WO2018105925A1 - 차량용 열관리 시스템 - Google Patents

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WO2018105925A1
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cooling
cooling water
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이해준
이정훈
안용남
이성제
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한온시스템 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle thermal management system, and more particularly to a vehicle thermal management system for cooling or heating the electronic device of the autonomous driving system.
  • an autonomous system of a vehicle includes electronics such as a computer, a lidar, a radar, a sensor, and the like.
  • electronics such as a computer, a lidar, a radar, a sensor, and the like.
  • a series of thermal managements for cooling or heating an electronic component including the above-described electronic device are essential.
  • Conventional vehicle thermal management systems include a cooling subsystem comprising a coolant and a heat exchanger, an HVAC subsystem having a first coolant loop with heating means and a cooling means, a power transmission cooling subsystem with a radiator and a second coolant loop; And means for controllably connecting the first coolant loop and the second coolant loop.
  • the refrigerant flows in the first coolant loop, and the electric compressor, the capacitor, the expansion valve, and the chiller are sequentially provided in the flow direction of the refrigerant.
  • the electric compressor sucks the refrigerant, compresses the refrigerant, and discharges the gas in a high temperature and high pressure gas state.
  • the condenser heat-exchanges the refrigerant blown with the blower.
  • An expansion valve is disposed between the capacitor and the chiller to expand the refrigerant.
  • the chiller heat exchanges the low temperature low pressure refrigerant expanded in the expansion valve with the cooling water in the cooling water line.
  • a coolant flows inside the second coolant loop to cool or heat a power transmission means such as a motor.
  • the coolant introduced through heat exchange with the motor flows through the low temperature radiator (LTR) to the heat storage unit or through the chiller, heats with the refrigerant, cools, and then flows to the heat storage unit.
  • the cooling water line is equipped with a water pump for circulating the cooling water.
  • Conventional vehicle thermal management system is unable to reliably and continuously cool the heat source in the event of a failure of the system, and thus may not be able to autonomously drive itself when applied to autonomous vehicles. In the worst case, an accident can occur due to an autonomous driving malfunction.
  • the present invention provides a vehicle thermal management system that can be configured in a plurality of means for thermal management for the electronic component (autonomous vehicle) for the autonomous vehicle and can perform an efficient interworking therebetween.
  • the thermal management system for a vehicle is a system for cooling electrical components required for autonomous driving of a vehicle, the electrical system using a first system for cooling electrical components through its own cooling structure, and a refrigerant cycle for performing air conditioning inside a vehicle. At least two or more systems may be applied to cool the electronic component, from a second system for cooling the component and a third system for cooling the electronic component using a separate refrigerant or coolant cycle.
  • thermal management of electrical components is performed using the first system and the third system.
  • thermal management of electrical components is performed using the first system and the second system.
  • the cooling water circulating the electrical component using the cooling heat source of the second system is configured to be cooled, and the third system and the second system in conjunction with each other to selectively cool the cooling water circulating the electrical component.
  • the second system assists the self-cooling system and the third system to cool the coolant selectively circulating electrical components.
  • Sensing means for sensing a state of at least two selected ones of the first system, the third system and the second system; And communication means for performing communication between at least two selected ones of the first system, the third system, and the second system.
  • one system detects a failure and the other system supplements it to perform thermal management of the electronic component.
  • the state of the system sensed by the sensing means is temperature information.
  • the temperature control head for sensing the state of the second system and control the operation; And a stand-alone controller for sensing the state of the third system and controlling the operation, wherein the temperature control head and the sensing line of the stand-alone controller are interlocked with each other.
  • the first system performs cooling of the electric component using at least one of heat dissipation, conduction, and convection.
  • the third system comprises: a first refrigerant line which is a flow passage of the refrigerant; A first compressor for sucking and compressing the refrigerant and then discharging the refrigerant in a gaseous state at high temperature and high pressure; A first capacitor condensing the refrigerant by exchanging heat with air; A first expansion valve for expanding the refrigerant; A first chiller for heat-exchanging the refrigerant and the cooling water; And a first cooling water line passing through the first chiller and flowing through the first chiller.
  • the first cooling water line is provided with a heater for heating the cooling water.
  • the method may include a first branch line branched from the first cooling water line and bypassing the first chiller, and a first low temperature radiator provided at the first branch line to heat-exchange air and cooling water.
  • the second system comprises: a second refrigerant line which is a flow passage of the refrigerant; A second compressor for sucking and compressing the refrigerant and then discharging the refrigerant in a gaseous state at a high temperature and high pressure; A second capacitor condensing the refrigerant by exchanging heat with air; Expansion means for expanding the refrigerant; An evaporator provided inside the air conditioning case to heat exchange the refrigerant with air discharged into the vehicle interior; A third refrigerant line bypassing the evaporator; A second chiller provided in the third refrigerant line to exchange heat between the refrigerant and the cooling water; And a second cooling water line passing through the second chiller and flowing through the second chiller.
  • a second refrigerant line which is a flow passage of the refrigerant
  • a second compressor for sucking and compressing the refrigerant and then discharging the refrigerant in a gaseous state at a high temperature and high pressure
  • the second branching line branched from the second cooling water line and bypassing the second chiller, and a second low temperature radiator provided in the second branching line to exchange heat between the air and the cooling water.
  • the first cooling water line flowing through the third system A second cooling water line flowing through the second system; A third cooling water line connected to the first cooling water line and the second cooling water line, the third cooling water line being a flow passage of the cooling water exchanged with the electric component; And a dual cooling valve selectively communicating the third cooling water line with the first cooling water line and the second cooling water line.
  • the thermal management system for a vehicle is capable of continuously cooling an autonomous driving system even when one cooling system fails, and when there is no cooling load in a room, the electric vehicle parts of an autonomous vehicle through a conventional air conditioning system and a conventional system. Simultaneous cooling of the battery minimizes compressor power, contributing to improved mileage.
  • the self-cooling system can improve the autonomous driving stability by preventing the worst situation through the cooling structure of the self-cooling system.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view for explaining a cooling method of a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram showing a control unit of the vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 illustrates a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • 5 to 7 illustrate an operation example of a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view for explaining a cooling method of a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is FIG. Is a block diagram illustrating a control unit of a vehicle thermal management system according to an exemplary embodiment.
  • the vehicle thermal management system is an electronic device (electronic device) such as the computer 112, rider, radar, sensor 111 of the autonomous vehicle 100 : Performs a series of thermal management to cool or heat 110, the first system 200 as a first module, the second system 300 as a second module and the third system 400 as a third module. Include.
  • the first system 200 is a self cooling system and cools the electric component 110 of the autonomous vehicle through its own cooling structure.
  • the first system 200 performs cooling of the electrical component 110 by using at least one of heat dissipation, conduction, and convection.
  • the first system 200 does not have a separate power source, for example, an electric compressor (refrigerant cycle). Cooling of the electrical component 110 is performed through the cooling structure.
  • the second system 300 is a conventional system.
  • the second system 300 cools the electric component 110 required for autonomous driving of the vehicle by using a refrigerant cycle that performs air conditioning inside the vehicle.
  • the second system 300 includes a heating unit and a cooling unit to perform air conditioning in a vehicle interior.
  • the second system 300 includes a HVAC structure that performs heating, ventilation, and cooling. Can be done.
  • the second system 300 may be provided with blower means for selectively introducing outside air or bet on one side, and devices for discharging the inside or outside air introduced therein to be discharged to the interior of the vehicle.
  • the refrigerant cycle of the second system 300 may perform a function of recovering waste heat of a heat source unit such as a battery of a vehicle.
  • the cooling means may be configured as an evaporator using a refrigerant
  • the heating means may be configured as a heater core or PTC heater using cooling water for cooling the engine in the case of an internal combustion engine vehicle.
  • the second system 300 may have a structure for cooling a battery such as an electric vehicle.
