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KR102715809B1 - Betterly thermal management system for vehicle - Google Patents

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KR102715809B1
KR102715809B1 KR1020190060101A KR20190060101A KR102715809B1 KR 102715809 B1 KR102715809 B1 KR 102715809B1 KR 1020190060101 A KR1020190060101 A KR 1020190060101A KR 20190060101 A KR20190060101 A KR 20190060101A KR 102715809 B1 KR102715809 B1 KR 102715809B1
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cooling
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안토니오 베스파
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현대자동차 주식회사
기아 주식회사
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Abstract

차량용 배터리 열 관리 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템은 냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터와 워터펌프를 포함하며, 적어도 하나의 전장품을 냉각하도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치; 차량의 실내로 공기를 송풍하도록 송풍기가 구비된 케이스와, 상기 케이스의 내부에 배치되는 증발기와, 차량 실내의 온도 조절을 위해 상기 증발기를 통과한 공기가 열교환기와 공기 히터에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어가 구비된 HVAC 모듈을 포함하며, 상기 증발기와 냉매라인을 통해 상호 연결되는 압축기, 컨덴서, 및 팽창밸브를 더 포함하는 에어컨 장치; 및 상기 냉각장치로부터 공급된 냉각수가 순환되면서 웜업, 또는 냉각되도록 상기 냉각수 라인과 적어도 하나의 연결라인을 통해 연결되는 배터리를 포함한다.A vehicle battery thermal management system is disclosed. The vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention comprises: a cooling device including a radiator and a water pump connected to a coolant line, and circulating coolant in the coolant line to cool at least one electrical component; an HVAC module including a case having a blower for blowing air into a vehicle interior, an evaporator disposed inside the case, and an opening/closing door for controlling air passing through the evaporator to selectively flow into a heat exchanger and an air heater for temperature control of the vehicle interior, and an air conditioning device further including a compressor, a condenser, and an expansion valve interconnected with the evaporator through a refrigerant line; and a battery connected to the coolant line through at least one connecting line so that the coolant supplied from the cooling device is circulated to warm up or cool down.

Figure R1020190060101
Figure R1020190060101

Description

차량용 배터리 열 관리 시스템{BETTERLY THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR VEHICLE}BETTERLY THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR VEHICLE

본 발명은 차량용 배터리 열 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어컨 장치의 HVAC 모듈과, 냉각수를 이용하여 배터리의 온도를 효율적으로 제어하기 위한 차량용 배터리 열 관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle battery thermal management system, and more specifically, to a vehicle battery thermal management system for efficiently controlling the temperature of a battery using an HVAC module of an air conditioning unit and coolant.

일반적으로 자동차용 공기조화장치는 자동차의 실내를 난방하거나 냉방하기 위하여 냉매를 순환시키는 에어컨 장치를 포함한다.Typically, an automotive air conditioning system includes an air conditioning unit that circulates refrigerant to heat or cool the interior of the vehicle.

이러한 에어컨 장치는 외부의 온도변화에 관계없이 자동차 실내의 온도를 적당한 온도로 유지하여 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있도록 하는 것으로 압축기의 구동에 의하여 토출되는 냉매가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 증발기에 의한 열교환에 의하여 자동차의 실내를 난방 또는 냉방하도록 구성된다.These air conditioning devices are designed to maintain a comfortable indoor environment by maintaining the temperature inside the car at an appropriate temperature regardless of external temperature changes. The refrigerant discharged by the operation of the compressor is circulated through the condenser, receiver dryer, expansion valve, and evaporator back to the compressor, thereby heating or cooling the car's interior through heat exchange by the evaporator.

즉, 에어컨 장치는 여름철 냉방모드 시에는 압축기로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 응축기를 통하여 응축된 후 리시버 드라이어 및 팽창밸브를 거쳐 증발기에서의 증발을 통하여 실내의 온도 및 습도를 낮추게 된다.That is, when the air conditioner is in cooling mode in the summer, the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant compressed by the compressor is condensed through the condenser, then passes through the receiver dryer and expansion valve and evaporates in the evaporator, thereby lowering the temperature and humidity of the room.

한편, 최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차로 구분된다.Meanwhile, as interest in energy efficiency and environmental pollution issues has grown, there has been a demand for the development of eco-friendly cars that can practically replace internal combustion engine cars. These eco-friendly cars are usually categorized as electric cars that are powered by fuel cells or electricity, or hybrid cars that are powered by engines and batteries.

이러한 친환경 차량 중, 전기자동차의 경우에는 충전 또는 방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리를 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없고 소음이 매우 작다.Among these eco-friendly vehicles, electric vehicles use batteries made up of multiple rechargeable or rechargeable secondary cells as a pack as their main power source, so they produce no exhaust gas and very little noise.

이와 같이, 전기자동차의 주동력원으로 사용되는 배터리의 성능은 배터리 온도에 영향을 받으므로 배터리의 온도와 그 분포를 균일하게 유지하는 것은 매우 중요한 문제라고 할 수 있다.In this way, the performance of batteries used as the main power source for electric vehicles is affected by battery temperature, so maintaining the temperature of the battery and its distribution evenly is a very important issue.

이에 따라, 종래 기술에 따른 전기 자동차에서는 모터와 전장품, 및 연료전지를 포함하는 배터리의 온도를 조절하도록 배터리 온도 조절장치, 및 히트펌프 시스템과 함께, 배터리 냉각장치가 각각 별도의 밀폐회로로 구성해야만 한다. Accordingly, in electric vehicles according to the prior art, a battery temperature control device and a heat pump system, as well as a battery cooling device, must each be configured as separate sealed circuits to control the temperature of the battery including the motor, electrical components, and fuel cell.

그러나, 종래의 전기 자동차에서는 배터리가 최적성능을 발휘되도록 차량의 상태에 따라 배터리를 웜업 또는 냉각시키는 배터리 온도 조절장치가 별도로 구비되는 바, 협소한 엔진룸 내부에서 설치공간의 확보가 어렵고, 레이아웃이 복잡해지는 문제점이 있다. However, in conventional electric vehicles, a battery temperature control device is separately installed to warm up or cool down the battery depending on the condition of the vehicle so that the battery can perform optimally. However, there is a problem in that it is difficult to secure installation space in a narrow engine room and the layout becomes complicated.

