 열관리 시스템의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
제3 측면에서, 본 출원은 제1 측면의 열관리 시스템 및 배터리를 포함하는 전기 장치를 제공한다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 열관리 시스템은 배터리에 냉각 및 가열 기능을 제공할 수 있고, 구조가 간단하고, 신뢰성이 높으며, 고온 또는 저온 환경에서 전기 장치의 정상적인 작동에 도움이 된다.
위의 설명은 본 출원의 기술 방안에 대한 개요일 뿐이며, 본 출원의 기술적 수단을 보다 명확하게 이해할 수 있도록 명세서의 내용에 따라 구현될 수 있으며, 본 출원의 및 기타 목적, 특징 및 이점을 보다 명백하고 이해하기 쉬도록, 본 출원의 특정 실시예가 아래에 열거된다.
본 출원의 전술한 실시 방식에서, 압축기와 응축기는 배터리의 열교환 관로와 냉각 회로를 형성하고, 압축기와 증발기는 열교환 관로와 가열 회로를 형성하여, 열관리 시스템이 배터리에 냉각 및 가열 기능을 제공할 수 있도록 하며, 직접 냉각 시스템 및 가열 필름과 비교하여, 이 열관리 시스템은 구조가 간단하고 신뢰성이 높다. 또한, 응축기 및 증발기의 위치는 필요에 따라 합리적으로 설치하여 뜨거운 공기와 찬 공기의 2차 이용을 실현할 수 있다.
바람직한 실시예에 대해 다음의 상세한 설명을 읽어보면 다양한 다른 장점 및 이점은 본 분야의 기술자에게 명백해질 것이다. 도면은 단지 바람직한 실시예를 예시하기 위한 것이며 본 출원을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다. 첨부된 도면에서:
도 1은 본 출원의 일부 실시예에서 전기 자동차의 개략적인 구조도이다;
도 2는 본 출원의 일부 실시예에서 배터리의 개략적인 구조도이다;
도 3은 본 출원의 일부 실시예에서 열교환 관로의 개략적인 구조도이다;
도 4는 본 출원의 일부 실시예에서 열관리 시스템의 개략적인 구조도이다;
도 5는 본 출원의 일부 실시예에서 열관리 시스템의 개략적인 구조도이다;
도 6은 본 출원의 일부 실시예에서 열관리 시스템의 개략적인 구조도이다;
도 7은 본 출원의 일부 실시예에서 열관리 시스템의 제어 방법의 개략적인 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 기술 방안의 실시예를 상세히 설명한다. 다음 실시예는 본 출원의 기술 방안을 보다 명확하게 설명하기 위해 사용된 것일 뿐이며, 따라서 예시로서만 사용되며 본 출원의 보호 범위를 제한하는 데 사용할 수 없다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 출원의 기술 분야의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다; 본 명세서에서 사용된 용어는 단지 구체적인 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 출원을 제한하려는 의도가 아니다; 본 출원의 설명 및 청구 범위 및 도면의 상기 설명에서 용어 "포함" 및 "구비", 이들의 임의의 변형은 배타적인 포함을 포함하도록 의도된다.
본 출원의 실시예에 대한 설명에서 "제1", "제2" 등의 기술 용어는 단지 서로 다른 대상을 구별하기 위해 사용된 것으로, 상대적인 중요성을 나타내거나 암시하거나, 지시된 기술 특징의 개수, 특정 순서 또는 주종 관계를 암시하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 본 출원의 실시예의 설명에서, "복수"는 달리 명시적으로 그리고 구체적으로 정의되지 않는 한 둘 이상을 의미한다.
본 명세서에서 언급된 "실시예"는 실시예를 결합하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 출원의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서의 다양한 위치에 있는 문구의 출현이 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니며, 다른 실시예와 상호 배타적인 별도의 또는 대안적인 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 본 명세서에 기술된 실시예가 다른 실시예와 결합될 수 있다는 것은 본 분야의 기술자에 의해 명시적으로 그리고 묵시적으로 이해된다.
본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"은 연관된 개체를 설명하기 위한 연관 관계일 뿐이며, 3 유형의 관계가 존재하는 것을 표시할 수 있다. 예를 들어, A 및/또는 B는: A가 단독으로 존재하고, A와 B가 동시에 존재하고, B가 단독으로 존재하는 3가지 경우를 표시할 수 있다. 또한 본 명세서에서 "/" 문자는 일반적으로 전후의 관련 개체가 "또는" 관계임을 나타낸다.
본 출원의 실시예를 설명함에 있어서, "복수"라는 용어는 2개 이상(2개 포함)을 의미하고, 유사하게 "복수 그룹"은 2개 이상의 그룹(2개 그룹 포함)을 의미하고, "복수 시트"는 2개 시트 이상(2개 시트 포함)을 의미한다.
녹색 에너지의 발달과 함께 배터리의 응용은 점점 더 광범위해지고 있으며, 특히 최근 몇 년 동안 등장한 신에너지 자동차 분야, 정보 가전 분야 또는 태양광 발전 분야에서 배터리는 예를 들어, 신에너지 차량 또는 단말 장비용 전원 공급 장치 및 태양 패널 에너지 저장과 같은 중요한 에너지 저장 또는 전원 공급 장치로 사용된다. 배터리 응용 분야의 지속적인 확장으로 시장 수요도 지속적으로 확대되고 있다.
본 출원의 발명자들은 배터리의 충방전 효율이 작동 온도와 관련이 있으며, 너무 높거나 낮으면 성능 및 내구성에 큰 영향을 미친다는 점에 주목하였다. 구체적으로, 저온 환경에서는 배터리의 내부 저항이 증가하고 용량이 작아지며, 극단적인 경우 전해액이 동결되어 배터리를 방전할 수 없고 배터리 수명이 단축된다. 부적절하게 취급하면 순간 전압 과충전이 발생하여 내부 단락 및 폭발의 위험이 있다. 고온 환경에서는 배터리 충방전 효율이 낮아 배터리의 전원에 영향을 미치며 심한 경우 열폭주가 발생하여 안전과 수명에 영향을 미친다. 배터리는 고온 환경의 영향을 받을 뿐만 아니라, 그 자체는 방전 과정에서도 많은 열을 발생시키고 시간이 지남에 따라 상대적으로 작은 공간에 축적되어 열을 발산하기 어렵고, 방전 효율도 감소하고 열 폭주의 위험이 있다는 것을 이해할 수 있다.
따라서 주변 온도의 영향을 받지 않고 배터리 자체의 열 방출에 영향을 받지 않는 안전한 온도 범위 내에서 작동할 수 있도록 배터리의 온도를 관리하는 열관리 시스템이 필요하다.
현재 대부분의 열관리 시스템은 냉각 시스템만 포함되어 있으며, 냉각 시스템은 주로 공기 냉각 시스템, 액체 냉각 시스템 및 직접 냉각 시스템의 세 가지 범주로 나뉜다. 공기 냉각 시스템은 자연 공기 또는 냉각 공기를 사용하여 배터리 표면을 통과하여 열교환 및 냉각 효과를 얻는다. 공기에 의해 운반되는 열은 제한적이며 열교환 효율이 낮고 배터리의 내부 온도 균일도가 좋지 않으며 배터리 온도를 비교적 정확하게 제어하기 어렵다. 액체 냉각 시스템은 부동액(예: 에틸렌 글리콜)을 열교환 매체로 사용하며, 이는 열교환 회로로 흘러 배터리를 냉각하고 열을 흡수한다. 직접 냉각 방식은 냉매(즉, 제냉제, 상변화 물질)를 열교환 매체로 사용하는 방식으로, 액체 냉각 시스템에 비해, 냉매는 기액(氣液) 상변화 과정에서 많은 양의 열을 흡수하고 배터리 내부의 열을 더 빨리 제거할 수 있으며 열교환 효율이 높다.
그러나 직접 냉각 시스템은 냉각 모드만 있고 가열 모드가 없으며 배터리 가열을 달성하기 위해 가열 필름과 협력해야 한다. 그 중 가열 필름은 일정한 저항 발열체로, 일반적으로 저항선, 절연 코팅층 및 리드선으로 구성되며, 저항선은 일반적으로 니켈-크롬 합금 또는 철-크롬 합금이며, 절연 코팅층은 일반적으로 폴리이미드(PI 필름), 실리콘 또는 에폭시 등이다. 가열 필름은 배터리 코어 모듈의 하우징에 부착되며 여러 가열 필름을 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리에 전원을 공급하고, 가열 필름에 전원이 공급된 후 저항에 의해 열이 발생하여 배터리에 열을 제공한다. 한편으로는 회로가 더 복잡하고 신뢰성이 낮으며 가열 효율이 낮고 다른 한편으로 배터리의 내부 공간을 많이 차지하여 배터리의 에너지 밀도에 영향을 미친다.
상기 고려 사항에 기초하여, 본 출원의 발명자들은 연구를 통해 합리적인 관로 설계 및 냉매를 결합한 상변화(예를 들어, 액체 상태에서 기체 상태 또는 기체 상태에서 액체 상태로 변화 등)를 통해 배터리에 냉각 기능 또는 가열 기능을 제공할 수 있는 열관리 시스템이 설계하였다. 즉, 배터리 온도가 너무 높으면 냉각 모드에서 열관리 시스템이 배터리 내부의 열을 흡수하여 배터리를 냉각시키고; 배터리 온도가 너무 낮으면 가열 모드에서 열관리 시스템이 배터리 내부에 열을 공급하여 온도 상승을 달성한다.