  • the third system 400 is a stand alone system configured to cool or heat the coolant circulating in the electrical component 110, and is provided separately from the second system 300 to independently cool and heat the system. It is a system to perform.
  • the third system 400 cools or heats the cooling water and performs thermal management of the electronic component 110 using the heat source.
  • the electronic component 110 of the autonomous vehicle is cooled through the self cooling structure of the first system 200. If the heat generation amount of the electronic component 110 is excessive and cooling is impossible or insufficient by the first system 200 itself, the cooling water cooled through the third system 400 is supplied to the electronic component 110 to perform cooling. Done.
  • the second system 300 includes a cooling heat source such as a chiller to be described later, and is configured to be able to cool the cooling water circulating in the electric component 110 by using the cooling heat source of the second system 300. Detailed configuration thereof will be described later.
  • the third system 400 and the second system 300 interlock with each other and are configured to selectively cool the cooling water circulating in the electric component 110.
  • the second system 300 assists the first system 200 and the third system 400 to selectively cool the cooling water circulating through the electronic component 110.
  • main cooling of the electric component 110 that is a heat source is performed using only the self-cooling system 200. More preferably, the main cooling is performed using the first system 200 and the third system 400.
  • the second system 300 basically performs cooling and heating of a vehicle interior, and performs auxiliary cooling that complements the first system 200 and the third system 400 together.
  • the vehicle thermal management system has a dual cooling structure that performs dual cooling.
  • the thermal management system for a vehicle may be largely configured with four types of cooling modes.
  • the electric component 110 is cooled using only the self-cooling system 200.
  • the first mode may be applied in an environment in which the heat generation of the electronic component 110 is not large. Since it does not use a separate power, it contributes greatly to the fuel economy of the vehicle.
  • the second mode the electronic component 110 is cooled by using the first system 200 and the third system 400.
  • the second mode is the most basic cooling mode, which is a cooling mode that can be recommended in a normal environment.
  • the electronic component 110 is cooled by using the first system 200 and the second system 300.
  • the third mode is a cooling mode that is applied in an emergency, and is a mode that enables continuous cooling of the electric component 110 by supplementing it when a failure of the third system 400 occurs.
  • the fourth mode performs cooling of the electronic component 110 using all of the first system 200, the third system 400, and the second system 300.
  • the fourth mode can be applied in an environment where the heat generation of the electronic component 110 is very large.
  • a vehicle thermal management system includes sensing means and communication means.
  • the sensing means detects a state of at least two systems selected from the first system 200, the third system 400, and the second system 300.
  • the state of the system sensed by the sensing means may be temperature information, and other information such as humidity, current, and voltage.
  • the communication means performs communication between at least two systems selected from the first system 200, the third system 400, and the second system 300.
  • the sensing means detects a failure of at least two systems selected from the first system 200, the third system 400, and the second system 300, and determines if one system fails, the remaining system determines this. By controlling to complement, thermal management of the electrical component 110 is carried out continuously and stably.
  • Vehicle thermal management system includes a temperature control head 350 and the stand-alone controller 450.
  • the temperature control head 350 senses the state of the second system 300 and controls its operation.
  • a stand-alone controller 450 senses the state of the third system 400 and controls its operation.
  • the temperature control head 350 and the sensing line 140 of the independent controller 450 are interlocked with each other.
  • the temperature control head 350 and the stand-alone controller 450 may be connected to communicate with each other through a communication means, and may require operation with each other when cooling of the electric component is required.
  • the temperature control head 350 controls the operation of the second system 300
  • the standalone controller 450 controls the operation of the third system 400.
  • the dotted line shows the actuator line 130 of the temperature control head 350 and the stand-alone controller 450, and the actuator line 130 therebetween is connected and interworked with each other.
  • the dashed-dotted line shows the sensing line 140, and is a basis for determining whether or not a failure occurs by sensing the states of the first system 200, the second system 300, and the third system 400. Used as.
  • the communication means consists of a communication line 120 shown in solid lines in FIG.
  • the communication line 120 may be configured of CAN (Controller Area Network) communication, H / W (Hard Wire) communication, and the like, and may be configured of at least two lines so that another communication line may be generated even when a failure of one communication line occurs. It is configured to be operable.
  • CAN Controller Area Network
  • H / W Hard Wire
  • FIGS. 5 to 7 illustrate an operation example of the vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • the third system 400 includes a first refrigerant line 415 that is a flow path of a refrigerant, a first compressor 411, and a first capacitor 412 that condenses the refrigerant by exchanging heat with air. And a first expansion valve 413 for expanding the refrigerant, a first chiller 414 for exchanging the refrigerant with the cooling water, and a first cooling water line 424.
  • the first compressor 411 sucks the refrigerant, compresses the refrigerant, and discharges the refrigerant in a gas state of high temperature and high pressure. It is preferable that the 1st compressor 411 is comprised by an electric compressor.
  • the first capacitor 412 heat-exchanges the air blown from the first blower 417 and the high temperature and high pressure refrigerant discharged from the first compressor 411.
  • the first expansion valve 413 is disposed between the first capacitor 412 and the first chiller 414 to expand the refrigerant.
  • the first chiller 414 heat-exchanges the low-temperature low-pressure refrigerant expanded by the first expansion valve 413 with the cooling water of the first cooling water line 424.
  • the first cooling water line 424 is a flow passage of the cooling water that is heat-exchanged with the electric component 110, and passes through the first chiller 414.
  • the first cooling water line 424 is provided with a heater 422 for heating the cooling water.
  • the heater 422 may be configured as an electrically operated electric heater or other various forms. In the present embodiment, the cooling of the electrical components is mainly described, but the electrical components require not only cooling but also heating, such as temperature control and preheating, to maintain a proper temperature.
  • the heater 422 increases the temperature of the cooling water to enable temperature control of the electrical components.
  • the first cooling water line 424 includes a heat storage unit 418 for storing a cooling heat source or a heating heat source, a first water pump 419 for circulating the cooling water, and a cooling water temperature sensor 423 for sensing the temperature of the cooling water. ).
  • the third system 400 includes a first branch line 421, a first low temperature radiator 416, and a first valve 420.
  • the first branch line 421 is branched from the first cooling water line 424 to bypass the first chiller 414.
  • the first low temperature radiator 416 is provided in the first branch line 421 to exchange heat between the air blown by the first blower 417 and the cooling water.
  • the first valve 420 is provided at branch points of the first coolant line 424 and the first branch line 421 so that the coolant circulated through the electric component 110 may be the first chiller 414 and the first low temperature radiator. Adjust the flow of coolant to selectively flow to at least one of 416.
  • the first valve 420 can be operated to flow coolant to one of the first chiller 414 and the first low temperature radiator 416 or both.
  • the high temperature cooling water circulating through the electric component 110 and recovering waste heat is cooled while passing through the first chiller 414.
  • the second system 300 includes a second refrigerant line 315 which is a flow path of the refrigerant, a second compressor 311, a second capacitor 312 which condenses the refrigerant by heat exchange with air, and an expansion that expands the refrigerant.
  • the second compressor 311 sucks the refrigerant, compresses the refrigerant, and discharges the refrigerant in a gaseous state of high temperature and high pressure.
  • the second capacitor 312 heat exchanges the air blown from the second blower 320 with the high temperature and high pressure refrigerant discharged from the second compressor 311.
  • the expansion means expands the refrigerant, and includes the second expansion valve 313 and the third expansion valve 318 in this embodiment.
  • the second expansion valve 313 is disposed between the second capacitor 320 and the evaporator 314 to expand the refrigerant.
  • the third expansion valve 318 is disposed between the second capacitor 320 and the second chiller 316 to expand the refrigerant.
  • the evaporator 314 is provided inside the air conditioning case to heat exchange the refrigerant with the air discharged into the vehicle interior.
  • the air conditioning case may include a heating means such as a heater core, a PTC heater, a temperature control door, a blowing means for introducing an internal air or an external air, and the like.