또한, 배터리의 온도 조절을 위해 구비되는 밸브들의 빈번한 개폐작동으로 인해 발생되는 소음 및 진동이 차량 실내로 전달되어 승차감이 저하되며, 제작원가가 증가되는 문제점이 있다. In addition, there is a problem in that noise and vibration generated by frequent opening and closing of valves provided for battery temperature control are transmitted to the vehicle interior, which reduces ride comfort and increases manufacturing costs.

이에 따라, 적은 비용으로 배터리의 수명을 연장시키면서도 에너지 효율을 극대화시키기 위하여 배터리의 온도조절을 위한 기술개발이 진행되고 있는 실정이다.Accordingly, technology development for battery temperature control is underway to maximize energy efficiency while extending the battery life at a low cost.

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.The information contained in this background section has been prepared to promote understanding of the background of the invention and may include matters that are not prior art already known to those skilled in the art.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 별도의 배터리 온도 조절장치의 추가 없이도 에어컨 장치의 HVAC 모듈과, 냉각수를 이용하여 배터리의 온도를 효율적으로 제어하여 시스템의 단순화가 가능한 차량용 배터리 열 관리 시스템을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the problem to be solved by the present invention is to provide a vehicle battery thermal management system capable of simplifying the system by efficiently controlling the temperature of the battery using an HVAC module of an air conditioning unit and coolant without adding a separate battery temperature control device.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템은 냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터와 워터펌프를 포함하며, 적어도 하나의 전장품을 냉각하도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치; 차량의 실내로 공기를 송풍하도록 송풍기가 구비된 케이스와, 상기 케이스의 내부에 배치되는 증발기와, 차량 실내의 온도 조절을 위해 상기 증발기를 통과한 공기가 열교환기와 공기 히터에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어가 구비된 HVAC 모듈을 포함하며, 상기 증발기와 냉매라인을 통해 상호 연결되는 압축기, 컨덴서, 및 팽창밸브를 더 포함하는 에어컨 장치; 및 상기 냉각장치로부터 공급된 냉각수가 순환되면서 웜업, 또는 냉각되도록 상기 냉각수 라인과 적어도 하나의 연결라인을 통해 연결되는 배터리를 포함한다. According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a vehicle battery thermal management system comprises: a cooling device including a radiator and a water pump connected to a coolant line, and circulating coolant in the coolant line to cool at least one electrical component; an HVAC module including a case having a blower for blowing air into a vehicle interior, an evaporator disposed inside the case, and an opening/closing door for controlling air passing through the evaporator to selectively flow into a heat exchanger and an air heater for controlling temperature inside the vehicle, and further comprising a compressor, a condenser, and an expansion valve interconnected with the evaporator through a refrigerant line; and a battery connected to the coolant line through at least one connecting line so that the coolant supplied from the cooling device is circulated to warm up or cool down.

상기 냉각장치는 상기 라디에이터와 상기 워터펌프 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제1 밸브; 상기 제1 밸브와 상기 워터펌프 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 리저버 탱크; 상기 워터펌프와 상기 전장품 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제2 밸브; 상기 전장품과 상기 라디에이터의 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제3 밸브; 및 상기 전장품들과 상기 제3 밸브 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되고, 상기 제2 밸브의 작동에 따라 상기 전장품을 통과한 냉각수가 공급되거나, 상기 전장품의 통과 없이 냉각수가 공급되도록, 상기 제2 밸브와 바이패스 라인을 통해 선택적으로 연결되는 냉각수 히터; 를 더 포함할 수 있다.The cooling device may further include: a first valve provided in the coolant line between the radiator and the water pump; a reservoir tank provided in the coolant line between the first valve and the water pump; a second valve provided in the coolant line between the water pump and the electrical components; a third valve provided in the coolant line between the electrical components and the radiator; and a coolant heater provided in the coolant line between the electrical components and the third valve, and selectively connected to the second valve and a bypass line such that coolant passing through the electrical components is supplied depending on the operation of the second valve, or coolant is supplied without passing through the electrical components.

상기 제2 밸브는 상기 배터리의 웜업모드에서 상기 전장품과 연결되는 상기 냉각수 라인은 폐쇄하고, 상기 바이패스 라인을 개방할 수 있다. The above second valve can close the coolant line connected to the electrical components and open the bypass line in the warm-up mode of the battery.

상기 냉각수 히터는 상기 배터리의 웜업모드에서 작동될 수 있다.The above coolant heater can be operated in the warm-up mode of the battery.

상기 연결라인은 상기 제1 밸브를 통해 상기 냉각수 라인을 상기 배터리에 연결하는 제1 연결라인; 상기 배터리와 상기 리저버 탱크를 연결하는 제2 연결라인; 상기 제3 밸브를 통해 상기 냉각수 라인을 상기 열교환기와 연결하는 제3 연결라인; 상기 열교환기와 상기 배터리의 사이에 구비된 제4 밸브와 상기 열교환기를 연결하는 제4 연결라인; 상기 제4 밸브와 상기 제1 연결라인을 연결하는 제5 연결라인; 및 상기 제4 밸브와 상기 제2 연결라인을 연결하는 제6 연결라인; 을 포함할 수 있다. The above connecting line may include a first connecting line connecting the coolant line to the battery through the first valve; a second connecting line connecting the battery and the reservoir tank; a third connecting line connecting the coolant line to the heat exchanger through the third valve; a fourth connecting line connecting a fourth valve provided between the heat exchanger and the battery and the heat exchanger; a fifth connecting line connecting the fourth valve and the first connecting line; and a sixth connecting line connecting the fourth valve and the second connecting line.

상기 배터리는 발열 온도에 따라 제1 냉각모드와 제2 냉각모드로 냉각될 수 있다. The above battery can be cooled in a first cooling mode and a second cooling mode depending on the heating temperature.

상기 제1 냉각모드에서는 상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 제1 연결라인이 개방되고, 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며, 상기 제2 밸브의 작동을 통해 상기 전장품과 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인이 개방되며, 상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 폐쇄되며, 상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 제5, 및 제6 연결라인이 폐쇄될 수 있다. In the first cooling mode, the first connecting line may be opened by operation of the first valve, the coolant line connected to the reservoir tank may be closed, the coolant line connected to the electrical equipment may be closed by operation of the second valve, the bypass line may be opened, the third connecting line connected to the heat exchanger may be closed by operation of the third valve, and the fourth, fifth, and sixth connecting lines may be closed by operation of the fourth valve.