구체적으로, 열관리 시스템은 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하며, 그 중에서, 압축기와 응축기는 배터리의 열교환 관로와 냉각 회로를 형성하고, 압축기와 증발기는 배터리의 열교환 관로와 가열 회로를 형성한다. 즉, 배터리에 하나의 열교환 관로만 설치하면 된다. 예를 들어 배터리 하우징 바닥부 내측 또는 측벽 내측에 S자형이나 Z자형 모세 관로를 깔아 열교환 관로를 형성할 수 있다. 열관리 시스템은 배터리가 사용되는 환경에 설치될 수 있으며, 예를 들어 배터리가 전기 자동차에 전력을 공급할 때 전기 자동차에 열관리 시스템을 설정할 수 있다. 즉, 압축기, 응축기, 증발기가 전기 자동차에 설치된다.
압축기, 응축기 및 열교환 관로 사이에 냉매(예: 프레온)를 운반하고 저장하기 위한 "냉각 채널"이 더 설치되는 것을 이해할 수 있다. 즉, 냉각 회로에서 압축기는 저온 저압의 기체 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 압축한 후 응축기를 거쳐 냉각 방열되어 액체 냉매로 되며, 액체 냉매는 배터리의 열교환 관로에 유입되어 배터리 내부의 열을 흡수하고 기체 냉매로 증발되며, 기체 냉매는 압축기에 의해 다시 압축될 수 있다. 따라서 냉매는 냉각 회로에서 기액 상변화를 통해 순환 사용되고 열교환 관로를 통과할 때, 배터리 내부의 열을 흡수하여 배터리를 냉각시키는 효과를 얻고, 이때 열교환 관로는 증발기에 해당한다.
압축기, 증발기 및 열교환 관로 사이에는 냉매를 운반하고 저장하기 위한 "가열 채널" 이 더 설치된다. 즉, 가열 회로에서 압축기는 저온 저압의 기체 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 압축하고 고온 고압의 기체 냉매는 열교환 관로로 들어가 열을 발산하여 액체 냉매가 된다. 액체 냉매는 증발기로 다시 들어가 증발된 후 기체 냉매가 되고, 기체 냉매는 압축기에 의해 다시 압축될 수 있다. 따라서 냉매는 냉각 회로에서 기액 상변화를 통해 순환 사용되고, 열교환 관로를 통과할 때 열을 발산하여 배터리를 가열하는 효과를 얻게 되며, 이때 열교환 관로는 응축기에 해당한다.
가열 회로와 냉각 회로는 모두 압축기와 열교환 관로를 공유하고, 가열 회로와 냉각 회로는 또한 동일한 냉매를 공유한다. 냉각 회로 또는 가열 회로의 도통을 제어함으로써 냉매가 열교환 관로를 통과할 때 상이한 상변화가 발생하게 하여 냉각 또는 가열 기능을 제공한다.
즉, 열관리 시스템은 배터리에 냉각 및 가열 기능을 제공할 수 있으며, 앞서 언급한 직접 냉각 시스템 및 가열 필름에 비해, 열관리 시스템은 구조가 간단하고 신뢰성이 높다.
본 출원의 실시예에 개시된 열관리 시스템 및 배터리는 차량, 선박 또는 항공기와 같은 전기 장치에 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 방식으로 열관리 시스템은 간단한 구조와 높은 신뢰성으로 배터리에 냉각 및 가열 기능을 제공할 수 있어 고온 또는 저온 환경에서 전기 장치의 정상적인 작동에 유리하다.
본 출원의 실시예는 전기 장치를 제공하며, 전기 장치는 차량, 선박, 항공기 등일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 이하의 실시예에서는 설명의 편의를 위해, 본 출원의 실시예에서 전기 장치는 설명을 위한 예시로 전기 자동차를 예로 든다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전기 자동차(1000)의 내부에는 배터리(100)와 열관리 시스템(200)이 설치되고, 열관리 시스템(200)은 배터리(100)의 열교환 관로와 연통된다.
배터리(100)는 전기 자동차(1000)의 바닥부, 전방부 또는 후방부에 설치될 수 있다. 배터리(100)는 연료 또는 천연 가스 대신에 또는 부분적으로 전기 자동차(1000)에 구동력을 제공하기 위해 전기 자동차(1000)의 구동 전원으로 사용될 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 의해 제공되는 배터리(100)의 분해도인 도 2를 참조한다. 배터리(100)는 박스 본체(10)와 배터리 셀(20)을 포함하고, 배터리 셀(20)은 박스 본체(10) 내에 수용된다. 이 중 박스 본체(10)는 배터리 셀(20)을 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 박스 본체(10)는 다양한 구조를 채용할 수 있다. 일부 실시예에서, 박스 본체(10)는 제1 부분(11)과 제2 부분(12)을 포함하고, 제1 부분(11)과 제2 부분(12)은 서로를 덮고, 제1 부분(11)과 제2 부분(12)은 함께 배터리 셀(20)을 수용하기 위한 수용 공간을 한정한다. 제2 부분(12)은 제1 단부가 개구된 중공 구조일 수 있고, 제1 부분(11)은 판상 구조일 수 있고, 제1 부분(11)은 제2 부분(12)의 개구측에 덮여 있어서, 제1 부분(11)과 제2 부분(12)이 함께 수용 공간을 한정하며; 제1 부분(11)과 제2 부분(12)은 또한 일측이 개구된 중공 구조일 수 있고, 제1 부분(11)의 개구 측은 제2 부분(12)의 개구 측에 덮인다. 물론, 제1 부분(11)과 제2 부분(12)에 의해 형성되는 박스 본체(10)는 원기둥, 직육면체 등 다양한 형상일 수 있다.
배터리(100)에서 복수의 배터리 셀(20)은 복수일 수 있고, 복수의 배터리 셀(20) 사이는 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결될 수 있으며, 혼합 연결은 복수의 배터리 셀(20)이 직렬과 병렬로 연결되는 것을 의미한다. 복수의 배터리 셀(20)은 직렬 또는 병렬로 직접 연결되거나 혼합 연결되어 있을 수 있으며, 그 후 복수의 배터리 셀(20)로 구성된 전체가 박스(10)에 수용되며; 물론, 배터리(100)는 복수의 배터리 셀(20)이 직렬 또는 병렬 또는 혼합 연결되어 배터리 모듈을 형성하는 형태일 수도 있고, 복수의 배터리 모듈이 직렬 또는 병렬로 연결되거나 혼합 연결되어 하나의 전체를 형성하고, 박스 본체(10)에 수용된다. 배터리(100)는 또한 다른 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리(100)는 복수의 배터리 셀(20) 사이의 전기적 연결을 구현하기 위한 버스 부재를 포함할 수 있다; 배터리(100)는 또한 배터리 셀의 직병렬 연결, 샘플링 관로의 장착 및 고정 등을 구현하는 데 사용되는 와이어 하니스 격리판 어셈블리를 포함할 수 있다.
여기서, 각 배터리 셀(20)은 이차 배터리 또는 일차 배터리일 수 있고; 리튬-황 배터리, 나트륨-이온 배터리 또는 마그네슘-이온 배터리일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배터리 셀(20)은 원통형, 편평형, 직사각형 또는 다른 형상일 수 있다.
배터리(100)는 열교환 관로(30)를 더 포함하고, 열교환 관로(30)는 박스 본체(10)의 내부에 설치된다. 예를 들어, 제1 부분(11)의 상부 또는 제2 부분(12)의 바닥부에 설치될 수 있거나, 또는 제1 부분(11) 및/또는 제2 부분(12)의 측면에 설치될 수도 있다. 도 2에서는 예시를 위해 열교환 관로(30)가 제2 부분(12)의 바닥부에 설치된다. 여기서 배터리 내부의 열교환 관로의 위치에는 제한이 없다.
도 3과 같이 열교환 관로는 네트워크 형상의 모세 관로를 포함하며, 여기서 열교환 관로의 형상에는 제한이 없다. 열교환 관로는 하나의 입구와 하나의 출구가 구비되며, 기체 상태 또는 액체 상태의 냉매는 입구에서 들어가고 출구에서 배출되어 열교환 관로를 흐른다. 입구와 출구 사이에는 복수의 병렬된 모세 관로가 설치될 수 있으므로 입구에서 들어오는 냉매가 분산되어 복수의 병렬된 모세 관로로 유입될 수 있어 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
열관리 시스템은 전기 자동차에 설치되고, 열관리 시스템은 배터리의 열교환 관로와 연통되며, 합리적인 관로 설계와 냉매의 상변화(예를 들어 액체 상태에서 기체 상태 또는 기체 상태에서 액체 상태로 변화 등)를 통해 배터리에 냉각 또는 가열 기능을 제공할 수 있다. 즉, 배터리 온도가 너무 높으면 냉각 모드에서 열관리 시스템이 배터리 내부의 열을 흡수하여 배터리를 냉각시키고; 배터리 온도가 너무 낮으면 가열 모드에서 열관리 시스템이 배터리 내부에 열을 공급하여 온도 상승을 달성한다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 도 4를 참조하면, 열관리 시스템(200)은 압축기(201), 응축기(202) 및 증발기(203)를 포함하며, 그 중에서 압축기(201)와 응축기(202)는 배터리의 열교환 관로(30)와 냉각 회로를 형성하고, 압축기(201)와 증발기(203)는 배터리의 열교환 관로(30)와 가열 회로를 형성한다.
