KR102600059B1

KR102600059B1 - 차량용 열 관리 시스템

Info

Publication number: KR102600059B1
Application number: KR1020180153592A
Authority: KR
Inventors: 김재연; 김수환
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2023-11-07
Also published as: US11142037B2; DE102019123716A1; CN111251880A; US20200171913A1; KR20200066897A

Abstract

차량용 열 관리 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템은 냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터, 전장품, 및 적어도 하나의 워터펌프를 포함하고, 구동모터를 냉각시키도록 연결되며 상기 냉각수 라인에 구비되는 오일쿨러와, 상기 전장품에 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치; 및 차량의 난방모드 작동 시, 상기 전장품과 상기 오일쿨러를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인과 제1, 및 제2 연결라인을 통해 연결된 히터가 내부에 구비되는 HVAC 모듈을 포함한다.

Description

차량용 열 관리 시스템{THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 열 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차에서 전장품과 구동모터의 냉각성능을 향상시키는 동시에, 전장품과 구동모터로부터 발생된 폐열을 회수하여 난방효율을 향상시키도록 하는 차량용 열 관리 시스템에 관한 것이다.

최근에는 환경문제와 에너지 자원 문제가 중요시되는 가운데 전기 자동차(Electric Vehicle)가 미래의 운송 수단으로 각광받고 있다. 전기 자동차는 충전 또는 방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없고 소음이 매우 작다.

이러한 전기 자동차는 배터리로부터 공급된 전력을 통해 작동하는 구동모터로 구동된다. 또한, 전기 자동차에는 편의장치를 위한 다수의 전자장치들과 함께, 구동모터를 제어 및 관리하고, 배터리를 충전하기 위한 전장품들이 구비된다.

한편, 전기 자동차의 주동력원으로 사용되는 구동모터와 함께 배터리, 및 전장품들은 발열량이 매우 크기 때문에 효율적인 냉각이 요구되는 바, 구동모터, 구동모터와 연관된 전장품, 및 배터리의 효율적인 온도관리는 매우 중요한 문제라고 할 수 있다.

종래에는 구동모터, 전장품, 및 배터리의 온도조절을 위해 별도의 냉각 시스템을 적용하였지만, 구동모터와 배터리의 크기에 따라 용량을 증대시켜야만 하는 바, 공간의 제약이 발생되는 문제점이 있다. 또한, 각 냉각 시스템들의 용량이 증대될 경우, 냉각 시스템의 가동에 요구되는 전력 증가되는 문제점도 있다.

이에 따라, 전기 자동차에서는 구동모터, 전장품, 및 배터리의 내구성을 확보하면서 에너지 효율을 극대화시키기 위하여 구동모터, 전장품, 및 배터리의 온도조절과 함께, 구동모터와 전장품에서 발생되는 폐열을 효율적으로 사용하기 위한 기술개발이 요구된다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기자동차에서 전장품과 구동모터의 냉각성능을 향상시키는 동시에, 전장품과 구동모터로부터 발생된 폐열을 회수해 실내난방에 사용함으로써, 난방효율을 향상시키도록 하는 차량용 열 관리 시스템을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템은 냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터, 전장품, 및 적어도 하나의 워터펌프를 포함하고, 구동모터를 냉각시키도록 연결되며 상기 냉각수 라인에 구비되는 오일쿨러와, 상기 전장품에 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치; 및 차량의 난방모드 작동 시, 상기 전장품과 상기 오일쿨러를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인과 제1, 및 제2 연결라인을 통해 연결된 히터가 내부에 구비되는 HVAC 모듈을 포함한다.

상기 구동모터는 상기 오일쿨러와 오일라인을 통해 연결되며, 상기 오일라인에는 오일펌프가 구비될 수 있다.

상기 오일펌프는 상기 구동모터를 냉각할 경우, 또는 상기 구동모터로부터 발생된 폐열을 회수할 경우에 작동될 수 있다.

상기 제1 연결라인은 상기 라디에이터와 상기 오일쿨러의 사이에 구비되는 상기 냉각수 라인과 밸브를 통해 연결되고, 상기 제2 연결라인은 상기 라디에이터와 상기 워터펌프의 사이에 구비되는 상기 냉각수 라인에 연결될 수 있다.

상기 전장품을 냉각할 경우, 상기 밸브의 작동을 통해 상기 제1, 및 제2 연결라인이 폐쇄되고, 상기 워터펌프의 작동을 통해 상기 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 상기 전장품과 상기 오일쿨러에 공급될 수 있다.

차량의 난방모드에서는 상기 밸브의 작동을 통해 상기 제1, 및 제2 연결라인이 개방된 상태에서, 상기 제1 연결라인을 기준으로 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되고, 상기 워터펌프의 작동을 통해 상기 전장품과 상기 오일쿨러를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 상기 라디에이터의 통과 없이 상기 히터에 공급될 수 있다.