상기 제1 냉각모드에서는 상기 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 상기 제1 연결라인과 상기 제2 연결라인을 통해 상기 배터리를 통과하면서 상기 배터리를 냉각시킬 수 있다. In the first cooling mode, coolant cooled in the radiator can cool the battery by passing through the battery through the first connecting line and the second connecting line.

상기 제2 냉각모드에서는 상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터, 및 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인과, 상기 제1 연결라인이 폐쇄되고, 상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며, 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 개방되고, 상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 및 제5 연결라인이 개방되며, 상기 제6 연결라인이 폐쇄될 수 있다. In the second cooling mode, the cooling water line connected to the radiator and the reservoir tank and the first connecting line may be closed through the operation of the first valve, the cooling water line connected to the radiator may be closed through the operation of the third valve, the third connecting line connected to the heat exchanger may be opened, the fourth and fifth connecting lines may be opened through the operation of the fourth valve, and the sixth connecting line may be closed.

상기 제2 냉각모드에서 상기 바이패스 라인은 상기 전장품의 냉각이 요구될 경우, 상기 제2 밸브의 작동을 통해 폐쇄될 수 있다. In the second cooling mode, the bypass line can be closed by operation of the second valve when cooling of the electrical components is required.

상기 제2 냉각모드에서 상기 송풍기에서 공급된 공기는 상기 증발기를 통과하는 저온의 냉매와 열교환을 통해 냉각된 상태로, 상기 열교환기를 통과하면서 상기 열교환기를 통과하는 냉각수를 냉각시킬 수 있다. In the second cooling mode, the air supplied from the blower is cooled through heat exchange with the low-temperature refrigerant passing through the evaporator, and can cool the cooling water passing through the heat exchanger while passing through the heat exchanger.

상기 배터리의 웜업 모드에서는 상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터, 및 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인과, 상기 제1 연결라인이 폐쇄되고, 상기 제2 밸브의 작동을 통해 상기 전장품과 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인이 개방되며, 상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며, 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 개방되고, 상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 및 제5 연결라인이 개방되며, 상기 제6 연결라인이 폐쇄될 수 있다. In the warm-up mode of the battery, the coolant line connected to the radiator and the reservoir tank and the first connecting line may be closed through operation of the first valve, the coolant line connected to the electrical components may be closed through operation of the second valve, the bypass line may be opened, the coolant line connected to the radiator may be closed through operation of the third valve, the third connecting line connected to the heat exchanger may be opened, the fourth and fifth connecting lines may be opened through operation of the fourth valve, and the sixth connecting line may be closed.

상기 제4 밸브는 상기 제4 연결라인이 개방된 상태에서, 상기 배터리의 웜업 또는 냉각이 요구되지 않을 경우, 상기 제5 연결라인을 폐쇄하고, 상기 제6 연결라인을 개방하여 상기 배터리로 냉각수의 유입을 방지할 수 있다. The fourth valve can close the fifth connecting line and open the sixth connecting line to prevent the inflow of coolant into the battery when warming up or cooling of the battery is not required while the fourth connecting line is open.

상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 밸브는 3-Way 밸브 일 수 있다.The above first, second, third, and fourth valves may be 3-way valves.

상기 열교환기는 냉각수를 공기와 열교환시키는 공랭식 열교환기 일 수 있다.The above heat exchanger may be an air-cooled heat exchanger that exchanges heat between cooling water and air.

상기 전장품은 모터, 또는 전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)와, 충전기(On Board Charger, OBC)를 포함할 수 있다. The above components may include a motor, an Electric Power Control Unit (EPCU), and an On Board Charger (OBC).

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에 의하면, 별도의 배터리 온도 조절장치의 추가 없이도 에어컨 장치의 HVAC 모듈과, 냉각수를 이용하여 배터리의 온도를 효율적으로 제어하여 시스템의 단순화가 가능해지고, 제작비용을 절감할 수 있다. As described above, according to the vehicle battery thermal management system according to the embodiment of the present invention, the temperature of the battery can be efficiently controlled using the HVAC module of the air conditioning unit and coolant without adding a separate battery temperature control device, thereby simplifying the system and reducing the manufacturing cost.

또한, 본 발명은 배터리의 효율적인 온도 관리가 가능해 짐에 따라, 배터리의 최적 성능 발휘가 가능해지고, 배터리의 효율, 내구성, 및 수명을 향상시킬 수 있으며, 전기 자동차의 전체적인 주행거리를 증가시킬 수 있다.In addition, since the present invention enables efficient temperature management of the battery, it enables optimal performance of the battery, improves the efficiency, durability, and lifespan of the battery, and increases the overall driving range of the electric vehicle.

또한, 본 발명은 차량의 냉방모드에서 배터리가 과열될 경우, HVAC 모듈에서 냉매와 열교환이 완료되어 실내로 공급되는 저온의 외기를 이용해 냉각수를 보다 낮은 온도로 냉각하여 배터리에 공급함으로써, 과열된 배터리를 신속하고 효율적으로 냉각할 수 있다.In addition, the present invention cools the coolant to a lower temperature and supplies it to the battery by utilizing low-temperature outside air supplied to the interior after heat exchange with the refrigerant in the HVAC module when the battery overheats in the cooling mode of the vehicle, thereby quickly and efficiently cooling the overheated battery.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 배터리 웜업모드에 대한 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제1 냉각모드로 배터리를 냉각하는 것에 대한 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제1 냉각모드로 배터리의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제2 냉각모드로 배터리의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제2 냉각모드로 배터리의 냉각, 전장품의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.
FIG. 1 is a block diagram of a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operational status diagram for a battery warm-up mode in a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an operational state diagram for cooling a battery in a first cooling mode in a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an operation status diagram for cooling a battery and cooling a vehicle interior in a first cooling mode in a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an operation status diagram for cooling a battery and cooling a vehicle interior in a second cooling mode in a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an operational state diagram for cooling a battery, cooling an electrical component, and cooling a vehicle interior in a second cooling mode in a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

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.Prior to this, it should be understood that the embodiments described in this specification and the configurations illustrated in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, and therefore, there may be various equivalents and modified examples that can replace them at the time of filing this application.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are used for identical or similar components throughout the specification.

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.The size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and therefore the present invention is not necessarily limited to what is shown in the drawings. In order to clearly express various parts and areas, the thickness is shown by enlarging it.