  • the third refrigerant line 317 is branched from the second refrigerant line 315 to bypass the evaporator 314. That is, the refrigerant passing through the second condenser 312 passes through the second expansion valve 313, passes through the evaporator 314, or passes through the third chiller 316 through the third expansion valve 318. As a result, the evaporator 314 and the second chiller 316 are arranged in parallel to the refrigerant line. Branching points of the third refrigerant line 317 and the second refrigerant line 315 may be provided with a separate valve (not shown) for controlling the flow of the refrigerant.
  • the second chiller 316 is provided in the third refrigerant line 317 to exchange heat with the low temperature low pressure refrigerant expanded in the third expansion valve 318 with the cooling water of the second cooling water line 325.
  • the second cooling water line 325 is a flow passage of the cooling water that is heat-exchanged with the electric component 110, and passes through the second chiller 316.
  • the second cooling water line 325 is provided with a second water pump 326 for circulating the cooling water.
  • the second system 300 includes a second branch line 321, a second low temperature radiator 319, a second valve 322, and a third valve 324.
  • the second branch line 321 is branched from the second cooling water line 325 to bypass the second chiller 316.
  • the second low temperature radiator 319 is provided in the second branch line 321 to exchange heat between the air blown by the second blower 320 and the cooling water.
  • the vehicle thermal management system further includes a third cooling water line 501 and a dual cooling valve 500.
  • the first coolant line 424 flows through the third system 400, and the second coolant line 325 flows through the second system 300.
  • the third cooling water line 501 is connected to the first cooling water line 424 and the second cooling water line 325, and is a flow passage of the cooling water that is heat-exchanged with the electric component 110.
  • the dual cooling valve 500 selectively communicates the third coolant line 501 with the first coolant line 424 and the second coolant line 325.
  • the first valve 420, the second valve 322, the third valve 324, and the dual cooling valve 500 may be configured in the form of a three-way valve.
  • FIG. 5 illustrates a second mode of performing thermal management using the first system 200 and the third system 400.
  • the first system 200 performs cooling of the electronic component 110 through its own cooling structure.
  • the refrigerant discharged from the first compressor 411 is the first refrigerant line 412, the first expansion valve 413 and the first chiller 414 in sequence to the first refrigerant line Flow along 415.
  • the coolant flowing through the third coolant line 501 is heat-exchanged with the electronic component 110 to recover waste heat, and passes the first valve 420 through the heat storage unit 418 through the first coolant line 424.
  • Some of the cooling water flows to the first chiller 414, and another part of the cooling water flows to the first low temperature radiator 416 along the first branch line 421 and is cooled.
  • the coolant passing through the first chiller 414 is cooled by heat exchange with the low temperature low pressure refrigerant passing through the first expansion valve 413 in the first refrigerant line 415, and then passes through the first low temperature radiator 416. Join and pass through heater 422. In this case, the heater 422 is off. Thereafter, the coolant is circulated to the third coolant line 501 through the dual cooling valve 500.
  • the second system 300 performs the air conditioning and battery cooling function of the original vehicle interior irrespective of the cooling of the electronic components of the third system 400.
  • the refrigerant discharged from the second compressor 411 is a second refrigerant line in order to the second capacitor 312, the second expansion valve 313 and the evaporator 314 in sequence. Flow along 315. In this case, some of the refrigerant passing through the second condenser 312 flows to the evaporator 314, and the other part passes through the third expansion valve 318 along the third refrigerant line 317 to the second chiller 316. Flow.
  • the coolant that recovers the waste heat by heat exchange with the battery 323 of the vehicle passes through the second chiller 316 along the second coolant line 325 and exchanges heat with the low temperature low pressure refrigerant by the third expansion valve 318. And cooled.
  • some of the coolant passing through the battery 323 flows to the second chiller 316 side, and the other part flows to the second low temperature radiator 319 along the second branch line 321 to cool the second valve.
  • Through the 322 is joined to the second cooling water line 325 is circulated.
  • the coolant passing through the second chiller 316 circulates through the second water pump 326 through the second valve 322, passes through the second coolant line 325, and opens the battery 323 through the third valve 324. Circulate In this case, the dual cooling valve 500 and the third valve 324 close the communication between the second coolant line 325 and the third coolant line 501, the coolant does not pass through each other.
  • FIG. 6 illustrates a third mode of performing thermal management using the first system 200 and the second system 300.
  • the first system 200 performs cooling of the electronic component 110 through its own cooling structure.
  • the third system 400 is stopped due to a failure or the like.
  • the refrigerant discharged from the second compressor 311 is a second refrigerant line 315 in sequence to the second capacitor 312, the second expansion valve 313 and the evaporator 314 in sequence. Flow along In this case, some of the refrigerant passing through the second condenser 312 flows to the evaporator 314, and the other part passes through the third expansion valve 318 along the third refrigerant line 317 to the second chiller 316. Flow.
  • the coolant that recovers the waste heat by heat exchange with the battery 323 of the vehicle passes through the second chiller 316 along the second coolant line 325 and exchanges heat with the low temperature low pressure refrigerant by the third expansion valve 318. And cooled.
  • some of the coolant passing through the battery 323 flows to the second chiller 316 side, and the other part flows to the second low temperature radiator 319 along the second branch line 321 to cool the second valve.
  • Through the 322 is joined to the second cooling water line 325 is circulated.
  • the coolant passing through the second chiller 316 circulates through the second water pump 326 through the second valve 322, passes through the second coolant line 325, and opens the battery 323 through the third valve 324. Circulate In this case, the dual cooling valve 500 and the third valve 324 open the communication between the second coolant line 325 and the third coolant line 501 to allow the coolant to communicate with each other.
  • the coolant that recovers the waste heat by heat-exchanging with the electric component 110 along the third coolant line 501 flows into the second coolant line 325 through the third valve 324 and respectively the second chiller 316. After passing through the second low temperature radiator 319 and the third cooling water line 501 is circulated through the dual cooling valve 500.
  • FIG. 7 illustrates a fourth mode in which thermal management is performed using all of the first system 200, the third system 400, and the second system 300.
  • the first system 200 performs cooling of the electronic component 110 through its own cooling structure.
  • the refrigerant discharged from the first compressor 411 is the first refrigerant line 412, the first expansion valve 413 and the first chiller 414 in sequence to the first refrigerant line Flow along 415.
  • the coolant flowing through the third coolant line 501 is heat-exchanged with the electronic component 110 to recover waste heat, and passes the first valve 420 through the heat storage unit 418 through the first coolant line 424.
  • Some of the cooling water flows to the first chiller 414, and another part of the cooling water flows to the first low temperature radiator 416 along the first branch line 421 and is cooled.
  • the coolant passing through the first chiller 414 is cooled by heat exchange with the low temperature low pressure refrigerant passing through the first expansion valve 413 in the first refrigerant line 415, and then passes through the first low temperature radiator 416. Join and pass through heater 422. In this case, the heater 422 is off. Thereafter, the coolant is circulated to the third coolant line 501 through the dual cooling valve 500.
  • the refrigerant discharged from the second compressor 411 is the second refrigerant line 315 in sequence to the second capacitor 312, the second expansion valve 313 and the evaporator 314 in sequence. Flow along In this case, some of the refrigerant passing through the second condenser 312 flows to the evaporator 314, and the other part passes through the third expansion valve 318 along the third refrigerant line 317 to the second chiller 316. Flow.
  • the coolant that recovers the waste heat by heat exchange with the battery 323 of the vehicle passes through the second chiller 316 along the second coolant line 325 and exchanges heat with the low temperature low pressure refrigerant by the third expansion valve 318. And cooled.
  • some of the coolant passing through the battery 323 flows to the second chiller 316 side, and the other part flows to the second low temperature radiator 319 along the second branch line 321 to cool the second valve.
  • Through the 322 is joined to the second cooling water line 325 is circulated.