그 중에서, 압축기(201)는 저압 기체를 고압 기체로 상승시키는 구동 유체 기계이다. 압축기(201)의 흡기구는 저온 저압의 냉매 가스(예를 들면 프레온)를 흡입하고, 모터에 의해 피스톤이 구동되어 저온 저압의 냉매 가스를 압축한 후 배기구로 고온 고압의 냉매 가스를 배출하여 냉매의 상변화 사이클에 동력을 제공한다. 압축기(201)는 피스톤 압축기, 스크류 압축기, 원심 압축기 및 선형 압축기 등으로 나눌 수 있다. 이 실시예에서, 압축기(201)의 종류 또는 모델은 제한되지 않으며, 본 분야의 기술자는 실제 상황에 기초하여 적합한 압축기를 선택할 수 있다.
응축기(202)는 기체 또는 증기를 액체로 변환할 수 있는 열교환기이다. 즉, 기체 상태가 액체 상태로 변화하고, 또한 기체 상태가 액체 상태로 변하는 과정에서 발산되는 열을 주변의 공기 매체로 빠르게 전달한다. 응축기(202)는 공냉식 응축기, 수냉식 응축기 또는 분무식 응축기 등으로 나눌 수 있다. 이 실시예에서, 응축기(202)의 종류 또는 모델은 제한되지 않으며, 본 분야의 기술자는 실제 상황에 기초하여 적절한 응축기를 선택할 수 있다.
증발기(203)는 액체 상태의 물질을 기체 상태로 전환할 수 있는 장치로, 저온의 액체 냉매는 증발기(203)를 통해 외부 공기와 열을 교환하여 기체 냉매로 변한다. 기화 과정에서 냉매는 주변 공기로부터 열을 흡수한다. 본 분야의 기술자는 실제 상황에 기초하여 적절한 증발기를 선택할 수 있다.
압축기(201), 응축기(202) 및 열교환 관로(30) 사이에는 냉매(예를 들어, 프레온)를 운반하고 저장하기 위한 "냉각 채널"이 더 설치되고, 배터리의 열교환 관로(30)와 함께 냉각 회로를 구성한다. 즉, 냉각 회로에서 압축기(201)는 저온 저압의 기체 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 압축한 후 응축기(202)를 거쳐 냉각 방열되어 액체 냉매로 변하며, 액체 냉매는 배터리의 열교환 관로(30)로 유입되어 배터리 내부의 열을 흡수하고, 기체 냉매로 증발되고, 기체 냉매는 압축기(201)에 의해 다시 압축될 수 있다. 따라서 냉매는 냉각 회로에서 기액 상변화를 통해 순환 사용되며, 열교환 관로(30)를 통과할 때 배터리 내부의 열을 흡수하여 배터리를 냉각시키는 효과를 얻을 수 있는데, 이때 열교환 관로(30)는 증발기에 해당한다.
압축기(201), 증발기(203) 및 열교환 관로(30) 사이에는 냉매를 운반하고 저장하기 위한 "가열 채널"이 더 설치되고, 배터리의 열교환 관로(30)와 함께 가열 회로를 구성한다. 즉, 가열 회로에서 압축기(201)는 저온 저압의 기체 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 압축하고, 고온 고압의 기체 냉매는 열교환 관로(30)로 유입되어 열을 발산하여 액체 냉매가 된다. 액체 냉매는 증발기(203)에 다시 들어가 증발된 후, 기체 냉매로 되며, 기체 냉매는 압축기(201)에 의해 다시 압축될 수 있다. 따라서 냉매는 냉각 회로에서 기액 상변화를 통해 순환 사용되며, 열교환 관로(30)를 통과할 때, 열을 발산하여 배터리를 가열하는 효과를 얻을 수 있으며, 이때 열교환 관로(30)는 응축기에 해당한다.
가열 회로와 냉각 회로는 모두 압축기와 열교환 관로를 공유하고 가열 회로와 냉각 회로는 또한 동일한 냉매를 공유한다는 것을 이해할 수 있다. 냉각 회로 또는 가열 회로의 도통을 제어함으로써 냉매가 열교환 관로를 통과할 때 상이한 상변화가 발생하게 하여, 냉각 또는 가열 기능을 제공한다.
압축기(201), 응축기(202) 및 증발기(203)는 모두 전기 장치(예를 들어, 전기 자동차)에 설치될 수 있음을 이해할 수 있다. 응축기(202)가 작동하면 주변 공기로 열을 발산하여 주변 공기를 가열하여 뜨거운 공기를 생성하며, 증발기(203)가 작동하면 주변 공기의 열을 흡수하여 주변 공기를 냉각시켜 찬 공기를 발생하는 사실에 기초하여, 응축기(202)와 증발기(203)의 위치를 필요에 따라 합리적으로 설정할 수 있고, 뜨거운 공기와 찬 공기의 2차 활용을 실현할 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차를 예로 들면, 열관리 시스템에서 응축기(202)의 작동에 의해 발생된 뜨거운 공기는 전기 자동차의 차량 객실로 배출되어 운전자 또는 탑승자를 따뜻하게 할 수 있고, 증발기(203)의 작동에 의해 생성된 찬 공기는 전기 자동차의 차량 객실로 배출되어 운전자 또는 탑승자를 시원하게 할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 증발기(203) 및 응축기(202)는 전기 자동차 공조 시스템의 증발기 및 응축기를 사용할 수 있으며, 즉 전기 자동차의 공조 시스템과 열관리 시스템은 증발기와 응축기를 공유할 수 있고, 전기 자동차용 열관리 시스템을 설치할 때 다른 세트의 응축기 및 증발기를 추가할 필요가 없어 전체 비용을 절감할 수 있고 간단한 구조로 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 응축기(202)의 작동에 의해 생성된 뜨거운 공기 또는 증발기(203)의 작동에 의해 생성된 찬 공기는 배기 가스로서 차량 객실 밖으로 배출될 수도 있다. 본 분야의 기술자는 실제 필요에 따라 유연하게 설계할 수 있다.
본 출원의 실시예의 기술 방안에서, 압축기와 응축기는 배터리의 열교환 관로와 냉각 회로를 형성하고, 압축기와 증발기는 열교환 관로와 가열 회로를 형성하여, 열관리 시스템이 배터리에 냉각 및 가열 기능을 제공할 수 있도록 하며, 직접 냉각 시스템 및 가열 필름과 비교하여, 이 열관리 시스템은 구조가 간단하고 신뢰성이 높다. 또한, 응축기 및 증발기의 위치는 필요에 따라 합리적으로 설치하여 뜨거운 공기와 찬 공기의 2차 이용을 실현할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 선택적으로 도 5를 참조하면, 상기 열관리 시스템(200)은 제1 체크 밸브(204), 제2 체크 밸브(205) 및 제어 장치(미도시)를 더 포함하며, 제어 장치는 제1 체크 밸브(204) 및 제2 체크 밸브(205)와 통신적으로 연결된다. 압축기(201)의 배기구는 응축기(202)의 제1 단부와 연통되고, 응축기(202)의 제2 단부는 열교환 관로(30)의 제1 단부와 연통되며, 압축기(201)의 흡기구는 제1 체크 밸브(204)를 통해 열교환 관로(30)의 제2 단부와 연통되어 냉각 회로를 형성한다. 압축기(201)의 배기구는 제2 체크 밸브(205)를 통해 열교환 관로(30)의 제1 단부와 연통되고, 증발기(203)의 제1 단부는 열교환 관로(30)의 제2 단부와 연통되고, 증발기(203)의 제2 단부는 압축기(201)의 흡기구와 연통되어 가열회로를 형성한다.
전술한 압축기(201), 응축기(202), 열교환 관로(30), 증발기(203), 제1 직통 밸브(204)와 제2 직통 밸브(205) 중 임의의 2개 사이의 연통은 도관에 의해 연통될 수 있음을 이해할 수 있다. 따라서 도관은 기체 또는 액체 냉매의 전송 채널 역할을 한다.
상기 "압축기(201)의 흡기구는 제1 체크 밸브(204)를 통해 열교환 관로(30)의 제2 단부와 연통된다"라는 것은 압축기(201)의 흡기구와 열교환 관로(30)의 제2 단부 사이에 도관(1#)이 연결되고, 또한 도관(1#)에 제1 체크 밸브(204)가 설치되는 것임을 수 있다. 전술한 "압축기(201)의 배기구는 제2 체크 밸브(205)를 통해 열교환 관로(30)의 제1 단부와 연통된다"라는 것은 압축기(201)의 배기구와 열교환 관로(30)의 제1 단부 사이에 도관(2#)이 설치되고, 또한 도관(2#)에 제2 체크 밸브(205)가 설치되는 것임을 수 있다. 냉매의 흐름 방향을 기준으로 열교환 관로(30)의 제1 단부는 입구에 해당하고, 제2 단부는 출구에 해당함을 알 수 있다.