차량의 난방모드에서 상기 전장품과 상기 구동모터를 냉각할 경우에는 상기 밸브의 작동을 통해 상기 제1, 및 제2 연결라인이 개방된 상태에서, 상기 제1 연결라인을 기준으로 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 개방되고, 상기 워터펌프의 작동을 통해 상기 전장품과 상기 오일쿨러를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수 중, 일부의 냉각수는 상기 라디에이터의 통과 없이 상기 히터에 공급되고, 나머지 냉각수는 상기 라디에이터를 통과하여 상기 전장품과 상기 오일쿨러에 공급될 수 있다.

상기 밸브는 유량의 분배가 가능한 3-Way 일 수 있다.

상기 냉각수 라인에 연결된 상기 제2 연결라인과 상기 워터펌프의 사이에서 상기 냉각수 라인에는 리저버 탱크가 구비될 수 있다.

상기 HVAC 모듈은 에어컨 장치에 포함된 증발기와 상기 히터를 사이에 구비되고, 외기가 상기 히터를 선택적으로 통과하도록 조절하는 개폐도어를 더 포함할 수 있다.

상기 HVAC 모듈은 상기 히터를 사이에 두고, 상기 증발기의 반대측에 구비되는 공기 가열기를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 연결라인에는 냉각수 가열기가 구비될 수 있다.

상기 구동모터는 전륜 및 후륜에 대응하여 2 개로 각각 구성되고, 상기 오일쿨러는 2 개의 상기 구동모터에 대응하여 2 개로 각각 구성되며, 2 개의 상기 오일쿨러 중, 하나의 오일쿨러는 상기 냉각수 라인에 구비되는 병렬라인을 통하여 상기 냉각수 라인에 구비되는 다른 하나의 오일쿨러와 병렬로 배치될 수 있다.

하나의 오일쿨러는 상기 냉각수 라인에 구비되는 병렬라인을 통하여 상기 냉각수 라인에서 다른 하나의 오일쿨러와 병렬로 배치될 수 있다.

상기 워터펌프는 상기 병렬라인을 기준으로 상기 라디에이터 측에 근접한 상기 냉각수 라인에 배치되고, 상기 병렬라인을 기준으로 다른 하나의 상기 오일쿨러와 연결된 상기 냉각수 라인에는 서브 워터펌프가 구비될 수 있다.

상기 전장품은 인버터와 충전기(On Board Charger, OBC)를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에 의하면, 전기 자동차에서 발열량이 많은 전장품과 구동모터의 냉각성능을 확보하고, 전체 시스템을 간소화하면서 전장품과 구동모터의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 전장품과 구동모터로부터 발생된 폐열을 회수해 실내난방에 사용함으로써, 난방효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 전장품과 구동모터의 최적 성능이 발휘되도록 효율적인 온도조절을 통해 전력소모량을 최소화함으로써, 전기 자동차의 전체적인 주행거리를 증가시킬 수 있다.

나아가, 전체 시스템의 간소화를 통해 제작원가 절감 및 중량 축소가 가능하고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에서 전장품을 냉각시키는 것에 대한 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에서 전장품, 및 구동모터를 냉각시키는 것에 대한 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에서 차량의 난방모드 시에 전장품과 구동모터의 폐열 회수에 대한 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에서 차량의 난방모드 시에 전장품, 및 구동모터의 폐열 회수 및 냉각에 대한 작동 상태도이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 제2, 및 제3 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템은 전기 자동차에서 전장품과 구동모터의 냉각성능을 향상시키고, 전장품과 구동모터로부터 발생된 폐열을 회수해 실내난방에 사용할 수 있다.

이러한 열 관리 시스템은 전기 자동차에 적용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 열 관리 시스템은 냉각장치(10)와 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning : 30)을 포함한다.

먼저, 상기 냉각장치(10)는 냉각수 라인(11)으로 연결되는 라디에이터(12), 전장품(16), 및 적어도 하나의 워터펌프(15)를 포함한다.

상기 라디에이터(12)는 차량의 전방에 배치되며, 후방에는 쿨링팬(13)이 구비되고, 상기 쿨링팬(13)의 작동과 외기와의 열교환을 통해 냉각수를 냉각하게 된다.

또한, 상기 전장품(16)은 인버터(17)와 충전기(18 : On Board Charger, OBC)를 포함한다. 한편, 상기 전장품(16)은 전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)를 더 포함할 수도 있다.

이와 같이 구성되는 상기 전장품(16)은 상기 냉각수 라인(11)에 구비되어 수랭식으로 냉각될 수 있다.

이에 따라, 차량의 난방모드에서 상기 전장품(16)의 폐열을 회수할 경우에는 상기 인버터(17), 및 상기 충전기(18), 또는 상기 전력제어장치로부터 발생된 열을 회수할 수 있다.