  • the coolant passing through the second chiller 316 circulates through the second water pump 326 through the second valve 322, passes through the second coolant line 325, and opens the battery 323 through the third valve 324. Circulate In this case, the dual cooling valve 500 and the third valve 324 open the communication between the second coolant line 325 and the third coolant line 501 to allow the coolant to communicate with each other.
  • the coolant that recovers the waste heat by heat-exchanging with the electric component 110 along the third coolant line 501 flows into the second coolant line 325 through the third valve 324 and respectively the second chiller 316. After passing through the second low temperature radiator 319 and the third cooling water line 501 is circulated through the dual cooling valve 500.

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Abstract

자율주행 차량용 전장부품(전자장치)에 대한 열관리를 위한 수단을 다중으로 구성하고 이들 간의 효율적인 연동을 수행할 수 있는 차량용 열관리 시스템이 개시된다. 차량용 열관리 시스템은 차량의 자율주행에 필요한 전장부품을 냉각하는 시스템으로서, 전장부품을 자체의 냉각 구조를 통해 냉각하는 제1 시스템과, 차량 실내 공조를 수행하는 냉매 사이클을 이용하여 전장부품을 냉각하는 제2 시스템과, 별도의 냉매 또는 냉각수 사이클을 이용하여 전장부품을 냉각하는 제3 시스템 중에서, 적어도 2가지 이상의 시스템을 적용하여 전장부품을 냉각하도록 구성된다.

Description

차량용 열관리 시스템
본 발명은 차량용 열관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율주행 시스템의 전자장치를 냉각 또는 가열하기 위한 차량용 열관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 자율주행 시스템(Autonomous system)에는 컴퓨터, 라이더(Lidar), 레이더(Radar), 센서 등의 전자장치(Electronics)가 구비된다. 차량의 자율주행을 위해서는 전술한 전자장치를 포함한 전장부품을 냉각 또는 가열하는 일련의 열관리가 필수적으로 요구된다.
한편, 선 출원된 미국등록특허 제7841431호(2010.11.30)에는 동력전달 냉각 서브시스템(Power train cooling subsystem)과, 냉장 서브시스템(Refrigeration subsystem)과, 배터리 냉각 서브시스템(Battery cooling subsystem)과, HVAC 서브시스템(Heating, ventilation and cooling subsystem)으로 구성되는 차량 열관리 시스템이 개시된바 있다.
종래의 차량용 열관리 시스템은 냉각제와 열교환기를 포함하는 냉각 서브시스템과, 가열 수단과 냉각 수단을 갖는 제1 냉각제 루프를 갖는 HVAC 서브시스템과, 라디에이터를 갖고 제2 냉각제 루프를 갖는 동력전달 냉각 서브시스템과, 제1 냉각제 루프와 제2 냉각제 루프를 제어 가능하게 연결하도록 하는 수단을 포함하여 이루어진다.
이러한 제1 냉각제 루프에는 냉매가 유동하며, 전동 압축기와, 컨덴서와, 팽창 밸브 및 칠러가 냉매의 유동 방향으로 순차로 구비된다. 전동 압축기는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출한다. 컨덴서는 블로워에서 송풍되는 공기와 냉매를 열교환시킨다. 팽창 밸브는 컨덴서와 칠러의 사이에 배치되어 냉매를 팽창시킨다. 칠러는 팽창 밸브에서 팽창된 저온저압의 냉매를 냉각수 라인의 냉각수와 열교환시킨다.
또한, 제2 냉각제 루프에는 내부에 냉각수가 유동하며, 모터와 같은 동력전달수단을 냉각 또는 가열한다. 모터와 열교환되고 순환되어 유입된 냉각수는 저온 라디에이터(LTR)를 지나 열저장부로 흐르거나 칠러를 통과하면서 냉매와 열교환되어 냉각된 후 열저장부로 흐른다. 냉각수 라인에는 냉각수를 순환시키는 워터 펌프가 구비된다.
종래의 차량용 열관리 시스템은 시스템의 고장시 열원부를 안정적이고 지속적으로 냉각할 수 없고, 이로 인해 자율주행 차량에 적용할 경우 자율주행 자체가 불가능해질 수 있다. 최악의 상황에는 자율주행 오작동 발생으로 인해 사고가 발생할 수 있다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 자율주행 차량용 전장부품(전자장치)에 대한 열관리를 위한 수단을 다중으로 구성하고 이들 간의 효율적인 연동을 수행할 수 있는 차량용 열관리 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템은 차량의 자율주행에 필요한 전장부품을 냉각하는 시스템으로서, 전장부품을 자체의 냉각 구조를 통해 냉각하는 제1 시스템과, 차량 실내 공조를 수행하는 냉매 사이클을 이용하여 전장부품을 냉각하는 제2 시스템과, 별도의 냉매 또는 냉각수 사이클을 이용하여 전장부품을 냉각하는 제3 시스템 중에서, 적어도 2가지 이상의 시스템을 적용하여 전장부품을 냉각하도록 구성된다.
상기에서, 제1 시스템과 제3 시스템을 이용하여 전장부품의 열관리를 수행한다.
상기에서, 제1 시스템과 제2 시스템을 이용하여 전장부품의 열관리를 수행한다.
상기에서, 제2 시스템의 냉방열원을 이용하여 상기 전장부품을 순환하는 냉각수를 냉각 가능하도록 구성되고, 상기 제3 시스템 및 제2 시스템이 서로 연동하여 상기 전장부품을 순환하는 냉각수를 선택적으로 냉각한다.
상기에서, 제2 시스템은 상기 셀프쿨링 시스템 및 제3 시스템을 보조하여 선택적으로 전장부품을 순환하는 냉각수를 냉각한다.
상기에서, 제1 시스템, 제3 시스템 및 제2 시스템 중 선택된 적어도 2개의 시스템의 상태를 감지하는 센싱 수단; 및 상기 제1 시스템, 제3 시스템 및 제2 시스템 중 선택된 적어도 2개의 시스템 간의 통신을 수행하는 통신 수단을 구비한다.
상기에서, 제1 시스템, 제3 시스템 및 제2 시스템 중 선택된 적어도 2개의 시스템에 있어서, 하나의 시스템이 고장시 이를 감지하고 나머지 시스템이 이를 보완하여 전장부품의 열관리를 수행한다.
상기에서, 센싱 수단이 감지하는 시스템의 상태는 온도 정보이다.
상기에서, 제2 시스템의 상태를 감지하고 작동을 제어하는 온도 조절 헤드; 및 상기 제3 시스템의 상태를 감지하고 작동을 제어하는 독립형 컨트롤러를 구비하고, 상기 온도 조절 헤드와 독립형 컨트롤러의 센싱 라인이 서로 연동 구성된다.
상기에서, 제1 시스템은 방열, 전도, 대류 중 적어도 하나를 이용하여 전장부품의 냉각을 수행한다.
상기에서, 제3 시스템은: 냉매의 유동 통로인 제1 냉매라인; 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하는 제1 압축기; 냉매를 공기와 열교환시켜 응축시키는 제1 컨덴서; 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브; 냉매와 냉각수를 열교환시키는 제1 칠러; 및 전장부품과 열교환된 냉각수의 유동 통로이며 상기 제1 칠러를 통과하는 제1 냉각수라인을 구비한다.
상기에서, 제1 냉각수라인에는 냉각수를 가열하는 히터가 구비된다.
상기에서, 제1 냉각수라인에서 분지되어 제1 칠러를 바이패스하는 제1 분지라인과, 상기 제1 분지라인에 구비되어 공기와 냉각수를 열교환시키는 제1 저온 라디에이터를 포함한다.
상기에서, 제2 시스템은: 냉매의 유동 통로인 제2 냉매라인; 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하는 제2 압축기; 냉매를 공기와 열교환시켜 응축시키는 제2 컨덴서; 냉매를 팽창시키는 팽창수단; 공조케이스 내부에 구비되어 냉매를 차량 실내로 토출되는 공기와 열교환시키는 증발기; 상기 증발기를 바이패스하는 제3 냉매라인; 상기 제3 냉매라인에 구비되어 냉매와 냉각수를 열교환시키는 제2 칠러; 및 전장부품과 열교환된 냉각수의 유동 통로이며 상기 제2 칠러를 통과하는 제2 냉각수라인을 구비한다.