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.And throughout the specification, whenever a part is said to “include” a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.Additionally, terms such as “...unit,” “...means,” “...part,” “...element,” etc., described in the specification mean a comprehensive unit of configuration that performs at least one function or operation.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.FIG. 1 is a block diagram of a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템은 별도의 배터리 온도 조절장치의 추가 없이도 에어컨 장치(100)의 HVAC 모듈(110)과, 냉각수를 이용하여 배터리(B)의 온도를 효율적으로 제어할 수 있다.A vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention can efficiently control the temperature of a battery (B) by using an HVAC module (110) of an air conditioning unit (100) and coolant without adding a separate battery temperature control device.

이러한 배터리 열 관리 시스템은 하이브리드 차량 또는 전기 자동차에 적용된다. 도 1을 참조하면, 상기 배터리 열 관리 시스템은 냉각장치(10), 에어컨 장치(100), 및 배터리(B)를 포함할 수 있다.This battery thermal management system is applied to hybrid vehicles or electric vehicles. Referring to Fig. 1, the battery thermal management system may include a cooling device (10), an air conditioning device (100), and a battery (B).

먼저, 상기 냉각장치(10)는 냉각수 라인(11)으로 연결되는 라디에이터(12)와 워터펌프(14)를 포함한다. 이러한 냉각장치(10)는 전장품(15)을 냉각하도록 상기 워터펌프(14)의 작동을 통해 상기 냉각수 라인(11)에 냉각수를 순환시키게 된다.First, the cooling device (10) includes a radiator (12) and a water pump (14) connected to a cooling water line (11). The cooling device (10) circulates cooling water in the cooling water line (11) through the operation of the water pump (14) to cool the electrical components (15).

상기 라디에이터(12)는 차량의 전방에 배치되며, 후방에는 쿨링팬(13)이 구비되어 상기 쿨링팬(13)의 작동과 외기와의 열교환을 통해 냉각수를 냉각하게 된다.The above radiator (12) is placed at the front of the vehicle, and a cooling fan (13) is provided at the rear to cool the coolant through the operation of the cooling fan (13) and heat exchange with the outside air.

여기서, 상기 전장품(15)은 모터를 포함하는 전력제어장치(15a :Electric Power Control Unit, EPCU)와 충전기(15b : On Board Charger, OBC)를 포함할 수 있다.Here, the above-mentioned electric component (15) may include a power control unit (15a: Electric Power Control Unit, EPCU) including a motor and a charger (15b: On Board Charger, OBC).

상기 전력제어장치(15a)는 주행 중에 발열되고, 상기 충전기(15b)는 상기 배터리(B)를 충전할 경우 발열될 수 있다.The above power control device (15a) may generate heat during driving, and the charger (15b) may generate heat when charging the battery (B).

이러한 전장품(15)들은 상기 냉각수 라인(11)에서 직렬로 배치될 수 있다.These components (15) can be arranged in series in the cooling water line (11).

또한, 상기 라디에이터(12)와 상기 워터펌프(14) 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에는 리저버 탱크(16)가 구비된다. 상기 리저버 탱크(16)에는 상기 라디에이터(12)에서 냉각된 냉각수가 저장될 수 있다.In addition, a reservoir tank (16) is provided in the coolant line (11) between the radiator (12) and the water pump (14). Coolant cooled in the radiator (12) can be stored in the reservoir tank (16).

이와 같이 구성되는 상기 냉각장치(10)는 상기 워터펌프(14)의 작동을 통해 상기 라디에이터(12)에서 냉각된 냉각수를 상기 냉각수 라인(11)을 따라 순환시킴으로써, 상기 전장품(15)이 과열되지 않도록 냉각시키게 된다.The cooling device (10) configured in this manner cools the electrical components (15) so that they do not overheat by circulating the coolant cooled in the radiator (12) along the coolant line (11) through the operation of the water pump (14).

여기서, 상기 냉각장치(10)는 제1, 제2, 제3, 및 제4 밸브(V1, V2, V3, V4)와, 냉각수 히터(18)를 더 포함할 수 있다.Here, the cooling device (10) may further include first, second, third, and fourth valves (V1, V2, V3, V4) and a cooling water heater (18).

먼저, 상기 제1 밸브(V1)는 상기 라디에이터(11)와 상기 워터펌프 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에 구비된다. First, the first valve (V1) is provided in the cooling water line (11) between the radiator (11) and the water pump.

상기 제2 밸브(V2)는 상기 워터펌프(14)와 상기 전장품(15) 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에 구비된다. The above second valve (V2) is provided in the cooling water line (11) between the water pump (14) and the electrical component (15).

상기 제3 밸브(V3)는 상기 전장품(14)과 상기 라디에이터(11)의 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에 구비된다. The above third valve (V3) is provided in the cooling water line (11) between the above-mentioned electrical component (14) and the above-mentioned radiator (11).

상기 제4 밸브(V4)는 상기 HVAC 모듈(110)에 포함되는 열교환기(115)와 상기 배터리(B)의 사이에 배치되며, 후술되는 연결라인들로 유동되는 냉각수의 유동흐름을 제어할 수 있다.The above fourth valve (V4) is placed between the heat exchanger (115) included in the HVAC module (110) and the battery (B), and can control the flow of cooling water flowing through the connecting lines described below.

여기서, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 밸브(V1, V2, V3, V4)는 3-Way 밸브 일 수 있다.Here, the first, second, third, and fourth valves (V1, V2, V3, V4) may be 3-way valves.

그리고 상기 냉각수 히터(18)는 상기 전장품(15)들과 상기 제3 밸브(V3) 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에 구비된다. And the cooling water heater (18) is provided in the cooling water line (11) between the electrical components (15) and the third valve (V3).

이러한 냉각수 히터(18)는 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 따라 상기 전장품(15)을 통과한 냉각수가 공급되거나, 상기 전장품(15)의 통과 없이 냉각수가 공급되도록, 상기 제2 밸브(V2)와 바이패스 라인(17)을 통해 선택적으로 연결될 수 있다.The coolant heater (18) can be selectively connected to the second valve (V2) and a bypass line (17) so that coolant passing through the electrical component (15) is supplied according to the operation of the second valve (V2), or coolant is supplied without passing through the electrical component (15).

여기서, 상기 냉각수 히터(18)는 상기 배터리(B)로부터 공급되는 전원에 의해 작동하는 전기 히터일 수 있다. 이와 같이 구성된 상기 냉각수 히터(18)는 상기 배터리(B)의 웜업모드에서 작동되며, 공급된 냉각수를 가열하여 온도를 상승시킨 상태로 상기 배터리(B)에 공급할 수 있다. Here, the coolant heater (18) may be an electric heater that operates on power supplied from the battery (B). The coolant heater (18) configured in this manner operates in the warm-up mode of the battery (B), and can heat the supplied coolant and supply it to the battery (B) in a state where the temperature is increased.