전술한 "압축기(201)의 배기구는 응축기(202)의 제1 단부와 연통된다"라는 것은 압축기(201)의 배기구와 응축기(202)의 제1 단부 사이에 도관(3#)이 연결되는 것임을 수 있다. 전술한 "응축기(202)의 제2 단부는 열교환 관로(30)의 제1 단부와 연통된다"라는 것은 응축기(202)의 제2 단부와 열교환 관로(30)의 제1 단부 사이에 도관(4#)이 연결되는 것임을 수 있다. 전술한 "증발기(203)의 제1 단부는 열교환 관로(30)의 제2 단부와 연통된다"라는 것은 증발기(203)의 제1 단부와 열교환 관로(30)의 제2 단부 사이에 도관(5#)이 연결되는 것이을 수 있다. 전술한 "증발기(203)의 제2 단부는 압축기(201)의 흡기구와 연통된다"라는 것은 증발기(203)의 제2 단부와 압축기(201)의 흡기구 사이에 도관(6#)이 연결되는 것임을 수 있다.
도관(1#) 내지 도관(6#)의 부호는 단지 도관을 구별하기 위한 것이며 부호 1#-6#이 도관에 어떠한 제한을 가하지 않는다는 것을 이해할 수 있다. 도관(1#) 내지 도관(6#)은 모든 경질 도관 또는 모든 연질 도관 등과 같은 동일한 종류의 도관일 수 있다.
그 중에서, 제1 체크 밸브(204) 및 제2 체크 밸브(205)는 솔레노이드 밸브 또는 전동 밸브 등과 같은 유체를 제어하기 위한 전자 스위치이다. 제1 체크 밸브(204)가 열리면 제1 체크 밸브(204)가 위치한 도관(1#)은 도통되고, 제1 체크 밸브(204)가 닫히면 제1 체크 밸브(204)가 위치한 도관(1#)은 도통되지 않는다. 마찬가지로, 제2 체크 밸브(205)가 열리되면 제2 체크 밸브(205)가 위치한 도관(2#)은 도통되고, 제2 체크 밸브(205)가 닫히면 제2 체크 밸브(205)가 위치한 도관(2#)은 도통되지 않는다.
제어 장치는 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 전용 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 싱글 칩 마이크로 컴퓨터, ARM(Acorn RISC Machine) 또는 기타 프로그래밍 가능 논리 장치, 개별 게이트 또는 트랜지스터 로직, 개별 하드웨어 구성 요소 또는 이들의 조합일 수 있다.
제어 장치가 각각 제1 체크 밸브(204) 및 제2 체크 밸브(205)와 통신적으로 연결된 것에 기초하여, 냉각 회로를 도통할 필요가 있는 경우, 제어 장치를 통해 제1 체크 밸브(204)는 열리고 제2 체크 밸브(205)는 닫히도록 제어할 수 있다. 가열 회로를 도통할 필요가 있는 경우, 제어 장치를 통해 제2 체크 밸브(205)는 열리고 제1 체크 밸브(204)는 닫히도록 제어할 수 있다.
본 출원의 실시예에서, 전술한 냉각 회로 및 가열 회로의 구조에 기초하여, 제어 장치를 통해 제1 체크 밸브(204) 또는 제2 체크 밸브(205)가 열리도록 선택적으로 제어함으로써, 냉각 회로 또는 가열 회로를 선택적으로 도통할 수 있다. 냉각 회로가 도통되면 압축기(201)와 응축기(202)가 작동하여 배터리에 냉각 기능을 제공할 수 있다. 가열 회로가 도통되면 압축기(201)와 증발기(203)가 작동하여 배터리에 가열 기능을 제공할 수 있다. 즉, 열관리 시스템 세트는 냉방 기능과 난방 기능을 제공할 수 있으며, 또한 열관리 시스템 시스템은 구조가 간단하고 제어가 간단하며 신뢰성이 높다.
본 출원의 일부 실시예에 따르면, 선택적으로, 열관리 시스템은 냉매가 저장되는 저장기를 더 포함한다.
저장기는 진기구(進氣口)와 출기구(出氣口)가 설치된 용기일 수 있다. 저장기의 출기구 및 출기구는 각각 가열 회로 및 냉각 회로에 연결된다. 열관리 시스템이 작동하지 않을 때, 냉매는 저장기에 저장된다. 열관리 시스템이 작동 중일 때, 저장기의 냉매는 압축기에 의해 흡입되며, 이때, 저장기는 압력 완충 역할을 하여 열관리 시스템의 관로가 과도한 압력으로 인해 파손되는 것을 방지하는 할 수 있다.
본 출원의 실시예에서는 저장기를 설치함으로써 한편으로는 충분한 양의 냉매를 저장할 수 있고, 다른 한편으로는 압력 완충 역할을 하여 열관리 시스템의 관로가 과대한 압력으로 인해 파손되는 것을 방지하는 할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 선택적으로, 도 6을 참조하면, 저장기(206)의 진기구는 증발기(203)의 제2 단부와 연통되고, 저장기(206)의 진기구는 제1 체크 밸브(204)를 통해 열교환 관로(30)의 제2 단부와 연통되고, 저장기(206)의 출기구는 압축기(201)의 흡기구와 연통된다.
여기서, 저장기(206)는 도관(6#)에 설치되는 것에 해당하며, 저장기(206)의 출기구는 도관(6#)을 통해 압축기(201)의 흡기구와 연통되고, 저장기(206)의 진기구는 도관(6#)을 통해 증발기(203)의 제2 단부와 연통되며, 또한 도관(1#)의 1 단부는 저장기(206)의 진기구와 연통된다. 즉, 도관(1#)의 1 단부와 도관(6#)의 1 단부는 저장기(206)의 진기구 위치에서 합류한다.
본 출원의 실시예에서, 저장기를 위와 같은 방식으로 설치함으로써, 저장기는 냉각 회로에도 위치할 수 있고, 가열 회로에도 위치할 수 있다. 즉, 열관리 시스템이 냉각 모드에서 작동하든 가열 모드에서 작동하든 저장기는 냉매를 제공하고 완충하는 역할을 할 수 있으며, 또한 전술한 설치 방법은 간단한 구조를 갖는다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 선택적으로, 다시 도 6을 참조하면, 열관리 시스템(200)은 제1 팽창 밸브(207)를 더 포함하며, 제1 팽창 밸브(207)의 제1 단부는 응축기(202)의 제2 단부와 연통되고, 제1 팽창 밸브(207)의 제2 단부는 열교환 관로(30)의 제1 단부와 연통된다.
그 중에서, 제1팽창 밸브(207)는 흐름을 조절하는 역할을 한다. 즉, 액체 냉매는 제1팽창 밸브(207)를 거쳐 저온 저압의 미스트 액체 냉매가 되며, 액체 냉매가 열교환 관로에서 열을 흡수하고 증발할 수 있는 조건을 제공한다. 다른 한편으로, 제1 팽창 밸브(207)는 또한 액체 냉매의 유량을 제어할 수 있어, 열교환 관로(30)의 제2 단부(출구) 위치로 전달되는 냉매가 완전히 기체 상태가 되도록 할 수 있다. 제1 팽창 밸브(207)는 전자 팽창 밸브일 수 있다. 전자 팽창 밸브는 본 분야의 기술자에게 공지되어 있으므로 전자 팽창 밸브의 구조 및 작동 원리는 여기에서 자세히 소개하지 않는다.
제1팽창 밸브(207)는 도관(4#)에 설치되는 것에 해당하므로, 응축기(202)에서 출력된 액체 냉매는 제1팽창 밸브(207)에 의해 흐름이 조절되고 양이 제어된 후 열교환 관로(30)로 다시 유입되어 열교환을 진행한다. 제1팽창 밸브(207)는 제어장치와 통신적으로 연결되므로, 냉각 회로를 도통해야 하는 경우 제어 장치는 제1 팽창 밸브(207)가 켜지도록 제어하고, 또한 제1 체크 밸브(204)가 열리도록 제어한다.
본 출원의 실시예에서는, 응축기(202)와 열교환 관로(30) 사이에 제1팽창 밸브(207)를 설치함으로써, 열교환 관로(30)로 유입되는 냉매가 증기 상태가 되어 열교환 관로(30)에서 열을 흡수한 후 완전히 증발하기 용이하여 열교환 효율이 높다. 또한, 열교환 관로(30)로 유입되는 냉매의 유량을 제어할 수 있어, 냉매 유량의 과다 또는 과소로 인한 부정적인 영향이 없다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 선택적으로 다시 도 6을 참조하면, 열관리 시스템(200)은 제2 팽창 밸브(208)를 더 포함하며, 제2 팽창 밸브(208)의 제1 단부는 증발기(203)의 제1 단부와 연통되고, 제2 팽창 밸브(208)의 제2 단부는 열교환 관로(30)의 제2 단부와 연통된다.
그 중에서, 제2팽창 밸브(208)는 흐름 조절 역할을 한다. 즉 액체 냉매는 제2팽창 밸브(208)를 거쳐 저온 저압의 미스트 액체 냉매가 되며, 액체 냉매가 증발기(203)에서 열을 흡수하여 증발할 수 있는 조건을 제공한다. 다른 한편으로, 제2팽창 밸브(208)는 또한 액체 냉매의 유량을 제어할 수 있어, 증발기(203)로 전달된 냉매가 완전히 기체 상태로 증발되도록 할 수 있다. 제2 팽창 밸브(208)는 전자 팽창 밸브일 수 있다. 전자 팽창 밸브는 본 분야의 기술자에게 공지되어 있으므로 전자 팽창 밸브의 구조 및 작동 원리는 여기에서 자세히 소개하지 않는다.