상기에서, 제2 냉각수라인에서 분지되어 제2 칠러를 바이패스하는 제2 분지라인과, 상기 제2 분지라인에 구비되어 공기와 냉각수를 열교환시키는 제2 저온 라디에이터를 포함한다.
상기에서, 제3 시스템을 유동하는 제1 냉각수라인; 상기 제2 시스템을 유동하는 제2 냉각수라인; 상기 제1 냉각수라인 및 제2 냉각수라인에 연결되며, 전장부품과 열교환된 냉각수의 유동 통로인 제3 냉각수라인; 및 상기 제3 냉각수라인을 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인에 선택적으로 연통시키는 듀얼쿨링 밸브를 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템은 하나의 냉각 시스템이 고장시에도 지속적으로 자율주행 시스템의 냉각이 가능하고, 실내의 냉방 부하가 없는 경우 기존 공조 시스템인 컨벤셔널 시스템을 통해 자율주행 차량의 전장부품 및 배터리를 동시 냉각 가능하여 압축기 소모동력을 최소화함에 따라 주행거리 향상에 기여할 수 있다.
또한, 전장부품의 발열량 및 냉방부하 과다시, 제3 시스템 및 제2 시스템을 동시 가동하여 각각의 요구 냉각 성능을 만족할 수 있으며, 실내 환경, 배터리 및 자율주행 전장부품의 부하를 고려하여 양 시스템의 최적 제어가 가능하다.
아울러, 냉매로 작동하는 독립형 시스템 및 컨벤셔널 시스템이 모두 고장시에도 자체의 셀프쿨링 시스템의 냉각 구조를 통해 최악의 상황을 방지하여 자율주행 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이며,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템의 쿨링 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템의 제어부를 도시한 구성도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템을 도시한 것이고,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템의 작동 예를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 열관리 시스템의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템의 쿨링 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템의 제어부를 도시한 구성도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템은 자율주행 차량(100)의 컴퓨터(112), 라이더, 레이더, 센서(111) 등의 전장부품(전자장치: 110)을 냉각 또는 가열하는 일련의 열관리를 수행하는 것으로서, 제1 모듈인 제1 시스템(200)과, 제2 모듈인 제2 시스템(300) 및 제3 모듈인 제3 시스템(400)을 포함한다.
제1 시스템(200)은 셀프쿨링 시스템(Self cooling system)으로서, 자율주행 차량의 전장부품(110)을 자체의 냉각 구조를 통해 냉각한다. 제1 시스템(200)은 방열, 전도, 대류 중 적어도 하나를 이용하여 전장부품(110)의 냉각을 수행하며, 별도의 동력원, 예를 들어 전동 압축기(냉매 사이클)를 구비하지 않고 자체의 기구적인 냉각 구조를 통해 전장부품(110)의 냉각을 수행한다.
제2 시스템(300)은 컨벤셔널 시스템(Conventional system)으로서, 차량 실내 공조를 수행하는 냉매 사이클을 이용하여 차량의 자율주행에 필요한 전장부품(110)을 냉각한다. 일 예로, 제2 시스템(300)은 가열수단과 냉각수단을 구비하여 차량 실내의 공조를 수행하는 것으로서, 가열(Heating), 통풍(Ventilation) 및(And) 냉각(Cooling)을 수행하는 HVAC구조로 이루어질 수 있다. 제2 시스템(300)은 일측에 외기 또는 내기를 선택적으로 유입하기 위한 송풍수단이 구비되고, 내부에 유입된 내기 또는 외기를 가열 또는 냉각하여 차량 실내로 토출하기 위한 장치들이 구비될 수 있다. 아울러, 제2 시스템(300)의 냉매 사이클은 차량의 배터리와 같은 열원부의 폐열을 회수하는 기능을 수행할 수 있다.
냉각수단은 냉매를 이용한 증발기로 구성될 수 있고, 가열수단은 내연기관 차량인 경우 엔진을 냉각시킨 냉각수를 이용한 히터코어 또는 PTC히터 등으로 구성될 수 있다. 아울러, 제2 시스템(300)은 전기 차량 등의 배터리(Battery)를 냉각하는 구조를 구비할 수 있다.
제3 시스템(400)은 독립형 시스템(Stand alone system)으로서, 전장부품(110)을 순환하는 냉각수를 냉각 또는 가열하도록 구성되며, 제2 시스템(300)과는 별도로 구비되어 독립적으로 냉각 및 가열을 수행하는 시스템이다. 제3 시스템(400)은 냉각수를 냉각 또는 가열하고 그 열원을 이용하여 전장부품(110)의 열관리를 수행한다.
기본적으로, 자율주행 차량의 전장부품(110)은 제1 시스템(200)의 자체 냉각 구조를 통해 쿨링이 이루어진다. 만약, 전장부품(110)의 발열량이 과대하여 제1 시스템(200) 자체로 냉각이 불가능 또는 부족한 경우, 제3 시스템(400)을 통해 냉각된 냉각수를 전장부품(110) 측으로 공급하여 쿨링을 수행하게 된다.
제2 시스템(300)은 후술할 칠러와 같은 냉방 열원을 구비하며, 제2 시스템(300)의 냉방 열원을 이용하여 전장부품(110)을 순환하는 냉각수를 냉각 가능하도록 구성된다. 이에 대한 상세 구성은 이후에 다시 설명한다.
제3 시스템(400) 및 제2 시스템(300)은 서로 연동하여, 전장부품(110)을 순환하는 냉각수를 선택적으로 냉각하도록 구성된다. 제2 시스템(300)은 제1 시스템(200) 및 제3 시스템(400)을 보조하여 선택적으로 전장부품(110)을 순환하는 냉각수를 냉각한다.
도 3에 도시된 것처럼, 셀프쿨핑 시스템(200)만을 이용하여 열원인 전장부품(110)의 메인 쿨링(Mail cooling)을 수행한다. 더욱 바람직하게는, 제1 시스템(200) 및 제3 시스템(400)을 이용하여 메인 쿨링을 수행한다. 제2 시스템(300)은 차량 실내의 냉,난방을 기본적으로 수행하며, 제1 시스템(200) 및 제3 시스템(400)을 보완하는 보조 쿨링(Auxiliary cooling)을 함께 수행한다.
즉, 제3 시스템(400)이 고장 시 냉각수의 온도가 상승하게 되면, 제3 시스템(400)의 고장 여부를 센싱 및 판단하여 제2 시스템(300)의 칠러를 가동시킴으로써 자율주행 차량의 전장부품(110)을 냉각할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템은 2중으로 냉각을 수행하는 듀얼 쿨링(Dual cooling)구조를 갖는다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템은 크게 4가지 정도의 쿨링 모드로 구성될 수 있다.
제1 모드는 셀프쿨핑 시스템(200)만을 이용하여 전장부품(110)의 쿨링을 수행한다. 제1 모드는 전장부품(110)의 발열이 크지 않은 환경에서 적용할 수 있다. 별도의 동력을 사용하지 않으므로 차량의 연비 향상에 크게 기여한다.
제2 모드는 제1 시스템(200) 및 제3 시스템(400)을 이용하여 전장부품(110)의 쿨링을 수행한다. 제2 모드는 가장 기본이 되는 쿨링 모드로서, 정상적인 환경에서 권장할 수 있는 쿨링 모드이다.
제3 모드는 제1 시스템(200) 및 제2 시스템(300)을 이용하여 전장부품(110)의 쿨링을 수행한다. 제3 모드는 비상시 적용되는 쿨링 모드로서, 제3 시스템(400)의 고장시 이를 보완하여 전장부품(110)의 지속적인 쿨링을 가능하게 하는 모드이다.