이러한 냉각장치(10)는 구동모터(20)를 냉각시키도록 연결되며 상기 냉각수 라인(11)에 구비되는 오일쿨러(19)와, 상기 전장품(16)에 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인(11)에 냉각수를 순환시키게 된다.

본 실시예에서, 상기 구동모터(20)는 상기 오일쿨러(19)와 오일라인(22)을 통해 연결되며, 상기 오일라인(22)에는 오일펌프(24)가 구비될 수 있다.

즉, 상기 오일쿨러(19)는 상기 라디에이터(12)로부터 공급되는 냉각수를 이용해 상기 구동모터(20)로 공급되는 오일을 냉각할 수 있다.

상기 오일펌프(24)는 상기 구동모터(20)의 냉각이 요구될 경우에 상기 구동모터(20)에 냉각된 오일이 공급되도록 선택적으로 작동될 수 있다.

또한, 상기 오일펌프(24)는 차량의 난방모드에서 상기 구동모터(20)에서 발생된 폐열원을 회수할 경우에도 작동될 수 있다.

즉, 상기 오일쿨러(19)에서 냉각된 오일은 상기 오일라인(22)을 통해 상기 구동모터(20)를 냉각시키면서 온도가 상승된다. 온도가 상승된 오일은 상기 오일쿨러(19)에서 냉각수와 열교환을 통해 냉각되면서 냉각수의 온도를 상승시킬 수 있다.

상기 구동모터(20)로부터 발생된 폐열은 전술한 바와 같은 작동을 통해 회수될 수 있다.

이에 따라, 차량의 난방모드에서 상기 제1, 및 제2 전장품(116a, 116b)의 폐열을 회수할 경우에는 상기 제1, 및 제2 인버터(117a, 117b)와, 상기 제1, 및 제2 충전기(118a, 118b)의 폐열원과, 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)의 폐열원을 회수할 수 있다.

그리고 상기 HVAC 모듈(30)은 차량의 난방모드 작동 시, 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인(11)과 제1, 및 제2 연결라인(52, 54)을 통해 연결된 히터(32)가 내부에 구비될 수 있다.

이러한 HVAC 모듈(30)은 에어컨 장치(40)에 포함된 증발기(48)와 상기 히터(32)를 사이에 구비되고, 외기가 상기 히터(32)를 선택적으로 통과하도록 조절하는 개폐도어(34)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 에어컨 장치(40)는 냉매라인(41 : refrigerant line)을 통해 연결되는 압축기(42), 응축기(44), 팽창밸브(46)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 구성되는 에어컨 장치(40)는 상기 압축기(42), 응축기(44), 팽창밸브(46), 및 증발기(48)를 통과하면서 냉매의 상변화 시에 발생하는 열 에너지를 이용하여 차량실내를 냉방할 경우 작동할 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 제1 연결라인(52)은 상기 라디에이터(12)와 상기 오일쿨러(19)의 사이에 구비되는 상기 냉각수 라인(11)과 밸브(50)를 통해 연결될 수 있다.

즉, 상기 제1 연결라인(52)의 일단은 상기 밸브(50)를 통해 상기 냉각수 라인(11)에 연결되고, 그 타단은 상기 히터(32)에 연결된다.

여기서, 상기 밸브(50)는 유량의 분배가 가능한 3-Way 일 수 있다. 이러한 밸브(50)는 난방모드 또는 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)의 냉각이 요구될 경우, 상기 냉각수 라인(11)과 상기 제1 연결라인(52)으로 공급되는 냉각수의 유량을 분배하여 각각 공급할 수 있다.

그리고 상기 제2 연결라인(54)의 일단은 상기 히터(32)에 연결되고, 그 타단은 상기 라디에이터(12)와 상기 워터펌프(15)의 사이에 구비되는 상기 냉각수 라인(11)에 연결될 수 있다.

여기서, 상기 냉각수 라인(11)에 연결된 상기 제2 연결라인(54)과 상기 워터펌프(15)의 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에는 리저버 탱크(14)가 구비될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템의 작동 및 작용을 도 2 내지 도 5를 통하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에서 상기 전장품(16)을 냉각시킬 경우에 대한 작동을 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에서 전장품을 냉각시키는 것에 대한 작동 상태도이다.

도 2를 참조하면, 상기 냉각장치(10)는 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)의 냉각을 위해 작동된다.

여기서, 상기 제1, 및 제2 연결라인(52, 54)은 상기 밸브의 작동을 통해 폐쇄된다. 즉, 상기 제1, 및 제2 연결라인(52, 54)이 폐쇄됨에 따라, 상기 히터(32)에는 냉각수의 공급이 중단된다.