제2 팽창 밸브(208)는 도관(5#)에 설치된 것에 해당하며, 열교환 관로(30)에서 출력된 액체 냉매는 제2 팽창 밸브(208)에 의해 흐름이 조절되고 양이 제어된 후 증발기(203)로 다시 유입되어 증발된다. 제2 팽창 밸브(208)는 제어 장치와 통신적으로 연결되어 가열 회로를 도통해야 하는 경우, 제어 장치는 제2 팽창 밸브(208)가 켜지도록 제어하고 또한 제2 체크 밸브(205)가 열리도록 제어한다.
본 출원의 실시예에서는 증발기(203)와 열교환 관로(30) 사이에 제2팽창 밸브(208)를 설치함으로써, 증발기(203)로 유입되는 냉매는 증기 상태로 되어 증발기(203)에서 열을 흡수한 후 완전히 증발하기에 편리하여 증발 효율이 높다. 또한, 증발기(203)로 유입되는 냉매의 유량을 제어할 수 있으며, 과다한 냉매 유량으로 인해 불완전하게 증발하지 않는다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 선택적으로, 다시 도 6을 참조하면, 열관리 시스템(200)은 제3 체크 밸브(209)를 더 포함하며, 제3 체크 밸브(209)는 압축기(201)의 배기구와 응축기(202)의 제1 단부 사이의 관로에 설치된다.
제3 체크 밸브(209)는 솔레노이드 밸브 또는 전동 밸브 등과 같은 유체를 제어하기 위한 전자 스위치이다. 제3 체크 밸브(209)는 제어 장치와 통신적으로 연결되므로, 제어 장치가 제3 체크 밸브(209)의 개폐를 제어할 수 있다.
"제3 체크 밸브(209)는 압축기(201)의 배기구와 응축기(202)의 제1 단부 사이의 관로에 설치된다"라는 것은 제3 체크 밸브(209)가 도관(3#)에 설치되어 압축기(201)의 배기구에서 배출된 기체 냉매가 제3 체크 밸브(209)를 거쳐 응축기(202)로 다시 유입되는 것일 수 있다.
냉각 회로를 도통해야 하는 경우, 제어 장치는 제3 체크 밸브(209)가 열리도록 제어하여, 기체 냉매가 응축기(202)로 들어가게 한다. 가열 회로를 도통해야 하는 경우, 제어 장치는 제3 체크 밸브(209)가 닫히도록 제어하여 가열 모드에서 냉매가 응축기(202)로 들어가 난방 효과에 영향을 미치는 것을 방지한다. 또한, 기체 냉매는 제3 체크 밸브(209)의 차단 하에 제2 체크 밸브(205)를 통해 열교환 관로로 전부 유입되어 가열 효율이 높다.
본 출원의 실시예에서, 압축기(201)의 배기구와 응축기(202)의 제1 단부 사이의 관로에 제3 체크 밸브(209)를 설치함으로써, 가열 회로를 도통해야 하는 경우, 제어 장치는 제3 체크 밸브(209)가 닫히도록 제어하여 가열 모드에서 냉매가 응축기(202)로 들어가는 것을 방지한다. 즉, 기체 냉매는 제3 체크 밸브(209)의 차단 하에 제2 체크 밸브를 통해 열교환 관로로 전부 들어가 가열 효율이 높다.
본 출원의 일부 실시예들에 따라, 선택적으로, 다시 도 6을 참조하면, 열관리 시스템(200)은 방열기(210)를 더 포함한다. 방열기(210)는 열을 전도 및 방출하는 장치로서, 예를 들어, 방열기(210)는 팬일 수 있다. 따라서, 방열기(210)는 응축기(202)로부터 열을 발산하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 응축기(202) 작동으로 주변 공기로 발산된 열을 외부 환경으로 더욱 확산한다.
일부 실시예에서, 전기 장치가 전기 자동차인 경우, 방열기(210)를 설치하여 응축기(202)에 의해 생성된 열을 차량 객실로 분산하여 사용자를 따뜻하게 할 수 있다. 또는, 방열기(210) 설치하여 또한 응축기(202)에 의해 생성된 열을 차량의 외부로 분산시킬 수 있다.
방열기(210)와 제어 장치의 통신적 연결에 기초하여, 제어 장치는 필요에 따라 방열기(210)가 작동을 시작하거나 중지하도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 냉각 회로를 도통해야 하는 경우, 방열기(210)가 작동을 시작하도록 제어하여 응축기(202)의 열을 발산시키고; 가열 회로를 도통해야 경우, 방열기(210)가 작동을 중지하도록 제어한다.
본 출원의 실시예에서, 방열기(210)를 설치하여 응축기(202)에 대한 열을 발산하도록 함으로써, 응축기(202) 주변의 열 축적이 효과적으로 방지될 수 있어 응축기(202)가 더 나은 응축 효과를 가질 수 있고, 이에 따라 열관리 시스템(200)의 냉각 효과가 향상될 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 도 6을 참조하면, 본 출원은 압축기(201), 응축기(202), 증발기(203), 방열기(210) 및 제어 장치(미도시)를 포함하는 열관리 시스템(200)을 제공한다. 여기서, 압축기(201)의 흡기구와 열교환 관로(30)의 제2 단부 사이에는 도관(1#)이 연결되고, 도관(1#)에는 제1 체크 밸브(204)가 설치된다. 압축기(201)의 배기구와 열교환 관로(30)의 제1 단부 사이에는 도관(2#)이 연결되고, 도관(2#)에는 제2 체크 밸브(205)가 설치된다. 압축기(201)의 배기구와 응축기(202)의 제1 단부 사이에는 도관(3#)이 연결되고, 도관(3#)에는 제3 체크 밸브(209)가 설치된다. 응축기(202)의 제2 단부와 열교환 관로(30)의 제1 단부 사이에는 도관(4#)이 연결되고, 도관(4#)에는 제1팽창 밸브(207)가 설치된다. 증발기(201)의 제1 단부와 열교환 관로(30)의 제2 단부 사이에는 도관(5#)이 연결되고, 도관(5#)에는 제2 팽창 밸브(208)가 설치된다. 증발기(201)의 제2 단부와 압축기(201)의 흡기구 사이에는 도관(6#)이 연결되고, 도관(6#)에는 저장기(206)는 설치되고, 또한 도관(1#)의 제1 단부와 도관(6#)의 제1 단부는 저장기(206)의 진기구 위치에서 합류한다. 방열기(210)는 응축기(202) 주위에 설치되어 응축기(202)의 열을 발산시킨다.
제어 장치는 압축기(201), 응축기(202), 증발기(203), 방열기(210), 제1 체크 밸브(204), 제2 체크 밸브(205), 제3 체크 밸브(209) 및 제1 팽창 밸브(207), 제2 팽창 밸브(208)와 통신적으로 연결된다. 열관리 시스템(200)이 배터리에 냉각 기능을 제공해야 하는 경우(즉, 냉각 모드에서), 제어 장치는 제1 체크 밸브(204)가 열리고, 제2 체크 밸브(205)가 닫히고, 제3 체크 밸브(209)가 열리고, 제1 팽창 밸브(207)가 켜지고, 제2 팽창 밸브(208)가 닫히도록 제어하고, 또한 압축기(201), 응축기(202), 방열기(210)가 작동하도록 제어한다. 이로써 기체 냉매는 저장기(206)로부터 압축기(201)에 의해 흡입되고, 압축된 후 제3 체크 밸브(209)를 통해 응축기(202)로 유입되어 액체 냉매로 응축된다. 이와 동시에, 방열기(210)는 응축기(202)의 응축 과정에서 발산되는 열을 빼앗고, 액체 냉매는 제1팽창 밸브(207)를 거쳐 열교환 관로(30)로 유입되며, 액체 냉매는 배터리 내부의 열을 흡수하고 증발하여 배터리를 냉각시킨다. 마지막으로, 증발된 기체 냉매는 제1 체크 밸브(204)를 통해 저장기(206)로 들어가 압축기(201)로 재진입하여 다음 냉각 사이클을 진행한다.
열관리 시스템(200)이 배터리에 가열 기능을 제공해야 하는 경우(즉, 가열 모드에서), 제어 장치는 제2 체크 밸브(205)가 열리고, 제1 체크 밸브(204)가 닫히고, 제3 체크 밸브(209)가 닫히고, 제2 팽창 밸브(207)가 켜지도록 제어하고, 또한 압축기(201)와 증발기(203)가 작동하도록 제어한다. 따라서, 기체 냉매는 저장기(206)에 의해 압축기(201)로 흡입되어 압축된 후 고온 고압의 기체 냉매로 된 다음, 제2 체크 밸브(205)를 통해 열교환 관로(30)로 들어가고, 고온 고압의 기체 냉매는 열을 방출하여 배터리를 가열하고, 열을 흡수한 기체 냉매는 액체 냉매로 액화된다. 그런 다음 증발을 위해 제2 팽창 밸브(208)를 거쳐 증발기(203)로 들어가고, 증발된 기체 냉매는 저장기(206)로 들어가며, 압축기(201)로 재진입함으로써 다음 가열 사이클을 진행한다.