즉, 온도가 상승된 냉각수가 공급된 상기 배터리(B)는 신속하게 온도가 상승될 수 있다.That is, the battery (B) supplied with coolant having an elevated temperature can have its temperature rapidly increased.

여기서, 상기 제2 밸브(V2)는 상기 배터리(B)의 웜업모드에서 상기 전장품(15)과 연결되는 상기 냉각수 라인(11)은 폐쇄하고, 상기 바이패스 라인(17)을 개방할 수 있다.Here, the second valve (V2) can close the cooling water line (11) connected to the electrical component (15) and open the bypass line (17) in the warm-up mode of the battery (B).

본 실시예에서, 상기 에어컨 장치(100)는 냉매라인(101)을 통해 연결되는 압축기(103), 컨덴서(105), 팽창밸브(107), 증발기(109), 및 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning : 110)을 포함한다. In this embodiment, the air conditioning device (100) includes a compressor (103), a condenser (105), an expansion valve (107), an evaporator (109), and an HVAC module (Heating, Ventilation, and Air Conditioning: 110) connected through a refrigerant line (101).

먼저, 상기 압축기(103)는 기체 상태의 냉매를 압축시키고 압축된 냉매를 상기 컨덴서(105)에 공급할 수 있다.First, the compressor (103) can compress the gaseous refrigerant and supply the compressed refrigerant to the condenser (105).

상기 컨덴서(105)는 상기 라디에이터(12)의 전방에 배치되어 내부로 유입된 냉매를 외기와 상호 열교환 시켜 응축시킬 수 있다.The above condenser (105) is placed in front of the radiator (12) and can condense the refrigerant flowing into the interior by exchanging heat with the outside air.

여기서, 상기 컨덴서(105)에는 응축이 완료된 냉매에 포함된 기체상태의 냉매와 수분 및 이물질을 제거하는 리시버 드라이어(105a)가 장착될 수 있다.Here, the condenser (105) may be equipped with a receiver dryer (105a) that removes moisture and foreign substances from the gaseous refrigerant contained in the condensed refrigerant.

상기 팽창밸브(107)는 상기 컨덴서(105)에서 응축된 냉매를 공급받아 팽창시키게 된다. 이러한 팽창밸브(107)는 기계식 팽창밸브 일 수 있다.The above expansion valve (107) receives refrigerant condensed from the condenser (105) and expands it. This expansion valve (107) may be a mechanical expansion valve.

본 실시예에서, 상기 증발기(109)는 상기 HVAC 모듈(110)의 내부에 배치되며, 상기 팽창밸브(107)에서 팽창되어 저온저압 상태로 유입된 냉매를 공기와의 열교환을 통해 증발시킨다. In this embodiment, the evaporator (109) is placed inside the HVAC module (110) and evaporates the refrigerant that has been expanded by the expansion valve (107) and introduced in a low-temperature, low-pressure state through heat exchange with air.

그리고 상기 HVAC 모듈(110)은 차량의 실내로 공기를 송풍하도록 송풍기(111)가 구비된 케이스(113)와, 상기 케이스(113)의 내부에서 차량 실내의 온도 조절을 위해 상기 증발기(109)를 통과한 공기가 열교환기(115)와 공기 히터(117)에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어(119)를 포함한다.And the HVAC module (110) includes a case (113) equipped with a blower (111) to blow air into the interior of the vehicle, and an opening/closing door (119) that selectively controls the air passing through the evaporator (109) to flow into the heat exchanger (115) and the air heater (117) to control the temperature inside the vehicle.

상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)는 상기 케이스(113)의 내부에서 상기 증발기(109)의 후방에 배치되고, 상기 개폐도어(119)는 상기 증발기(109)와 상기 열교환기(115)의 사이에 구비될 수 있다.The above heat exchanger (115) and the air heater (117) are arranged at the rear of the evaporator (109) inside the case (113), and the opening/closing door (119) can be provided between the evaporator (109) and the heat exchanger (115).

여기서, 상기 공기 히터(117)는 차량 실내의 난방이 요구될 경우 작동될 수 있으며, 상기 배터리(B)로부터 공급된 전원에 의해 작동하는 공기 가열식 전기히터일 수 있다.Here, the air heater (117) can be operated when heating of the vehicle interior is required, and can be an air heating electric heater operated by power supplied from the battery (B).

또한, 상기 열교환기(115)는 냉각수를 공기와 열교환시키는 공랭식 열교환기일 수 있다.Additionally, the heat exchanger (115) may be an air-cooled heat exchanger that exchanges heat between cooling water and air.

즉, 차량 실내를 냉방할 경우, 차량의 외부에서 상기 HVAC 모듈(110)로 유입되는 외기, 또는 상기 송풍기(111)에서 공급된 공기는 상기 증발기(109)를 통과하면서, 상기 증발기(109)로 유입된 저온 상태의 냉매와 열교환을 통해 냉각되어 차량의 실내로 유입될 수 있다.That is, when cooling the interior of a vehicle, outside air flowing into the HVAC module (110) from outside the vehicle or air supplied from the blower (111) can be cooled through heat exchange with the low-temperature refrigerant flowing into the evaporator (109) while passing through the evaporator (109) and then flowed into the interior of the vehicle.

그리고 상기 배터리(B)는 상기 냉각장치(10)로부터 공급된 냉각수가 순환되면서 웜업, 또는 냉각되도록 상기 냉각수 라인(11)과 적어도 하나의 연결라인을 통해 연결될 수 있다. And the battery (B) can be connected to the cooling water line (11) through at least one connecting line so that the battery is warmed up or cooled while the cooling water supplied from the cooling device (10) is circulated.

상기 연결라인은 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 연결라인(21, 23, 25, 27, 29, 31)으로 구성된다.The above connecting lines are composed of the first, second, third, fourth, fifth, and sixth connecting lines (21, 23, 25, 27, 29, 31).

먼저, 상기 제1 연결라인(21)은 상기 제1 밸브(V1)를 통해 상기 냉각수 라인(11)을 상기 배터리(B)에 연결한다. 상기 제2 연결라인(21)은 상기 배터리(B)와 상기 리저버 탱크(16)를 연결한다. First, the first connecting line (21) connects the coolant line (11) to the battery (B) through the first valve (V1). The second connecting line (21) connects the battery (B) and the reservoir tank (16).