그러면, 상기 라디에이터(12)에서 냉각된 냉각수는 상기 워터펌프(15)의 작동을 통해 상기 냉각수 라인(11)을 따라 순환되면서, 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)에 공급될 수 있다. 따라서, 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)는 효율적으로 냉각될 수 있다.

한편, 상기 오일펌프(24)는 상기 구동모터(20)의 냉각이 요구되지 않음에 따라 작동이 정지된 상태를 유지할 수 있다.

이에 따라, 상기 오일라인(22)은 폐쇄되고, 상기 구동모터(20)에는 오일의 공급이 중단된다.

본 실시예에서, 상기 전장품(16), 및 상기 구동모터(20)를 냉각시킬 경우에 대한 작동을 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에서 전장품, 오일쿨러, 및 구동모터를 냉각시키는 것에 대한 작동 상태도이다.

도 3을 참조하면, 상기 냉각장치(10)는 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)의 냉각을 위해 작동된다.

여기서, 상기 제1, 및 제2 연결라인(52, 54)은 상기 밸브의 작동을 통해 폐쇄된다. 이에 따라, 상기 히터(32)에는 냉각수의 공급이 중단된다.

그러면, 상기 라디에이터(12)에서 냉각된 냉각수는 상기 워터펌프(15)의 작동을 통해 상기 냉각수 라인(11)을 따라 순환되면서, 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)에 공급될 수 있다.

이와 동시에, 상기 오일펌프(24)는 상기 오일쿨러(19)에서 냉각된 오일이 상기 구동모터(20)에 공급되도록 작동되고, 상기 오일라인(22)은 상기 오일펌프(24)의 작동을 통해 개방된 상태를 유지할 수 있다.

따라서, 상기 구동모터(20)는 상기 오일쿨러(19)로부터 냉각된 오일을 공급받아 냉각된다.

즉, 상기 전장품(16)과 상기 구동모터(20)의 냉각이 요구될 경우에는 전술한 바와 같은 반복 수행하면서, 상기 전장품(16)과 상기 구동모터(20)는 효율적으로 냉각될 수 있다.

본 실시예에서, 차량의 난방모드 시에 상기 전장품(16), 및 상기 구동모터(20)로부터 폐열을 회수할 경우에 대한 작동을 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에서 차량의 난방모드 시에 전장품, 및 구동모터의 폐열 회수에 대한 작동 상태도이다.

도 4를 참조하면, 상기 냉각장치(10)에서 상기 워터펌프(15)는 냉각수의 순환을 위해 작동된다. 이 때, 상기 에어컨 장치(40)는 작동이 중단된다.

여기서, 상기 제1, 및 제2 연결라인(52, 54)은 상기 밸브(50)의 작동을 통해 개방된다. 이와 동시에, 상기 밸브(50)는 상기 제1 연결라인(52)을 기준으로 상기 라디에이터(12)와 연결된 상기 냉각수 라인(11)을 폐쇄한다.

이에 따라, 상기 냉각수 라인(11)을 순환하는 냉각수는 상기 라디에이터(12)의 통과 없이 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)를 통과하면서 온도가 상승된 상태로, 개방된 상기 제1, 및 제2 연결라인(52, 54)을 통해 상기 히터(32)를 순환할 수 있다.

한편, 상기 오일펌프(24)는 상기 오일쿨러(19)에서 냉각된 오일이 상기 구동모터(20)에 공급되도록 작동된다. 상기 오일라인(22)은 상기 오일펌프(24)의 작동을 통해 개방된 상태를 유지할 수 있다.

이에 따라, 상기 구동모터(20)에서 발생된 폐열원은 상기 오일쿨러(19)를 순환하는 오일의 온도를 상승시키게 된다. 온도가 상승된 오일은 상기 오일쿨러(19)를 통과하는 냉각수와 열교환을 통해 냉각수의 온도를 더욱 상승시킬 수 있다.

따라서, 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수는 상기 라디에이터(12)의 통과 없이 상기 제1 연결라인(52)을 통해 상기 히터(32)에 공급된다.

상기 히터(32)를 통과한 고온의 냉각수는 외기와의 열교환된 후, 상기 제2 연결라인(54)을 통해 상기 라디에이터(12)의 통과 없이 상기 냉각수 라인(11)으로 유입된다.

상기 냉각수 라인(11)으로 유입된 냉각수는 상기 워터펌프(15)의 작동을 통해 상기 전장품(16), 및 상기 오일쿨러(19)를 반복적으로 통과하면서 온도가 상승된 상태로, 상기 제1 연결라인(52)을 통해 상기 히터(32)에 공급될 수 있다.

한편, 상기 개폐도어(34)는 상기 HVAC 모듈(30)로 유입되는 외기가 상기 히터(32)를 통과하도록 개방된다.

따라서, 외부로부터 유입된 외기는 냉매가 공급되지 않은 상기 증발기(48)를 통과 시, 냉각되지 않은 실온 상태로 유입된다.