또한 압축기, 응축기, 증발기는 모두 전기 장치(예를 들어, 전기 자동차)에 설치할 수 있으며, 열관리 시스템에서 응축기의 작동으로 생성된 뜨거운 공기는 전기 자동차의 차량 객실로 배출되어, 운전자나 탑승자를 따뜻하게 할 수 있으며, 증발기에서 생성된 찬 공기는 전기 자동차의 차량 객실로 배출하여 운전자나 탑승자를 시원하게 할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 증발기 및 응축기는 전기 자동차 공조 시스템의 증발기 및 응축기를 사용할 수 있다. 즉 전기 자동차의 공조 시스템과 열관리 시스템은 증발기와 응축기를 공유할 수 있고, 전기차에 열관리 시스템을 장착 시 별도의 응축기와 증발기 세트를 추가할 필요가 없어, 전체 비용을 절감할 수 있고, 또한 구조가 단순하며 신뢰성을 향상시킬 수 있으며 따뜻한 공기와 찬 공기의 2차 활용을 실현할 수 있다.
본 출원의 실시예의 기술 방안에서, 배터리의 압축기와 응축기가 열교환 관로와 냉각 회로를 형성하고, 압축기와 증발기가 열교환 관로와 가열 회로를 형성함으로써, 열관리 시스템은 배터리에 냉각 및 가열 기능을 제공할 수 있으며, 또한 구조가 간단하고 신뢰성이 높다. 또한, 응축기 및 증발기의 위치는 필요에 따라 합리적으로 설치하여 따뜻한 공기와 찬 공기의 2차 이용을 실현할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따라 도 4를 참조하면, 열관리 시스템(200)은 압축기(201), 응축기(202) 및 증발기(203)를 포함하고, 압축기(201) 및 응축기(202)는 배터리의 열교환 관로(30)와 냉각 회로를 형성하고, 압축기(201) 및 증발기(203)는 열교환 관로(30)와 가열 회로를 형성한다.
열관리 시스템(200)은 통신적으로 연결된 프로세서 및 메모리(미도시)를 더 포함하고, 프로세서는 또한 압축기(201), 응축기(202) 및 증발기(203)와 각각 통신적으로 연결된다. 메모리는 프로세서에 의해 실행 가능한 명령을 저장하며, 이 명령은 프로세서에 의해 수행되어, 프로세서가 아래에 설명된 열관리 시스템의 제어 방법을 실행하게 할 수 있다.
그 중에서, 메모리는 읽기 전용 메모리와 랜덤 액세스 메모리를 포함하고, 또한 프로세서에 명령 및 데이터를 제공할 수 있다. 메모리의 일부는 또한 비휘발성 랜덤 액세스 메모리(Non-Volatile Random Accedd Memory, NVRAM)를 포함할 수 있다. 메모리는 작동 명령, 실행 가능한 모듈 또는 데이터 구조, 또는 이들의 하위 집합 또는 확장된 집합을 저장한다.
프로세서는 신호 처리 기능이 있는 집적 회로 칩일 수 있다. 구현 과정에서 열관리 시스템의 다음 제어 방법의 각 단계는 프로세서의 하드웨어 집적 논리 회로 또는 소프트웨어 형태의 명령에 의해 완료될 수 있다. 전술한 프로세서는 범용 프로세서, 디지털 신호 처리기(diginal signal processing, DSP), 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컨트롤러일 수 있으며, 전용 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field-programmable gate array, FPGA) 또는 기타 프로그래밍 가능 논리 장치, 개별 게이트 또는 트랜지스터 논리 장치, 개별 하드웨어 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 프로세서는 열관리 시스템의 다음 제어 방법을 구현하거나 실행할 수 있다.
본 출원의 실시예에 의해 제공되는 열관리 시스템의 제어 방법의 개략적인 흐름도인 도 7을 참조한다. 이 방법(S100)은 구체적으로 다음 단계를 포함할 수 있다:
S10: 배터리의 현재 온도를 구한다.
S20: 현재 온도가 제1 온도 임계값보다 크거나 같으면, 압축기와 응축기가 작동을 시작하도록 제어하고, 또한 냉각 회로가 도통되도록 제어한다.
S30: 현재 온도가 제2 온도 임계값보다 작거나 같으면, 압축기와 증발기가 작동하도록 제어하고, 또한 가열 회로가 도통되도록 제어한다.
그 중에서, 제1 온도 임계값은 제2 온도 임계값보다 더 크다. 제1 온도 임계값은 고온 임계값이고, 즉 배터리의 작동 온도는 제1 온도 임계값을 초과할 수 없다는 것을 이해할 수 있다. 제2 온도 임계값은 저온 임계값이고, 즉 배터리의 작동 온도는 제2 온도 임계값보다 낮을 수 없다.
현재 온도는 실시간으로 수집된 배터리 내부의 온도이다. 예를 들어, 배터리 내부의 배터리 관리 시스템(BMS)은 적어도 한 곳의 온도를 실시간으로 모니터링하고, 모니터링된 각 온도의 평균값을 현재 온도로 사용할 수 있다. 배터리와 열관리 시스템 간의 통신적 연결을 기반으로 배터리는 현재 온도를 열관리 시스템의 프로세서로 보낼 수 있다.
현재 온도를 구한 후, 현재 온도와 제1 온도 임계값 및 제2 온도 임계값 사이의 크기 관계를 각각 비교하여 현재 온도가 제1 온도 임계값보다 크거나 같은 것으로 모니터링되면 배터리 내부 온도가 너무 높다는 것을 의미하므로, 압축기와 응축기는 작동을 시작하도록 제어된다. 또한, 냉각 회로가 도통되도록 제어하여 기체 냉매가 압축기와 응축기를 거쳐 열교환 관로로 들어가 배터리 내부의 열을 흡수하고 배터리를 냉각시킨 다음, 기체 냉매로 되어 다시 압축기로 돌아가 순환 냉각을 실행한다.
현재 온도가 제2 온도 임계값보다 작거나 같은 것으로 모니터링되면, 배터리 내부 온도가 너무 낮다는 것을 의미하므로 압축기와 증발기가 작동을 시작하도록 제어한다. 또한 가열 회로가 도통되도록 제어하여, 기체 냉매가 압축기를 거쳐 고온 고압의 기체 냉매가 되도록 하며, 그런 다음, 열교환 관로에 들어가 배터리 내부에 열을 공급하여 배터리를 가열하고 방열된 냉매는 액체 냉매가 되고, 그런 다음 증발기로 들어가 기체 냉매로 증발되어 압축기로 다시 돌아가 순환 가열을 진행한다.
압축기, 응축기 및 증발기는 모두 전기 장치(예를 들어, 전기 자동차)에 설치될 수 있다. 응축기가 작동하면 주변 공기로 열을 발산하여 주변 공기를 가열하여 뜨거운 공기를 생성하고, 증발기가 작동하면 주변 공기의 열을 흡수하여 주변 공기를 냉각시켜 찬 공기를 생성한다. 따라서 응축기와 증발기의 위치는 필요에 따라 합리적으로 설치할 수 있으며 상응하는 제어는 뜨거운 공기와 차가운 공기의 2차 이용을 실현할 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차를 예시로 들면, 전기 자동차에는 응축 챔버가 설치되고, 응축 챔버는 제1 진풍구(進風口), 제1 출풍구(出風口) 및 제2 출풍구를 가지며, 제1진풍구는 차량 객실 외부와 연통되고, 제1 출풍구는 차량 객실 내부와 연통되고, 제2 출풍구는 차량 객실 외부와 연통되며, 제1 출풍구에는 제1 댐퍼가 설치되고, 제2 출풍구에는 제2 댐퍼가 설치되며, 응축기는 응축 챔버에 설치된다. 따라서 응축기가 작동하면 응축 챔버의 공기가 냉각되고, 제1 댐퍼가 열리고 제2 댐퍼가 닫히도록 제어하여 차가운 공기를 차량 객실로 불어넣어 사용자를 시원하게 할 수 있으며, 1차 댐퍼가 닫히고 2차 댐퍼가 열리도록 제어하여 찬 공기를 외부 환경으로 불어 낼 수 있다. 유사하게, 전기 자동차에는 증발 챔버가 제공되고 증발 챔버에는 제2 진풍구, 제3 출풍구 및 제4 출풍구를 가지며, 제2 진풍구는 차량 객실 외부와 연통되고, 제3 출풍구는 차량 객실 내부와 연통되고, 제4 출풍구는 차량 객실 외부와 연통되며, 제3 출풍구에는 제3 댐퍼가 설치되고, 제4 출풍구에는 제4 댐퍼가 설치되고, 증발기는 증발 챔버에 설치된다. 따라서 증발기가 작동하면 증발 챔버의 공기가 가열되며, 제3 댐버가 열리고 제4 댐퍼가 닫히도록 제어하여 뜨거운 공기를 차량 객실로 불어넣어 사용자를 따뜻하게 할 수 있으며, 제3 댐퍼가 닫히고 제4 댐퍼가 열리도록 제어하여 뜨거운 공기를 외부 환경으로 불어 낼 수 있다.
본 출원의 실시예의 기술 방안에서, 배터리의 실시간 현재 온도를 구하고 현재 온도가 제1 온도 임계값보다 크거나 같은 경우 압축기와 응축기가 작동을 시작하도록 제어하고 냉각 회로가 도통되도록 제어하며, 현재 온도가 제2 온도 임계값보다 작거나 같으면 압축기와 증발기가 작동을 시작하도록 제어되고 가열 회로가 도통되도록 제어한다. 따라서, 배터리에 냉각 기능 및 가열 기능을 제공할 수 있다. 또한, 응축기 및 증발기에 대응하는 출풍구는 필요에 따라 합리적으로 제어될 수 있으므로 뜨거운 공기와 차가운 공기의 2차 이용을 실현할 수 있다.