여기서, 상기 제1 연결라인(21)은 상기 배터리(B)의 내부에 냉각수를 유입시키는 유입라인이고, 상기 제2 연결라인(23)은 상기 배터리(B)의 내부를 통과한 냉각수를 배출하는 배출라인일 수 있다. Here, the first connecting line (21) may be an inlet line that introduces coolant into the interior of the battery (B), and the second connecting line (23) may be a discharge line that discharges coolant that has passed through the interior of the battery (B).

본 실시예에서, 상기 제3 연결라인(25)은 상기 제3 밸브(V3)를 통해 상기 냉각수 라인(11)을 상기 열교환기(115)와 연결한다. In this embodiment, the third connecting line (25) connects the cooling water line (11) to the heat exchanger (115) through the third valve (V3).

상기 제4 연결라인(27)은 상기 열교환기(115)와 상기 배터리(B)의 사이에 구비된 상기 제4 밸브(V4)와 상기 열교환기(115)를 연결한다. 상기 제5 연결라인(29)은 상기 제4 밸브(V4)와 상기 제1 연결라인(21)을 연결한다. The fourth connecting line (27) connects the fourth valve (V4) provided between the heat exchanger (115) and the battery (B) to the heat exchanger (115). The fifth connecting line (29) connects the fourth valve (V4) and the first connecting line (21).

여기서, 상기 제5 연결라인(29)은 상기 배터리(B)에 근접하여 위치된 상기 제1 연결라인(21)에 연결될 수 있으며, 상기 제5 연결라인(29)으로 유입된 냉각수는 상기 제1 연결라인(21)을 일부 통과하여 상기 배터리(B)로 유입될 수 있다.Here, the fifth connecting line (29) can be connected to the first connecting line (21) located close to the battery (B), and the coolant flowing into the fifth connecting line (29) can pass through a portion of the first connecting line (21) and flow into the battery (B).

그리고 상기 제6 연결라인(31)은 상기 제4 밸브(V4)와 상기 제2 연결라인(23)을 연결한다. And the sixth connecting line (31) connects the fourth valve (V4) and the second connecting line (23).

여기서, 상기 제6 연결라인(31)은 상기 배터리(B)로부터 설정길이 만큼 이격되어 위치된 상기 제2 연결라인(23)에 연결될 수 있으며, 상기 제6 연결라인(31)으로 유입된 냉각수는 상기 배터리(B)의 통과 없이 상기 제2 연결라인(23)을 따라 상기 리저버 탱크(16)로 유동될 수 있다.Here, the sixth connecting line (31) can be connected to the second connecting line (23) located at a set distance from the battery (B), and the coolant flowing into the sixth connecting line (31) can flow to the reservoir tank (16) along the second connecting line (23) without passing through the battery (B).

즉, 상기 제4 밸브(V4)는 상기 제4 연결라인(27)이 개방된 상태에서, 상기 배터리(B)의 웜업 또는 냉각이 요구되지 않을 경우, 상기 제5 연결라인(29)을 폐쇄하고, 상기 제6 연결라인(31)을 개방하여 상기 배터리(B)로 냉각수의 유입을 방지할 수 있다. That is, when warming up or cooling of the battery (B) is not required while the fourth connecting line (27) is open, the fourth valve (V4) can close the fifth connecting line (29) and open the sixth connecting line (31) to prevent the inflow of coolant into the battery (B).

본 실시예에서, 상기 배터리(B)는 발열 온도에 따라 제1 냉각모드와 제2 냉각모드로 냉각될 수 있다. In this embodiment, the battery (B) can be cooled in a first cooling mode and a second cooling mode depending on the heat generation temperature.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation and function of a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 상기 배터리(B)의 웜업모드에 따른 작동을 도 2를 참조하여 설명한다.First, the operation according to the warm-up mode of the battery (B) in the vehicle battery thermal management system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 배터리 웜업모드에 대한 작동 상태도이다. FIG. 2 is an operational status diagram for a battery warm-up mode in a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 배터리(B)의 웜업 모드에서, 상기 냉각장치(10)에 포함된 상기 워터펌프(14)가 작동하여 상기 냉각수 라인(11) 중, 개방된 일부의 상기 냉각수 라인(11)을 따라 냉각수가 순환된다.Referring to Fig. 2, in the warm-up mode of the battery (B), the water pump (14) included in the cooling device (10) operates so that coolant is circulated along some of the coolant lines (11) that are open among the coolant lines (11).

여기서, 상기 라디에이터(12), 및 상기 리저버 탱크(16)와 연결되는 상기 냉각수 라인(11)과, 상기 제1 연결라인(21)이 상기 제1 밸브(V1)의 작동을 통해 폐쇄된다.Here, the cooling water line (11) connected to the radiator (12) and the reservoir tank (16), and the first connecting line (21) are closed through the operation of the first valve (V1).

또한, 상기 제2 밸브(V2)의 작동을 통해 상기 전장품(15)과 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인(17)이 개방된다.In addition, through the operation of the second valve (V2), the cooling water line (11) connected to the electrical component (15) is closed and the bypass line (17) is opened.

그리고 상기 제3 밸브(V3)의 작동을 통해 상기 라디에이터(12)와 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되며, 상기 열교환기(115)와 연결된 상기 제3 연결라인(25)이 개방된다. And through the operation of the third valve (V3), the cooling water line (11) connected to the radiator (12) is closed, and the third connecting line (25) connected to the heat exchanger (115) is opened.

이에 따라, 냉각수는 상기 라디에이터(12)에 유입되는 것이 방지됨으로써, 외기와 열교환을 통해 냉각되는 것이 방지될 수 있다.Accordingly, the coolant is prevented from flowing into the radiator (12), thereby preventing it from being cooled through heat exchange with the outside air.

여기서, 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 개방된다. 이와 동시에, 상기 제6 연결라인(31)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 폐쇄된다. Here, the fourth and fifth connecting lines (27, 29) are opened through the operation of the fourth valve (V4). At the same time, the sixth connecting line (31) is closed through the operation of the fourth valve (V4).