제4 모드는 제1 시스템(200), 제3 시스템(400) 및 제2 시스템(300) 모두를 이용하여 전장부품(110)의 쿨링을 수행한다. 제4 모드는 전장부품(110)의 발열이 매우 큰 환경에서 적용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템은 센싱 수단과 및 통신 수단을 구비한다. 센싱 수단은 제1 시스템(200), 제3 시스템(400) 및 제2 시스템(300) 중 선택된 적어도 2개의 시스템의 상태를 감지한다. 이 경우, 센싱 수단이 감지하는 시스템의 상태는 온도 정보일 수 있으며, 그 밖의 습도, 전류, 전압 등 다른 정보일 수 있다. 통신 수단은 제1 시스템(200), 제3 시스템(400) 및 제2 시스템(300) 중 선택된 적어도 2개의 시스템 간의 통신을 수행한다.
상기 센싱 수단을 통해 제1 시스템(200), 제3 시스템(400) 및 제2 시스템(300) 중 선택된 적어도 2개의 시스템의 고장을 감지하고, 하나의 시스템이 고장시 이를 판단하여 나머지 시스템이 이를 보완하도록 제어함으로써 전장부품(110)의 열관리를 지속적이고 안정적으로 수행한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템은 온도 조절 헤드(350) 및 독립형 컨트롤러(450)를 구비한다. 온도 조절 헤드(Climate control head: 350)는 제2 시스템(300)의 상태를 감지하고 작동을 제어한다. 독립형 컨트롤러(Stand-alone controller: 450)는 제3 시스템(400)의 상태를 감지하고 작동을 제어한다. 온도 조절 헤드(350)와 독립형 컨트롤러(450)의 센싱 라인(140)은 서로 연동 구성된다.
온도 조절 헤드(350)와 독립형 컨트롤러(450)는 통신 수단을 통해 서로 통신할 수 있도록 연결되어, 전장부품의 냉각이 필요할 때 서로 작동을 요구할 수 있다. 온도 조절 헤드(350)는 제2 시스템(300)의 작동을 제어하며, 독립형 컨트롤러(450)는 제3 시스템(400)의 작동을 제어한다. 도 3에서 점선은 온도 조절 헤드(350) 및 독립형 컨트롤러(450)의 엑추에이터 라인(130)을 도시한 것이며, 이들 간의 엑추에이터 라인(130)은 서로 연결되어 연동된다.
아울러, 도 3에서 이점 쇄선은 센싱 라인(140)을 도시한 것으로서, 제1 시스템(200), 제2 시스템(300) 및 제3 시스템(400)의 상태를 감지하여 고장 여부 등을 판단하는 근거로 사용한다.
통신 수단은 도 3에서 실선으로 도시된 통신 라인(120)으로 구성된다. 통신 라인(120)은 CAN(Controller Area Network)통신, H/W(Hard Wire)통신 등으로 구성될 수 있으며, 적어도 2중의 라인으로 구성하여 하나의 통신 라인의 고장이 발생하여도 다른 통신 라인이 작동 가능하게 구성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템을 도시한 것이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템의 작동 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 제3 시스템(400)은 냉매의 유동 통로인 제1 냉매라인(415)과, 제1 압축기(411)와, 냉매를 공기와 열교환시켜 응축시키는 제1 컨덴서(412)와, 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브(413)와, 냉매와 냉각수를 열교환시키는 제1 칠러(414)와, 제1 냉각수라인(424)을 구비한다.
제1 압축기(411)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출한다. 제1 압축기(411)는 전동 압축기로 구성되는 것이 바람직하다. 제1 컨덴서(412)는 제1 블로워(417)에서 송풍되는 공기와 제1 압축기(411)에서 배출된 고온 고압의 냉매를 열교환시킨다.
제1 팽창 밸브(413)는 제1 컨덴서(412)와 제1 칠러(414)의 사이에 배치되어 냉매를 팽창시킨다. 제1 칠러(414)는 제1 팽창 밸브(413)에서 팽창된 저온저압의 냉매를 제1 냉각수라인(424)의 냉각수와 열교환시킨다. 제1 냉각수라인(424)은 전장부품(110)과 열교환된 냉각수의 유동 통로이며, 제1 칠러(414)를 통과한다.
제1 냉각수라인(424)에는 냉각수를 가열하는 히터(422)가 구비된다. 히터(422)는 전기로 작동되는 전기히터나 그 밖의 다양한 형태로 구성될 수 있다. 본 실시 예에서, 전장부품의 냉각을 주로 설명하나 전장부품은 냉각뿐 아니라 적정 온도를 유지하기 위한 온도 조절, 예열 등 가열도 함께 요구된다. 히터(422)는 냉각수의 온도를 상승시켜 전장부품의 온도 조절을 가능하게 한다.
또한, 제1 냉각수라인(424)에는 냉방 열원 또는 난방 열원을 저장하는 열저장부(418)와, 냉각수를 순환시키는 제1 워터펌프(419)와, 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수온 센서(423)를 구비한다.
아울러, 제3 시스템(400)은 제1 분지라인(421)과, 제1 저온 라디에이터(416) 및 제1 밸브(420)를 구비한다. 제1 분지라인(421)은 제1 냉각수라인(424)에서 분지되어, 제1 칠러(414)를 바이패스한다. 제1 저온 라디에이터(416)는 제1 분지라인(421)에 구비되어 제1 블로워(417)에서 송풍되는 공기와 냉각수를 열교환시킨다.
제1 밸브(420)는 제1 냉각수라인(424)과 제1 분지라인(421)의 분지지점에 구비되어, 전장부품(110)을 순환한 냉각수가 제1 칠러(414)와 제1 저온 라디에이터(416) 중 적어도 하나로 선택적으로 유동하도록 냉각수의 흐름을 조절한다. 제1 밸브(420)는 냉각수를 제1 칠러(414)와 제1 저온 라디에이터(416) 중 하나로 흐르도록 하거나 둘 모두에 흐르도록 작동할 수 있다. 전장부품(110)을 순환하며 폐열을 회수한 고온의 냉각수는 제1 칠러(414)를 통과하며 냉각된다.
제2 시스템(300)은 냉매의 유동 통로인 제2 냉매라인(315)과, 제2 압축기(311)와, 냉매를 공기와 열교환시켜 응축시키는 제2 컨덴서(312)와, 냉매를 팽창시키는 팽창수단과, 증발기(314)와, 상기 증발기(314)를 바이패스하는 제3 냉매라인(317)과, 제2 칠러(316) 및 제2 냉각수라인(325)을 구비한다.
제2 압축기(311)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출한다. 제2 컨덴서(312)는 제2 블로워(320)에서 송풍되는 공기와 제2 압축기(311)에서 배출된 고온 고압의 냉매를 열교환시킨다.
팽창수단은 냉매를 팽창시키는 것으로서, 본 실시 예에서 제2 팽창밸브(313)와 제3 팽창밸브(318)로 구성된다. 제2 팽창밸브(313)는 제2 컨덴서(320)와 증발기(314)의 사이에 배치되어 냉매를 팽창시킨다. 제3 팽창밸브(318)는 제2 컨덴서(320)와 제2 칠러(316)의 사이에 배치되어 냉매를 팽창시킨다.
증발기(314)는 공조케이스 내부에 구비되어, 냉매를 차량 실내로 토출되는 공기와 열교환시킨다. 공조케이스의 내부에는 증발기 이외에도 히터코어, PTC히터 등의 가열수단, 온도조절도어, 내기 또는 외기를 도입하기 위한 송풍수단 등이 구비될 수 있다.
제3 냉매라인(317)은 제2 냉매라인(315)에서 분지되어 증발기(314)를 바이패스한다. 즉, 제2 컨덴서(312)를 지난 냉매는 제2 팽창밸브(313)를 지나 증발기(314)를 통과하거나 제3 팽창밸브(318)를 지나 제2 칠러(316)를 통과한다. 결국, 증발기(314)와 제2 칠러(316)는 냉매라인에 병렬로 배치된다. 제3 냉매라인(317)과 제2 냉매라인(315)의 분지지점에는 냉매의 흐름을 조절하는 별도의 밸브(도시되지 않음)를 구비할 수 있다.