유입된 외기는 상기 히터(32)를 통과하면서 고온의 냉각수와 열교환을 통해 온도가 상승된 상태로 차량의 실내로 유입됨으로써, 실내의 난방이 구현될 수 있다.

즉, 본 발명은 전술한 바와 같은 과정을 반복 수행하면서, 상기 전장품(16)에서 발생된 폐열원을 회수함과 동시에, 상기 구동모터(20)로부터 발생된 폐열원을 상기 오일쿨러(19)를 통해 효율적으로 회수하여 실내 난방에 이용함으로써, 사용전력을 줄이고 전체적인 난방 효율을 향상시킬 수 있다.

그리고 본 실시예에서, 차량의 난방모드 시에 상기 전장품(16), 및 상기 구동모터(20)의 폐열 회수 및 냉각할 경우에 대한 작동을 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에서 차량의 난방모드 시에 전장품, 및 구동모터의 폐열 회수 및 냉각에 대한 작동 상태도이다.

도 5를 참조하면, 상기 냉각장치(10)에서 상기 워터펌프(15)는 냉각수의 순환을 위해 작동된다. 이 때, 상기 에어컨 장치(40)는 작동이 중단된다.

여기서, 상기 제1, 및 제2 연결라인(52, 54)은 상기 밸브(50)의 작동을 통해 개방된다. 이와 동시에, 상기 밸브(50)는 상기 제1 연결라인(52)을 기준으로 상기 라디에이터(12)와 연결된 상기 냉각수 라인(11)을 개방한다.

이에 따라, 상기 냉각수 라인(11)을 순환하는 냉각수는 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)를 통과하면서 온도가 상승된다.

온도가 상승된 냉각수 중, 일부의 냉각수는 상기 라디에이터(12)의 통과 없이 개방된 상기 제1, 및 제2 연결라인(52, 54)을 통해 상기 히터(32)를 순환할 수 있다.

여기서, 상기 오일펌프(24)는 상기 오일쿨러(19)에서 냉각된 오일이 상기 구동모터(20)에 공급되도록 작동된다. 상기 오일라인(22)은 상기 오일펌프(24)의 작동을 통해 개방된 상태를 유지할 수 있다.

즉, 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수 중, 일부는 상기 라디에이터(12)의 통과 없이 상기 제1 연결라인(52)을 통해 상기 히터(32)에 공급된다.

여기서, 상기 개폐도어(34)는 상기 HVAC 모듈(30)로 유입되는 외기가 상기 히터(32)를 통과하도록 개방된다.

한편, 상기 히터(32)로 공급되지 않은 나머지 냉각수는 상기 라디에이터(12)를 통과하면서 냉각된다.

냉각이 완료된 냉각수는 상기 제2 연결라인(54)을 통해 상기 냉각수 라인(11)으로 유입된 냉각수와 함께, 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)를 통과하면서 폐열원을 회수함과 동시에, 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)를 효율적으로 냉각할 수 있다.

또한, 상기 구동모터(20)는 상기 오일쿨러(19)로부터 냉각된 오일을 공급받을 수 있어 효율적으로 냉각될 수 있다.

이와 동시에, 본 발명은 유량의 분배가 가능한 상기 밸브(50)의 작동제어를 통해 일부의 냉각수를 상기 라디에이터(12)에 유입시켜 냉각한 후, 상기 전장품(16)과 상기 오일쿨러(19)에 공급함으로써, 상기 전장품(16)과 상기 구동모터(20)의 효율적인 냉각이 가능해 지는 동시에, 상기 전장품(16)과 상기 구동모터(20)의 냉각성능을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명의 제2, 및 제3 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템을 첨부한 도 6 과 도 7을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템은 전술한 제1 실시예와 동일하게 냉각장치(10)와 HVAC 모듈(30)을 포함하여 구성되는 바, 이하 그 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에서, 상기 HVAC 모듈(30)은 상기 히터(32)를 사이에 두고, 상기 증발기(48)의 반대측에 구비되는 공기 가열기(36)를 더 포함할 수 있다.

상기 공기 가열기(36)는 상기 히터(32)를 통과하면서 고온의 냉각수와 열교환이 완료된 외기의 온도가 설정온도, 또는 난방 목표온도 보다 낮을 경우에 작동된다. 즉, 상기 공기 가열기(36)가 작동되면, 외기는 상기 공기 가열기(36)를 통과하면서 가열되어 온도가 상승된 상태로 차량 실내로 유입될 수 있다.

이러한 공기 가열기(36)는 상기 히터(32)를 통과한 외기의 온도를 상승시켜 차량의 실내로 공급하기 위해 선택적으로 적용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템은 전술한 제1 실시예와 동일하게 냉각장치(10)와 HVAC 모듈(30)을 포함하여 구성되는 바, 이하 그 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

즉, 본 발명의 제3 실시예에서, 상기 제1 연결라인(52)에는 냉각수 가열기(56)가 더 구비될 수 있다.