그러면, 상기 냉각장치(10)에서 상기 워터펌프(14)의 작동을 통해 순환되는 냉각수는 상기 리저버 탱크(16)로부터 상기 제2 밸브(V2)에 의해 개방된 상기 바이패스 라인(17)을 따라 상기 냉각수 히터(18)에 공급된다.Then, the cooling water circulated through the operation of the water pump (14) in the cooling device (10) is supplied to the cooling water heater (18) from the reservoir tank (16) through the bypass line (17) opened by the second valve (V2).

이 때, 상기 냉각수 히터(18)는 작동되며, 상기 바이패스 라인(17)을 통해 공급된 냉각수를 가열하여 온도를 상승시킨다.At this time, the cooling water heater (18) operates and heats the cooling water supplied through the bypass line (17) to increase the temperature.

온도가 상승된 냉각수는 상기 제3 연결라인(25)을 따라 유동되면서 상기 열교환기(115)를 통과한 후, 개방된 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)을 통해 상기 배터리(B)로 유입되면서, 상기 배터리(B)의 온도를 신속하게 상승시킬 수 있다.The coolant, whose temperature has increased, flows along the third connecting line (25) and passes through the heat exchanger (115), and then flows into the battery (B) through the open fourth and fifth connecting lines (27, 29), thereby rapidly increasing the temperature of the battery (B).

따라서, 상기 배터리(B)는 전술한 바와 같은 작동을 통해 순환되는 온도가 상승된 냉각수에 의해 보다 효율적이고 신속하게 웜업이 수행될 수 있다. Accordingly, the battery (B) can be warmed up more efficiently and quickly by the coolant whose temperature is increased through the operation described above.

한편, 본 실시예에서는 상기 배터리(B)의 웜업모드에 대한 작동을 설명함에 있어, 상기 에어컨 장치(100)가 작동되지 않는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 에어컨 장치(100)는 차량 실내의 냉방 또는 난방이 요구될 경우 선택적으로 작동될 수 있다.Meanwhile, in this embodiment, when explaining the operation of the warm-up mode of the battery (B), it is explained as an example that the air conditioner device (100) is not operated, but it is not limited thereto, and the air conditioner device (100) can be selectively operated when cooling or heating of the vehicle interior is required.

즉, 차량 실내의 냉방이 요구될 경우, 상기 HVAC 모듈(110)의 개폐도어(119)는 상기 증발기(105)를 통과하면서 냉각된 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)를 통과하는 냉각수의 온도를 낮추지 않고, 차량 내부로 바로 유입되도록 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117) 측을 폐쇄할 수 있다.That is, when cooling of the vehicle interior is required, the opening/closing door (119) of the HVAC module (110) can close the heat exchanger (115) and the air heater (117) side so that the outside air or air cooled while passing through the evaporator (105) is directly introduced into the vehicle interior without lowering the temperature of the coolant passing through the heat exchanger (115).

본 실시예에서, 제1 냉각모드로 상기 배터리(B)의 냉각 시, 작동을 첨부한 도 3과 도 4를 참조하여 설명한다. In this embodiment, the operation of cooling the battery (B) in the first cooling mode is described with reference to the attached FIGS. 3 and 4.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제1 냉각모드로 배터리를 냉각하는 것에 대한 작동 상태도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제1 냉각모드로 배터리의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다. FIG. 3 is an operational state diagram for cooling a battery in a first cooling mode in a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an operational state diagram for cooling a battery in a first cooling mode and cooling a vehicle interior in a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3을 참조하면, 상기 배터리(B)의 제1 냉각모드에서, 상기 냉각장치(10)에 포함된 상기 워터펌프(14)가 작동하여 상기 냉각수 라인(11) 중, 개방된 일부의 상기 냉각수 라인(11)을 따라 냉각수가 순환된다.First, referring to Fig. 3, in the first cooling mode of the battery (B), the water pump (14) included in the cooling device (10) operates so that the coolant is circulated along some of the coolant lines (11) that are open among the coolant lines (11).

여기서, 상기 제1 연결라인(21)은 상기 제1 밸브(V1)의 작동을 통해 개방된다. 이와 동시에, 상기 제1 밸브(V1)는 상기 리저버 탱크(16)와 연결되는 상기 냉각수 라인(11)을 폐쇄할 수 있다.Here, the first connecting line (21) is opened by the operation of the first valve (V1). At the same time, the first valve (V1) can close the cooling water line (11) connected to the reservoir tank (16).

또한, 상기 제2 밸브(V2)의 작동을 통해 상기 전장품(15)과 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인(17)이 개방된다.In addition, through the operation of the second valve (V2), the cooling water line (11) connected to the electrical component (15) is closed and the bypass line (17) is opened.

상기 열교환기(115)와 연결된 상기 제3 연결라인(25)은 상기 제3 밸브(V3)의 작동을 통해 폐쇄된다. The third connecting line (25) connected to the above heat exchanger (115) is closed through the operation of the third valve (V3).

그리고 상기 제4, 제5, 및 제6 연결라인(27, 29 ,31)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 폐쇄된다. And the fourth, fifth, and sixth connecting lines (27, 29, 31) are closed through the operation of the fourth valve (V4).

이에 따라, 상기 라디에이터(12)에서 외기와의 열교환을 통해 냉각되면서 온도가 낮아진 냉각수는 개방된 상기 제1 연결라인(21)을 따라 상기 배터리(B)에 먼저 유입됨으로써, 상기 배터리(B)를 보다 효율적으로 냉각할 수 있다.Accordingly, the coolant, whose temperature is lowered as it is cooled through heat exchange with the outside air in the radiator (12), first flows into the battery (B) along the open first connecting line (21), thereby cooling the battery (B) more efficiently.

상기 배터리(B)의 냉각을 완료한 냉각수는 상기 제2 연결라인(23)을 따라 상기 리저버 탱크(16)로 유입되고, 상기 워터펌프(14)의 작동에 의해 개방된 상기 바이패스 라인(17)으로 순환되면서 상기 냉각수 히터(18)를 통과하게 된다.The coolant that has completed cooling of the above battery (B) flows into the reservoir tank (16) along the second connecting line (23), and passes through the coolant heater (18) while circulating through the bypass line (17) opened by the operation of the water pump (14).

이 때, 상기 냉각수 히터(18)는 작동하지 않게 되며, 이로 인해, 냉각수가 가열되는 것이 방지된다. At this time, the cooling water heater (18) does not operate, thereby preventing the cooling water from being heated.