제2 칠러(316)는 제3 냉매라인(317)에 구비되어, 제3 팽창 밸브(318)에서 팽창된 저온 저압의 냉매를 제2 냉각수라인(325)의 냉각수와 열교환시킨다. 제2 냉각수라인(325)은 전장부품(110)과 열교환된 냉각수의 유동 통로이며, 제2 칠러(316)를 통과한다. 제2 냉각수라인(325)에는 냉각수를 순환시키는 제2 워터펌프(326)를 구비한다.
아울러, 제2 시스템(300)은 제2 분지라인(321)과, 제2 저온 라디에이터(319)와, 제2 밸브(322) 및 제3 밸브(324)를 구비한다. 제2 분지라인(321)은 제2 냉각수라인(325)에서 분지되어 제2 칠러(316)를 바이패스한다. 제2 저온 라디에이터(319)는 제2 분지라인(321)에 구비되어, 제2 블로워(320)에서 송풍되는 공기와 냉각수를 열교환시킨다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 열관리 시스템은 제3 냉각수라인(501) 및 듀얼쿨링 밸브(500)를 더 구비한다. 제1 냉각수라인(424)은 제3 시스템(400)을 유동하며, 제2 냉각수라인(325)은 제2 시스템(300)을 유동한다. 제3 냉각수라인(501)은 제1 냉각수라인(424) 및 제2 냉각수라인(325)에 연결되며, 전장부품(110)과 열교환된 냉각수의 유동 통로이다. 듀얼쿨링 밸브(500)는 제3 냉각수라인(501)을 제1 냉각수라인(424)과 제2 냉각수라인(325)에 선택적으로 연통시킨다. 전술한 제1 밸브(420), 제2 밸브(322), 제3 밸브(324) 및 듀얼쿨링 밸브(500)는 삼방향 밸브(3Way valve)의 형태로 구성될 수 있다.
도 5는 제1 시스템(200) 및 제3 시스템(400)을 이용하여 열관리를 수행하는 제2 모드를 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 제1 시스템(200)은 자체 냉각 구조를 통해 전장부품(110)의 냉각을 수행한다.
제3 시스템(400)의 작동을 살펴보면, 제1 압축기(411)에서 배출된 냉매는 제1 컨덴서(412), 제1 팽창밸브(413) 및 제1 칠러(414)를 순차로 제1 냉매라인(415)을 따라 유동한다.
또한, 제3 냉각수라인(501)을 유동하는 냉각수는 전장부품(110)과 열교환되어 폐열을 회수하고 제1 냉각수라인(424)을 통해 열저장부(418)를 지나 제1 밸브(420)를 통해 일부의 냉각수는 제1 칠러(414)로 흐르며, 다른 일부의 냉각수는 제1 분지라인(421)을 따라 제1 저온 라디에이터(416)로 흘러 냉각된다.
제1 칠러(414)를 통과하는 냉각수는 제1 냉매라인(415)에서 제1 팽창밸브(413)를 지난 저온 저압의 냉매와 열교환되어 냉각된 후 제1 저온 라디에이터(416)를 통과한 냉각수와 합류하여 히터(422)를 통과한다. 이 경우, 히터(422)는 오프(Off)되어 있다. 이후에 냉각수는 듀얼쿨링 밸브(500)를 통해 제3 냉각수라인(501)으로 순환한다.
한편, 제2 시스템(300)은 제3 시스템(400)의 전장부품 냉각과는 관계없이 본래의 차량 실내의 공조 및 배터리 쿨링 기능을 수행한다.
즉, 제2 시스템(300)의 작동을 살펴보면, 제2 압축기(411)에서 배출된 냉매는 제2 컨덴서(312), 제2 팽창밸브(313) 및 증발기(314)를 순차로 제2 냉매라인(315)을 따라 유동한다. 이 경우, 제2 컨덴서(312)를 지난 냉매 중 일부는 증발기(314)로 흐르고, 다른 일부는 제3 냉매라인(317)을 따라 제3 팽창밸브(318)를 지나 제2 칠러(316)로 흐른다.
또한, 차량의 배터리(323)와 열교환되어 폐열을 회수한 냉각수는 제2 냉각수라인(325)을 따라 제2 칠러(316)를 통과하면서 제3 팽창밸브(318)에 의해 저온 저압의 냉매와 열교환되어 냉각된다. 이 경우, 배터리(323)를 지난 냉각수 중 일부는 제2 칠러(316) 측으로 유동하고, 다른 일부는 제2 분지라인(321)을 따라 제2 저온 라디에이터(319)로 흘러 냉각된 후 제2 밸브(322)를 통해 제2 냉각수라인(325)에 합류하여 순환된다.
제2 칠러(316)를 지난 냉각수는 제2 밸브(322)를 통해 제2 워터펌프(326)를 지나 제2 냉각수라인(325)을 순환하여 제3 밸브(324)를 통해 배터리(323)를 순환한다. 이 경우, 듀얼쿨링 밸브(500) 및 제3 밸브(324)는 제2 냉각수라인(325)과 제3 냉각수라인(501) 간의 연통을 폐쇄하여 냉각수가 서로 통하지 못한다.
도 6은 제1 시스템(200) 및 제2 시스템(300)을 이용하여 열관리를 수행하는 제3 모드를 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 제1 시스템(200)은 자체 냉각 구조를 통해 전장부품(110)의 냉각을 수행한다. 아울러, 제3 시스템(400)은 고장 등의 이유로 인해 작동이 정지되어 있다.
제2 시스템(300)의 작동을 살펴보면, 제2 압축기(311)에서 배출된 냉매는 제2 컨덴서(312), 제2 팽창밸브(313) 및 증발기(314)를 순차로 제2 냉매라인(315)을 따라 유동한다. 이 경우, 제2 컨덴서(312)를 지난 냉매 중 일부는 증발기(314)로 흐르고, 다른 일부는 제3 냉매라인(317)을 따라 제3 팽창밸브(318)를 지나 제2 칠러(316)로 흐른다.
또한, 차량의 배터리(323)와 열교환되어 폐열을 회수한 냉각수는 제2 냉각수라인(325)을 따라 제2 칠러(316)를 통과하면서 제3 팽창밸브(318)에 의해 저온 저압의 냉매와 열교환되어 냉각된다. 이 경우, 배터리(323)를 지난 냉각수 중 일부는 제2 칠러(316) 측으로 유동하고, 다른 일부는 제2 분지라인(321)을 따라 제2 저온 라디에이터(319)로 흘러 냉각된 후 제2 밸브(322)를 통해 제2 냉각수라인(325)에 합류하여 순환된다.
제2 칠러(316)를 지난 냉각수는 제2 밸브(322)를 통해 제2 워터펌프(326)를 지나 제2 냉각수라인(325)을 순환하여 제3 밸브(324)를 통해 배터리(323)를 순환한다. 이 경우, 듀얼쿨링 밸브(500) 및 제3 밸브(324)는 제2 냉각수라인(325)과 제3 냉각수라인(501) 간의 연통을 개방하여 냉각수가 서로 통하게 된다.
결국, 제3 냉각수라인(501)을 따라 전장부품(110)과 열교환되어 폐열을 회수한 냉각수는 제3 밸브(324)를 통해 제2 냉각수라인(325)으로 유입되고 각각 제2 칠러(316)와 제2 저온 라디에이터(319)를 지나 냉각된 후 듀얼쿨링 밸브(500)를 통해 제3 냉각수라인(501)을 순환한다.
도 7은 제1 시스템(200), 제3 시스템(400) 및 제2 시스템(300) 모두를 이용하여 열관리를 수행하는 제4 모드를 도시한 것이다. 도 7을 참조하면, 제1 시스템(200)은 자체 냉각 구조를 통해 전장부품(110)의 냉각을 수행한다.