상기 냉각수 가열기(56)는 제1 연결라인(52)을 통해 상기 히터(32)로 공급되는 냉각수의 온도가 설정온도 보다 낮을 경우에 작동된다. 즉, 상기 냉각수 가열기(56)가 작동되면, 상기 제1 연결라인(52)으로 유입된 냉각수가 상기 냉각수 가열기(56)를 통과하면서 가열되어 온도가 상승된 상태로 상기 히터(32)에 공급될 수 있다.

이러한 냉각수 가열기(56)는 상기 히터(32)에 냉각수가 공급되기 전에 냉각수의 온도를 상승시키기 위해 선택적으로 적용될 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명의 제1, 제2, 및 제3 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템을 적용하면, 전기 자동차에서 발열량이 많은 상기 전장품(16)과 상기 구동모터(20)의 냉각성능을 확보하고, 전체 시스템을 간소화하면서 상기 전장품(16)과 상기 구동모터(20)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 전장품(16)과 상기 구동모터(20)로부터 발생된 폐열을 회수해 실내난방에 사용함으로써, 난방효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 전장품(16)과 상기 구동모터(20)의 최적 성능이 발휘되도록 효율적인 온도조절을 통해 전력소모량을 최소화함으로써, 전기 자동차의 전체적인 주행거리를 증가시킬 수 있다.

한편, 한편, 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템을 첨부한 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템은 냉각장치(110)와 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning : 130)을 포함한다.

상기 냉각장치(110)는 냉각수 라인(111)으로 연결되는 라디에이터(112), 전장품, 및 적어도 하나의 워터펌프(115)를 포함할 수 있다.

상기 라디에이터(112)는 차량의 전방에 배치되며, 후방에는 쿨링팬(113)이 구비되고, 상기 쿨링팬(113)의 작동과 외기와의 열교환을 통해 냉각수를 냉각하게 된다.

이러한 냉각장치(110)는 구동모터를 냉각시키도록 연결되며 상기 냉각수 라인(111)에 구비되는 오일쿨러와, 상기 전장품에 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인(111)에 냉각수를 순환시키게 된다.

여기서, 상기 구동모터는 전륜 및 후륜에 대응하여 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)로 각각 구성될 수 있다.

또한, 상기 오일쿨러는 2 개의 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)에 대응하여 2 개의 제1, 및 제2 오일쿨러(119a, 119b)로 각각 구성될 수 있다.

여기서, 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)는 상기 제1, 및 제2 오일쿨러(119a, 119b)와 제1, 및 제2 오일라인(122a, 122b)을 통해 각각 연결된다. 또한, 상기 제1, 및 제2 오일라인(122a, 122b)에는 제1, 및 제2 오일펌프(124a, 124b)가 각각 구비될 수 있다.

즉, 상기 제1, 및 제2 오일쿨러(119a, 119b)는 상기 라디에이터(112)로부터 공급되는 냉각수를 이용해 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)로 공급되는 오일을 냉각할 수 있다.

그리고 상기 제1, 및 제2 오일펌프(124a, 124b)는 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)의 냉각이 요구될 경우, 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)에 냉각된 오일이 공급되도록 선택적으로 작동될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제1 오일쿨러(119a)는 상기 냉각수 라인(111)에 구비되는 병렬라인(160)을 통하여 상기 냉각수 라인(111)에 구비되는 상기 제2 오일쿨러(119b)와 병렬로 배치될 수 있다.

즉, 상기 병렬라인(160)의 일단과 타단은 상기 라디에이터(112)와 상기 제2 오일쿨러(119b)의 사이에서 상기 냉각수 라인(111)에 각각 연결될 수 있다.

여기서, 상기 워터펌프(115)는 상기 병렬라인(160)을 기준으로 상기 라디에이터(112) 측에 근접한 상기 냉각수 라인(111)에 배치되고, 상기 병렬라인(160)을 기준으로 상기 제2 오일쿨러(119b)와 연결된 상기 냉각수 라인(11)에는 서브 워터펌프(170)가 구비될 수 있다.

상기 서브 워터펌프(170)는 상기 냉각수 라인(11)과 상기 병렬라인(160)을 순환하는 냉각수의 통수저항 증가로 인한 냉각수 유량 부족 현상 발생을 방지하기 위해 적용될 수 있다.

한편, 상기 전장품은 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)에 대응하여 제1, 및 제2 전장품(116a, 116b)으로 구성될 수 있다.