본 출원의 일부 실시예들에 따르면, 선택적으로, 도 5를 참조하면, 열관리 시스템(200)은 제1 체크 밸브(204) 및 제2 체크 밸브(205)를 더 포함하고, 압축기(201)의 배기구는 응축기(202)의 제1 단부와 연통되고, 응축기(202)의 제2 단부는 열교환 관로(30)의 제1 단부와 연통되고, 압축기(201)의 흡기구는 제1 체크 밸브(204)를 통해 열교환 관로(30)의 제2 단부와 연통되어 냉각 회로를 형성하며; 압축기(201)의 배기구는 제2 체크 밸브(205)를 통해 열교환 관로(30)의 제1 단부와 연통되고, 증발기(30)의 제1 단부는 열교환 관로(30)의 제2 단부와 연통되며, 증발기(30)의 제2 단부는 압축기(201)의 흡기구와 연통되어 가열 회로를 형성한다.
즉, 압축기(201)의 흡기구와 열교환 관로(30)의 제2 단부 사이에는 도관(1#)이 연결되고, 또한 도관(1#)에는 제1 체크 밸브(204)가 설치된다. 압축기(201)의 배기구와 열교환 관로(30)의 제1 단부 사이에는 도관(2#)이 연결되고, 또한 도관(2#)에는 제2 체크 밸브(205)가 설치된다. 압축기(201)의 배기구와 응축기(202)의 제1 단부 사이에는 도관(3#)이 연결되고, 응축기(202)의 제2 단부와 열교환 관로(30)의 제1 단부 사이에는 도관(4#)이 연결된다. 증발기(30)의 제1 단부와 열교환 관로(30)의 제2 단부 사이에는 도관(5#)이 연결된다. 증발기(30)의 제2 단부와 압축기(201)의 흡기구 사이에는 도관(6#)이 연결된다.
전술한 "냉각 회로가 도통되도록 제어한다"라는 것은 다음을 포함한다.
S21: 제1 체크 밸브는 열리고 제2 체크 밸브는 닫히도록 제어하여 냉각 회로를 도통한다.
본 실시예에서 냉각 회로는 압축기, 응축기, 열교환 관로, 제1체크 밸브를 차례로 포함하므로, 냉각 회로가 도통되도록 제어하는 경우, 때 제1 체크 밸브가 열리도록 제어할 필요가 있다. 도관(3#)과 도관(4#)에 의해 형성된 분기는 도관(2#)와 병렬로 연결되므로, 냉각 중에 냉매가 가열 회로에 들어가는 것을 방지하려면 제2 체크 밸브를 닫아야 한다.
전술한 "가열 회로가 도통되도록 제어한다"라는 것은 다음을 포함한다:
S31: 제1 체크 밸브는 닫히고 제2 체크 밸브는 열리도록 제어하여 가열 회로를 도통한다.
본 실시예에서 가열 회로는 압축기, 제2 체크 밸브, 열교환 관로 및 증발기를 차례로 포함하므로, 가열 회로가 도통되도록 제어하는 경우, 제2 체크 밸브가 열리도록 제어할 필요가 있다. 도관(4#)과 도관(6#)에 의해 형성된 분기는 도관(1#)과 병렬로 연결되므로, 가열 중에 냉매가 냉각 회로로 들어가는 것을 방지하려면 제1 체크 밸브를 닫아야 한다.
제1 체크 밸브가 열리고 제2 체크 밸브가 닫히도록 제어함으로써 냉각 회로를 도통할 수 있고, 제1 체크 밸브가 닫히고 제2 체크 밸브가 열리도록 제어함으로써 가열 회로를 도통할 수 있어, 제어가 간단하고 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 선택적으로, 다시 도 6을 참조하면, 열관리 시스템(200)은 제1 팽창 밸브(207)를 더 포함하고, 제1 팽창 밸브(207)의 제1 단부는 응축기(202)의 제2 단부와 연통되고, 제1 팽창 밸브(207)의 제2 단부는 열교환 관로(30)의 제1 단부와 연통된다.
제1 팽창 밸브(207)는 도관(4#)에 설치되는 것에 해당한다. 제1 팽창 밸브(207)는 전자 팽창 밸브일 수 있다.
전술한 "냉각 회로가 도통되도록 제어한다"라는 것은 다음을 더 포함한다:
S22: 제1 팽창 밸브가 켜지도록 제어한다.
본 실시예에서 냉각 회로는 압축기, 응축기, 제1팽창 밸브, 열교환 관로, 제1체크 밸브를 차례로 포함하므로, 냉각 회로가 도통되도록 제어하는 경우, 제1 체크 밸브가 열리고 제2 체크 밸브가 닫히도록 제어하는 것 외에 제1 팽창 밸브가 켜지도록 제어할 필요가 있다.
냉각시 제1팽창 밸브가 열리도록 제어하여, 열교환 관로로 유입되는 냉매가 증기 상태가 되어 열교환 관로에서 열을 흡수한 후 완전히 증발하기 쉬워 열교환 효율이 높다. 또한 열교환 관로로 들어가는 냉매의 유량을 제어할 수 있어 냉매 유량의 과다 또는 과소로 인해 부정적인 영향을 미치지 않는다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 선택적으로, 다시 도 6을 참조하면, 열관리 시스템(200)은 제2 팽창 밸브(208)를 더 포함하고, 제2 팽창 밸브(208)의 제1 단부는 증발기(203)의 제1 단부와 연통되고, 제2 팽창 밸브(208)의 제2 단부는 열교환 관로(30)의 제2 단부와 연통된다.
제2 팽창 밸브(208)는 도관(5#)에 설치되는 것에 해당한다. 제2 팽창 밸브(208)는 전자 팽창 밸브일 수 있다.
전술한 "가열 회로가 도통되도록 제어한다"라는 것은 다음을 더 포함한다:
S32: 제2 팽창 밸브가 켜지도록 제어한다.
본 실시예에서 가열회로는 압축기, 제2체크 밸브, 열교환 관로, 제2팽창 밸브 및 증발기를 순차적으로 포함하므로, 가열회로가 도통되도록 제어하는 경우, 제2 체크 밸브가 열리고 제1 체크 밸브가 닫히도록 제어하는 것 외에 제2 팽창 밸브가 켜지도록 제어할 필요가 있다.
가열시 제2 팽창 밸브가 열리도록 제어하여 증발기로 유입되는 냉매가 증기 상태가 되어 증발기에서 열을 흡수한 후 완전 증발하기 쉬워 증발 효율이 높다. 또한 증발기로 들어가는 냉매의 유량을 제어할 수 있어 냉매 유량의 과다로 인해 증발이 불완전하지 않다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 선택적으로, 다시 도 6을 참조하면, 열관리 시스템(200)은 제3 체크 밸브(209)를 더 포함하고, 제3 체크 밸브(209)는 압축기(201)의 배기구와 응축기(202)의 제1 단부 사이의 관로에 설치된다.
제3 체크 밸브(209)는 솔레노이드 밸브 또는 전동 밸브 등과 같은 유체를 제어하기 위한 전자 스위치이다. 제3 체크 밸브(209)는 도관(3#)에 설치되어 압축기(201)의 배기구에서 배출된 기체 냉매가 제3 체크 밸브(209)를 거쳐 응축기(202)로 다시 들어가게 한다.
전술한 "냉각 회로가 도통되도록 제어한다"라는 것은 다음을 더 포함한다:
S23: 제3 체크 밸브가 열리도록 제어한다.
냉각 회로를 도통해야 하는 경우, 제3 체크 밸브가 열리도록 제어하여 기체 냉매가 응축기로 들어가게 한다. 가열 회로를 도통해야 하는 경우, 제3 체크 밸브가 닫히도록 제어하여 가열 모드에서 냉매가 응축기로 들어가 가열 효과에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기체 냉매는 제3 체크 밸브의 차단 하에서 제2 체크 밸브를 통해 열교환 관로로 들어가므로 가열 효율이 높다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 선택적으로, 다시 도 6을 참조하면, 열관리 시스템(200)은 방열기(210)를 더 포함한다. 방열기(210)는 열을 전도 및 방출하기 위한 장치로서, 예를 들어 방열기는 팬일 수 있다. 따라서, 방열기(20)는 응축기(202)로부터 열을 발산하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 응축기(202) 작동으로 그 주변 공기로 발산한 열을 외부 환경으로 더욱 전파한다.
방법(S100)은 다음을 더 포함한다:
S40: 현재 온도가 제1 온도 임계값보다 크거나 같으면, 방열기가 작동을 시작하도록 제어한다.
현재 온도가 제1 온도 임계값보다 크거나 같으면, 냉각 회로를 도통하고, 냉각 회로 도통시 방열기가 작동을 시작하도록 제어하여 응축기에서 열을 발산한다.
방열기가 작동을 시작하도록 제어하여 응축기의 열을 발산함으로써 응축기 주변의 열 축적을 효과적으로 방지할 수 있으므로 응축기가 더 나은 응축 효과를 구비하여 열관리 시스템의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
본 출원의 일부 실시예에 따라, 본 출원은 또한 전술한 열관리 시스템 및 전술한 배터리를 포함하는 전기 장치를 제공한다.
전술한 실시예에서, 열관리 시스템은 배터리에 냉각 및 가열 기능을 제공할 수 있고, 구조가 간단하고, 신뢰성이 높으며, 고온 또는 저온 환경에서 전기 장치의 정상적인 작동에 도움이 된다.