제3 시스템(400)의 작동을 살펴보면, 제1 압축기(411)에서 배출된 냉매는 제1 컨덴서(412), 제1 팽창밸브(413) 및 제1 칠러(414)를 순차로 제1 냉매라인(415)을 따라 유동한다.
또한, 제3 냉각수라인(501)을 유동하는 냉각수는 전장부품(110)과 열교환되어 폐열을 회수하고 제1 냉각수라인(424)을 통해 열저장부(418)를 지나 제1 밸브(420)를 통해 일부의 냉각수는 제1 칠러(414)로 흐르며, 다른 일부의 냉각수는 제1 분지라인(421)을 따라 제1 저온 라디에이터(416)로 흘러 냉각된다.
제1 칠러(414)를 통과하는 냉각수는 제1 냉매라인(415)에서 제1 팽창밸브(413)를 지난 저온 저압의 냉매와 열교환되어 냉각된 후 제1 저온 라디에이터(416)를 통과한 냉각수와 합류하여 히터(422)를 통과한다. 이 경우, 히터(422)는 오프(Off)되어 있다. 이후에 냉각수는 듀얼쿨링 밸브(500)를 통해 제3 냉각수라인(501)으로 순환한다.
제2 시스템(300)의 작동을 살펴보면, 제2 압축기(411)에서 배출된 냉매는 제2 컨덴서(312), 제2 팽창밸브(313) 및 증발기(314)를 순차로 제2 냉매라인(315)을 따라 유동한다. 이 경우, 제2 컨덴서(312)를 지난 냉매 중 일부는 증발기(314)로 흐르고, 다른 일부는 제3 냉매라인(317)을 따라 제3 팽창밸브(318)를 지나 제2 칠러(316)로 흐른다.
또한, 차량의 배터리(323)와 열교환되어 폐열을 회수한 냉각수는 제2 냉각수라인(325)을 따라 제2 칠러(316)를 통과하면서 제3 팽창밸브(318)에 의해 저온 저압의 냉매와 열교환되어 냉각된다. 이 경우, 배터리(323)를 지난 냉각수 중 일부는 제2 칠러(316) 측으로 유동하고, 다른 일부는 제2 분지라인(321)을 따라 제2 저온 라디에이터(319)로 흘러 냉각된 후 제2 밸브(322)를 통해 제2 냉각수라인(325)에 합류하여 순환된다.
제2 칠러(316)를 지난 냉각수는 제2 밸브(322)를 통해 제2 워터펌프(326)를 지나 제2 냉각수라인(325)을 순환하여 제3 밸브(324)를 통해 배터리(323)를 순환한다. 이 경우, 듀얼쿨링 밸브(500) 및 제3 밸브(324)는 제2 냉각수라인(325)과 제3 냉각수라인(501) 간의 연통을 개방하여 냉각수가 서로 통하게 된다.
결국, 제3 냉각수라인(501)을 따라 전장부품(110)과 열교환되어 폐열을 회수한 냉각수는 제3 밸브(324)를 통해 제2 냉각수라인(325)으로 유입되고 각각 제2 칠러(316)와 제2 저온 라디에이터(319)를 지나 냉각된 후 듀얼쿨링 밸브(500)를 통해 제3 냉각수라인(501)을 순환한다.
지금까지 본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 차량의 자율주행에 필요한 전장부품(110)을 냉각하는 시스템으로서,
    전장부품(110)을 자체의 냉각 구조를 통해 냉각하는 제1 모듈과, 차량 실내 공조를 수행하는 냉매 사이클을 이용하여 전장부품(110)을 냉각하는 제2 모듈과, 별도의 냉매 또는 냉각수 사이클을 이용하여 전장부품(110)을 냉각하는 제3 모듈 중에서,
    적어도 2가지 이상의 모듈을 적용하여 전장부품(110)을 냉각하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 모듈과 제3 모듈을 이용하여 전장부품(110)의 열관리를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 모듈과 제2 모듈을 이용하여 전장부품(110)의 열관리를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 모듈의 냉방열원을 이용하여 상기 전장부품(110)을 순환하는 냉각수를 냉각 가능하도록 구성되고,
    상기 제3 모듈 및 제2 모듈이 서로 연동하여 상기 전장부품(110)을 순환하는 냉각수를 선택적으로 냉각하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 모듈은 상기 제1 모듈 및 제3 모듈을 보조하여 선택적으로 전장부품(110)을 순환하는 냉각수를 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 모듈, 제3 모듈 및 제2 모듈 중 선택된 적어도 2개의 모듈의 상태를 감지하는 센싱 수단; 및
    상기 제1 모듈, 제3 모듈 및 제2 모듈 중 선택된 적어도 2개의 모듈 간의 통신을 수행하는 통신 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 모듈, 제3 모듈 및 제2 모듈 중 선택된 적어도 2개의 모듈에 있어서, 하나의 모듈이 고장시 이를 감지하고 나머지 모듈이 이를 보완하여 전장부품(110)의 열관리를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 센싱 수단이 감지하는 모듈의 상태는 온도 정보인 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 모듈의 상태를 감지하고 작동을 제어하는 온도 조절 헤드(350); 및
    상기 제3 모듈의 상태를 감지하고 작동을 제어하는 독립형 컨트롤러(450)를 구비하고,
    상기 온도 조절 헤드(350)와 독립형 컨트롤러(450)의 센싱 라인(140)이 서로 연동 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 모듈은 방열, 전도, 대류 중 적어도 하나를 이용하여 전장부품(110)의 냉각을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 모듈은:
    냉매의 유동 통로인 제1 냉매라인(415);
    냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하는 제1 압축기(411);
    냉매를 공기와 열교환시켜 응축시키는 제1 컨덴서(412);
    냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브(413);
    냉매와 냉각수를 열교환시키는 제1 칠러(414); 및
    전장부품(110)과 열교환된 냉각수의 유동 통로이며 상기 제1 칠러(414)를 통과하는 제1 냉각수라인(424)을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 냉각수라인(424)에는 냉각수를 가열하는 히터(422)가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 냉각수라인(424)에서 분지되어 제1 칠러(414)를 바이패스하는 제1 분지라인(421)과, 상기 제1 분지라인(421)에 구비되어 공기와 냉각수를 열교환시키는 제1 저온 라디에이터(416)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 모듈은:
    냉매의 유동 통로인 제2 냉매라인(315);
    냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하는 제2 압축기(311);
    냉매를 공기와 열교환시켜 응축시키는 제2 컨덴서(312);
    냉매를 팽창시키는 팽창수단;
    공조케이스 내부에 구비되어 냉매를 차량 실내로 토출되는 공기와 열교환시키는 증발기(314);
    상기 증발기(314)를 바이패스하는 제3 냉매라인(317);
    상기 제3 냉매라인(317)에 구비되어 냉매와 냉각수를 열교환시키는 제2 칠러(316); 및
    전장부품(110)과 열교환된 냉각수의 유동 통로이며 상기 제2 칠러(316)를 통과하는 제2 냉각수라인(325)을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 냉각수라인(325)에서 분지되어 제2 칠러(316)를 바이패스하는 제2 분지라인(321)과, 상기 제2 분지라인(321)에 구비되어 공기와 냉각수를 열교환시키는 제2 저온 라디에이터(319)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 모듈을 유동하는 제1 냉각수라인(424);
    상기 제2 모듈을 유동하는 제2 냉각수라인(325);
    상기 제1 냉각수라인(424) 및 제2 냉각수라인(325)에 연결되며, 전장부품(110)과 열교환된 냉각수의 유동 통로인 제3 냉각수라인(501); 및
    상기 제3 냉각수라인(501)을 제1 냉각수라인(424)과 제2 냉각수라인(325)에 선택적으로 연통시키는 듀얼쿨링 밸브(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
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