상기 제1 전장품(116a)은 상기 병렬라인(160)에 구비되는 제1 인버터(117a)와 제1 충전기(118 : On Board Charger, OBC)를 포함하고, 상기 제2 전장품(116b)은 상기 냉각수 라인(110)에서 상기 제1 전장품(116a)과 병렬로 배치되는 제2 인버터(117b)와 제2 충전기(118b)를 포함할 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 제1, 및 제2 전장품(116a, 116b)은 상기 냉각수 라인(111)과 상기 병렬라인(160)에 각각 구비되며, 수랭식으로 냉각될 수 있다.

이에 따라, 차량의 난방모드에서 상기 제1, 및 제2 전장품(116a, 116b)의 폐열을 회수할 경우에는 상기 제1, 및 제2 인버터(117a, 117b)와, 상기 제1, 및 제2 충전기(118a, 118b)의 폐열원을 냉각수와의 열교환을 통해 회수할 수 있다.

또한, 차량의 난방모드에서 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)에서 발생된 폐열원은 상기 제1, 및 제2 오일쿨러(119a, 119b)를 냉각하는 냉각수와 열교환을 통해 회수될 수 있다.

즉, 상기 제1, 및 제2 오일펌프(124a, 124b)는 차량의 난방모드에서 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)에서 발생된 폐열원을 회수하도록 작동된다.

그러면, 상기 제1, 및 제2 오일쿨러(119a, 119b)에서 냉각된 오일은 상기 제1, 및 제2 오일라인(122a, 122b)을 통해 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)를 각각 냉각시키면서 온도가 상승된다.

온도가 상승된 오일은 상기 제1, 및 제2 오일쿨러(119a, 119b)에서 냉각수와 열교환을 통해 냉각되면서 냉각수의 온도를 상승시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)로부터 발생된 폐열은 전술한 바와 같은 작동을 통해 회수될 수 있다.

그리고 상기 HVAC 모듈(130)은 차량의 난방모드 작동 시, 상기 제1, 및 제2 전장품(116a, 116b)과 상기 제1, 및 제2 오일쿨러(119a, 119b)를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인(111)과 제1, 및 제2 연결라인(152, 154)을 통해 연결된 히터(132)가 내부에 구비될 수 있다.

이러한 HVAC 모듈(130)은 에어컨 장치(140)에 포함된 증발기(148)와 상기 히터(132)를 사이에 구비되고, 외기가 상기 히터(132)를 선택적으로 통과하도록 조절하는 개폐도어(134)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 에어컨 장치(140)는 냉매라인(141 : refrigerant line)을 통해 연결되는 압축기(142), 응축기(144), 팽창밸브(146)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 구성되는 에어컨 장치(140)는 상기 압축기(142), 응축기(144), 팽창밸브(146), 및 증발기(148)를 통과하면서 냉매의 상변화 시에 발생하는 열 에너지를 이용하여 차량실내를 냉방할 경우 작동할 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 제1 연결라인(152)은 상기 라디에이터(112)와 상기 제1 오일쿨러(119a)의 사이에 구비되는 상기 냉각수 라인(111)과 밸브(150)를 통해 연결될 수 있다.

즉, 상기 제1 연결라인(152)의 일단은 상기 밸브(150)를 통해 상기 냉각수 라인(111)에 연결되고, 그 타단은 상기 히터(132)에 연결된다.

여기서, 상기 밸브(150)는 유량의 분배가 가능한 3-Way 일 수 있다. 이러한 밸브(150)는 난방모드 또는 상기 제1, 및 제2 전장품(116a, 116b)과 상기 제1, 및 제2 오일쿨러(119a, 119b)의 냉각이 요구될 경우, 상기 냉각수 라인(111)과 상기 제1 연결라인(152)으로 공급되는 냉각수의 유량을 분배하여 각각 공급할 수 있다.

그리고 상기 제2 연결라인(154)의 일단은 상기 히터(132)에 연결되고, 그 타단은 상기 라디에이터(112)와 상기 워터펌프(115)의 사이에 구비되는 상기 냉각수 라인(111)에 연결될 수 있다.