위의 각 실시예는 본 출원의 기술 방안을 설명하기 위해 사용된 것일 뿐, 이를 제한하기 위한 것은 아니라는 것을 유의해야 하며; 전술한 실시예를 참조하여 본 출원에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 분야의 기술자는 다음을 이해해야 한다: 전술한 각 실시예에 기재된 기술 방안을 수정하거나 기술적 특징의 일부 또는 전부에 대해 동등한 대체를 수행하는 것은 여전히 가능하며; 이러한 수정 또는 교체는 해당 기술 방안의 본질을 본 출원의 다양한 실시예의 기술 방안의 범위에서 벗어나게 하지 않으며, 이들 모두는 본 출원의 청구범위 및 설명의 범위에 포함된다. 특히, 구조적 충돌이 없는 한, 각 실시예에서 언급된 각각의 기술적 특징은 어떠한 방식으로든 조합될 수 있다. 본 출원은 명세서에 개시된 특정 실시예로 제한되지 않고, 청구범위의 범위 내에 속하는 모든 기술 방안을 포함한다.
10-박스 본체; 11-제1 부분; 12-제2부분; 20-배터리 셀; 30-열관리 관로; 100-배터리; 200-열간리 시스템; 201-압축기; 202-응축기; 203-증발기; 204-제1 체크 밸브; 205-제2 체크 밸브; 206-저장기; 207-제1 팽창 밸브; 208-제2 팽창 밸브; 209-제3 체크 밸브; 210-방열기.

Claims (15)

  1. 열관리 시스템에 있어서, 상기 열관리 시스템은 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하며,
    그 중에서, 상기 압축기와 상기 응축기는 배터리의 열교환 관로와 냉각 회로를 형성하고;
    상기 압축기와 상기 증발기는 상기 열교환 관로와 가열 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 시스템은 제1 체크 밸브, 제2 체크 밸브 및 제어 장치를 더 포함하며, 상기 제어 장치는 각각 상기 제1 체크 밸브 및 상기 제2 체크 밸브와 통신적으로 연결되며;
    상기 압축기의 배기구는 상기 응축기의 제1 단부와 연통되고, 상기 응축기의 제2 단부는 상기 열교환 관로의 제1 단부와 연통되며, 상기 압축기의 흡기구는 상기 제1 체크 밸브를 통해 상기 열교환 관로의 제2 단부와 연통되어 상기 냉각 회로를 형성하며;
    상기 압축기의 배기구는 상기 제2 체크 밸브를 통해 상기 열교환 관로의 제1 단부와 연통되고, 상기 증발기의 제1 단부는 상기 열교환 관로의 제2 단부와 연통되고, 상기 증발기의 제2 단부는 상기 압축기의 흡기구와 연통되어 상기 가열 회로를 형성하며;
    상기 제어 장치는 상기 제1 체크 밸브가 열리고 상기 제2 체크 밸브가 닫히도록 제어하여 상기 냉각 회로를 도통하거나, 또는 상기 제1 체크 밸브는 닫히고 상기 제2 체크 밸브가 열리도록 제어하여 상기 가열 회로를 도통하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 시스템은 저장기를 더 포함하며, 상기 저장기는 냉매를 저장하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 저장기의 진기구는 상기 증발기의 제2 단부와 연통되고, 상기 저장기의 진기구는 상기 제1 체크 밸브를 통해 상기 열교환 관로의 제2 단부와 연통되고, 상기 저장기의 출기구는 상기 압축기의 흡기구와 연통되는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 시스템은 상기 제1 팽창 밸브를 더 포함하며, 상기 제1 팽창 밸브의 제1 단부는 상기 응축기의 제2 단부와 연통되고, 상기 제1 팽창 밸브의 제2 단부는 상기 열교환 관로의 제1 단부와 연통되며;
    상기 제1팽창 밸브는 상기 제어 장치와 통신적으로 연결되고, 상기 제어 장치는 또한 상기 냉각 회로를 도통할 때 상기 제1 팽창 밸브가 켜지도록 제어하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 시스템은 제2 팽창 밸브를 더 포함하며, 상기 제2 팽창 밸브의 제1 단부는 상기 증발기의 제1 단부와 연통되고, 상기 제2 팽창 밸브의 제2 단부는 상기 열교환 관로의 제2 단부와 연통되며;
    상기 제2팽창 밸브는 상기 제어 장치와 통신적으로 연결되고, 상기 제어 장치는 또한 상기 가열 회로를 도통할 때 상기 제2 팽창 밸브가 켜지도록 제어하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 시스템은 제3 체크 밸브를 더 포함하며, 상기 제3 체크 밸브는 상기 압축기의 배기구와 상기 응축기의 제1 단부 사이의 관로에 설치되며;
    상기 제3 체크 밸브는 상기 제어 장치와 통신적으로 연결되고, 상기 제어 장치는 또한 상기 냉각 회로를 도통할 때 상기 제3 체크 밸브가 켜지도록 제어하거나, 또는 상기 가열 회로를 도통할 때 상기 제3 체크 밸브가 닫히도록 제어하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템.
  8. 청구항 2 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 방열기를 더 포함하며, 상기 방열기는 상기 응축기로부터 열을 발산하는 데 사용되며;
    상기 방열기는 상기 제어 장치와 통신적으로 연결되며, 상기 제어 장치는 또한 상기 냉각 회로를 도통할 때 상기 방열기가 작동을 시작하도록 제어하고, 또는 상기 가열 회로를 도통할 때 상기 방열기가 작동을 중지하도록 제어하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템.
  9. 열관리 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 열관리 시스템은 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하며, 상기 압축기와 상기 응축기는 배터리의 열교환 관로와 냉각 회로를 형성하고, 상기 압축기와 상기 증발기는 상기 열교환 관로와 가열 회로를 형성하며;
    상기 방법은:
    상기 배터리의 현재 온도를 구하며;
    상기 현재 온도가 제1 온도 임계값보다 크거나 같으면, 상기 압축기와 상기 응축기가 작동을 시작하도록 제어하고, 또한 상기 냉각 회로가 도통되도록 제어하며;
    상기 현재 온도가 제2 온도 임계값보다 작거나 같으면, 상기 압축기와 상기 증발기가 작동하도록 제어하고, 또한 상기 가열 회로가 도통되도록 제어하며;
    그 중에서, 상기 제1 온도 임계값은 상기 제2 온도 임계값보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템의 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 열관리 시스템은 제1 체크 밸브 및 제2 체크 밸브를 더 포함하고, 상기 압축기의 배기구는 상기 응축기의 제1 단부와 연통되고, 상기 응축기의 제2 단부는 상기 열교환 관로의 제1 단부와 연통되고, 상기 압축기의 흡기구는 상기 제1 체크 밸브를 통해 상기 열교환 관로의 제2 단부와 연통되어 상기 냉각 회로를 형성하며; 상기 압축기의 배기구는 상기 제2 체크 밸브를 통해 상기 열교환 관로의 제1 단부와 연통되고, 상기 증발기의 제1 단부는 상기 열교환 관로의 제2 단부와 연통되며, 상기 증발기의 제2 단부는 상기 압축기의 흡기구와 연통되어 상기 가열 회로를 형성하며;
    상기 냉각 회로가 도통되도록 제어하는 것은:
    상기 제1 체크 밸브는 열리고 상기 제2 체크 밸브는 닫히도록 제어하여 상기 냉각 회로를 도통하는 것을 포함하며;
    상기 가열 회로가 도통되도록 제어하는 것은:
    상기 제1 체크 밸브는 닫히고 상기 제2 체크 밸브는 열리도록 제어하여 상기 가열 회로를 도통하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템의 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 열관리 시스템은 제1 팽창 밸브를 더 포함하고, 상기 제1 팽창 밸브의 제1 단부는 상기 응축기의 제2 단부와 연통되고, 상기 제1 팽창 밸브의 제2 단부는 상기 열교환 관로의 제1 단부와 연통되며;
    상기 냉각 회로가 도통되도록 제어하는 것은:
    상기 제1 팽창 밸브가 켜지도록 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템의 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 열관리 시스템은 제2 팽창 밸브를 더 포함하고, 상기 제2 팽창 밸브의 제1 단부는 상기 증발기의 제1 단부와 연통되고, 상기 제2 팽창 밸브의 제2 단부는 상기 열교환 관로의 제2 단부와 연통되며;
    상기 가열 회로가 도통되도록 제어하는 것은:
    상기 제2 팽창 밸브가 켜지도록 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템의 제어 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 열관리 시스템은 제3 체크 밸브를 더 포함하고, 상기 제3 체크 밸브는 상기 압축기의 배기구와 상기 응축기의 제1 단부 사이의 관로에 설치되며;
    상기 냉각 회로가 도통되도록 제어하는 것은:
    상기 제3 체크 밸브가 켜지도록 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템의 제어 방법.
  14. 청구항 9 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열관리 시스템은 방열기를 더 포함하고, 상기 방열기는 상기 응축기로부터 열을 발산하는 데 사용되며;
    상기 방법은:
    상기 현재 온도가 상기 제1 온도 임계값보다 크거나 같으면, 상기 방열기가 작동을 시작하도록 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열관리 시스템의 제어 방법.
  15. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 따른 상기 열관리 시스템 및 상기 배터리를 포함하는, 전기 장치.
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