여기서, 상기 냉각수 라인(111)에 연결된 상기 제2 연결라인(154)과 상기 워터펌프(115)의 사이에서 상기 냉각수 라인(111)에는 리저버 탱크(114)가 구비될 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명의 제4 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템을 적용하면, 전기 자동차에서 발열량이 많은 상기 제1, 및 제2 전장품(116a, 116b)과 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)의 냉각성능을 확보하고, 전체 시스템을 간소화하면서 상기 제1, 및 제2 전장품(116a, 116b)과 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제1, 및 제2 전장품(116a, 116b)과 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)로부터 발생된 폐열을 회수해 실내난방에 사용함으로써, 난방효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제1, 및 제2 전장품(116a, 116b)과 상기 제1, 및 제2 구동모터(120a, 120b)의 최적 성능이 발휘되도록 효율적인 온도조절을 통해 전력소모량을 최소화함으로써, 전기 자동차의 전체적인 주행거리를 증가시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10, 110 : 냉각장치
11, 111 : 냉각수 라인
12, 112 : 라디에이터
13, 113 : 쿨링팬
14, 114 : 리저버 탱크
15, 115 : 워터펌프
16 : 전장품
19 : 오일쿨러
20 : 구동모터
22 : 오일라인
24 : 오일펌프
30, 130 : HVAC 모듈
32, 132 : 히터
34, 134 : 개폐도어
40, 140 : 에어컨 장치
50, 150 : 밸브
52, 152 : 제1 연결라인
54, 154 : 제2 연결라인
116a, 116b : 제1, 및 제2 전장품
119a, 119b : 제1, 및 제2 오일쿨러
120a, 120b : 제1, 및 제2 구동모터
122a, 122b : 제1, 및 제2 오일라인
124a, 124b : 제1, 및 제2 오일펌프
160 : 병렬라인
170 : 서브 워터펌프

Claims

냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터, 전장품, 및 적어도 하나의 워터펌프를 포함하고, 구동모터를 냉각시키도록 연결되며 상기 냉각수 라인에 구비되는 오일쿨러와, 상기 전장품에 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치; 및
차량의 난방모드 작동 시, 상기 전장품과 상기 오일쿨러를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인과 제1, 및 제2 연결라인을 통해 연결된 히터가 내부에 구비되는 HVAC 모듈; 을 포함하고,
상기 구동모터는
상기 오일쿨러와 오일라인을 통해 연결되며, 상기 오일라인에는 오일펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 오일펌프는
상기 구동모터를 냉각할 경우, 또는 상기 구동모터로부터 발생된 폐열을 회수할 경우에 작동되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 연결라인은 상기 라디에이터와 상기 오일쿨러의 사이에 구비되는 상기 냉각수 라인과 밸브를 통해 연결되고,
상기 제2 연결라인은 상기 라디에이터와 상기 워터펌프의 사이에 구비되는 상기 냉각수 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제4항에 있어서,
상기 전장품과 상기 오일쿨러를 냉각할 경우,
상기 밸브의 작동을 통해 상기 제1, 및 제2 연결라인이 폐쇄되고,
상기 워터펌프의 작동을 통해 상기 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 상기 전장품과 상기 오일쿨러에 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제4항에 있어서,
차량의 난방모드에서는
상기 밸브의 작동을 통해 상기 제1, 및 제2 연결라인이 개방된 상태에서, 상기 제1 연결라인을 기준으로 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되고,
상기 워터펌프의 작동을 통해 상기 전장품과 상기 오일쿨러를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 상기 라디에이터의 통과 없이 상기 히터에 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제4항에 있어서,
차량의 난방모드에서 상기 전장품과 상기 오일쿨러를 냉각할 경우에는
상기 밸브의 작동을 통해 상기 제1, 및 제2 연결라인이 개방된 상태에서, 상기 제1 연결라인을 기준으로 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 개방되고,
상기 워터펌프의 작동을 통해 상기 전장품과 상기 오일쿨러를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수 중, 일부의 냉각수는 상기 라디에이터의 통과 없이 상기 히터에 공급되고, 나머지 냉각수는 상기 라디에이터를 통과하여 상기 전장품과 상기 오일쿨러에 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제4항에 있어서,
상기 밸브는 유량의 분배가 가능한 3-Way 인 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제3항에 있어서,
상기 냉각수 라인에 연결된 상기 제2 연결라인과 상기 워터펌프의 사이에서 상기 냉각수 라인에는 리저버 탱크가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 HVAC 모듈은
에어컨 장치에 포함된 증발기와 상기 히터를 사이에 구비되고, 외기가 상기 히터를 선택적으로 통과하도록 조절하는 개폐도어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 HVAC 모듈은
상기 히터를 사이에 두고, 상기 증발기의 반대측에 구비되는 공기 가열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 연결라인에는
냉각수 가열기가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 구동모터는 전륜 및 후륜에 대응하여 2 개로 각각 구성되고,
상기 오일쿨러는 2 개의 상기 구동모터에 대응하여 2 개로 각각 구성되며,
2 개의 상기 오일쿨러 중, 하나의 오일쿨러는 상기 냉각수 라인에 구비되는 병렬라인을 통하여 상기 냉각수 라인에 구비되는 다른 하나의 오일쿨러와 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제13항에 있어서,
상기 워터펌프는 상기 병렬라인을 기준으로 상기 라디에이터 측에 근접한 상기 냉각수 라인에 배치되고,
상기 병렬라인을 기준으로 다른 하나의 상기 오일쿨러와 연결된 상기 냉각수 라인에는 서브 워터펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전장품은
인버터와 충전기(On Board Charger, OBC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.