또한, 냉각수는 상기 바이패스 라인(17)을 따라 순환되면서 상기 전장품(15)들을 통과하지 않게 됨에 따라, 상기 전장품(15)들에서 발생하는 열에 의해 온도가 상승되는 것이 방지될 수 있다.In addition, since the cooling water circulates along the bypass line (17) without passing through the electrical components (15), the temperature can be prevented from rising due to heat generated from the electrical components (15).

상기 냉각수 히터(18)를 통과한 냉각수는 상기 라디에이터(12)와 연결된 상기 냉각수 라인(11)을 따라 상기 라디에이터(12)에 유입되고, 상기 라디에이터(12)를 통과하면서 외기와 열교환을 통해 냉각된다. The coolant that has passed through the coolant heater (18) flows into the radiator (12) along the coolant line (11) connected to the radiator (12), and is cooled through heat exchange with the outside air while passing through the radiator (12).

상기 라디에이터(12)를 통과하면서 냉각된 냉각수는 전술한 바와 같은 과정을 반복 수행하면서, 상기 배터리(B)를 효율적으로 냉각할 수 있다. The coolant that passes through the above radiator (12) can efficiently cool the battery (B) by repeating the process described above.

즉, 상기 제1 냉각모드에서는 상기 라디에이터(12)에서 냉각된 냉각수가 상기 제1 연결라인(21)과 상기 제2 연결라인(23)을 통해 상기 배터리(B)를 통과하면서 상기 배터리(B)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.That is, in the first cooling mode, the coolant cooled in the radiator (12) can efficiently cool the battery (B) by passing through the battery (B) through the first connecting line (21) and the second connecting line (23).

한편, 상기 제1 냉각모드로 상기 배터리(B)를 냉각하는 과정에서, 차량 실내의 냉방이 요구되면, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 에어컨 장치(100)는 상기 압축기(103)의 작동을 통해 상기 냉매라인(101)을 따라 냉매를 순환시킨다.Meanwhile, in the process of cooling the battery (B) in the first cooling mode, if cooling of the vehicle interior is required, as shown in FIG. 4, the air conditioning unit (100) circulates refrigerant along the refrigerant line (101) through the operation of the compressor (103).

즉, 상기 압축기(103)로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 상기 냉매라인(101)을 따라 순환되면서 상기 컨덴서(105)를 통하여 응축된 후, 상기 리시버 드라이어(105a), 및 상기 팽창밸브(107)를 거치면서 팽창되고, 상기 증발기(109)에서 증발된다.That is, the high temperature and high pressure gaseous refrigerant compressed from the compressor (103) is circulated along the refrigerant line (101) and condensed through the condenser (105), then expanded while passing through the receiver dryer (105a) and the expansion valve (107), and evaporated in the evaporator (109).

이 때, 상기 HVAC 모듈(110)에서는 상기 송풍기(111)가 작동하면서 공급된 공기가 상기 증발기(109)를 통과하면서 냉각되어 온도가 낮아진 상태로 차량의 실내로 유입됨으로써, 차량 실내의 온도 및 습도를 낮출 수 있다.At this time, in the HVAC module (110), the air supplied while the blower (111) operates is cooled as it passes through the evaporator (109) and is introduced into the vehicle's interior with a lowered temperature, thereby lowering the temperature and humidity inside the vehicle.

여기서, 상기 개폐도어(119)는 상기 열교환기(115)에 냉각수의 공급이 중단되고, 상기 공기 히터(117)의 작동이 정지됨에 따라, 상기 증발기(109)를 통과한 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)를 통과하도록 개방될 수 있다.Here, the opening/closing door (119) can be opened to allow outside air or air passing through the evaporator (109) to pass through the heat exchanger (115) and the air heater (117) as the supply of cooling water to the heat exchanger (115) is stopped and the operation of the air heater (117) is stopped.

한편, 본 실시예에서는 상기 개폐도어(119)가 상기 증발기(109)를 통과한 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)를 통과하도록 개방되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 개폐도어(119)는 상기 증발기(105)를 통과하면서 냉각된 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)를 통과하지 않고, 차량 내부로 바로 유입되도록 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117) 측을 폐쇄할 수 있다.Meanwhile, in this embodiment, the opening/closing door (119) is described as one example in which the outside air or air passing through the evaporator (109) is opened to pass through the heat exchanger (115) and the air heater (117), but is not limited thereto, and the opening/closing door (119) may close the heat exchanger (115) and the air heater (117) so that the outside air or air cooled while passing through the evaporator (105) is introduced directly into the vehicle without passing through the heat exchanger (115) and the air heater (117).

그리고 본 실시예에서, 제2 냉각모드로 상기 배터리(B)의 냉각 시, 작동을 첨부한 도 5를 참조하여 설명한다. And in this embodiment, the operation of cooling the battery (B) in the second cooling mode is described with reference to the attached Fig. 5.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제2 냉각모드로 배터리의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.FIG. 5 is an operation status diagram for cooling a battery and cooling a vehicle interior in a second cooling mode in a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 배터리(B)의 제2 냉각모드에서는 차량 실내의 냉방 요구로 인해, 상기 에어컨 장치(100)가 작동한다. Referring to FIG. 5, in the second cooling mode of the battery (B), the air conditioning unit (100) operates due to cooling demand in the vehicle interior.

상기 에어컨 장치(100)에서는 상기 압축기(103)로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 상기 냉매라인(101)을 따라 순환되면서 상기 컨덴서(105)를 통하여 응축된 후, 상기 리시버 드라이어(105a), 및 상기 팽창밸브(107)를 거치면서 팽창되고, 상기 증발기(109)에서 증발된다. In the air conditioning device (100), the high temperature and high pressure gaseous refrigerant compressed from the compressor (103) is circulated along the refrigerant line (101) and condensed through the condenser (105), then expanded while passing through the receiver dryer (105a) and the expansion valve (107), and evaporated in the evaporator (109).

이 때, 상기 HVAC 모듈(110)에서는 상기 송풍기(111)가 작동하면서 공급된 공기가 상기 증발기(109)를 통과하면서 냉각되어 온도가 낮아진 상태로 차량의 실내로 유입됨으로써, 차량 실내의 온도 및 습도를 낮추게 된다.At this time, in the HVAC module (110), the air supplied by the blower (111) operates is cooled as it passes through the evaporator (109) and is introduced into the vehicle's interior with a lowered temperature, thereby lowering the temperature and humidity inside the vehicle.

여기서, 상기 개폐도어(119)는 상기 증발기(109)를 통과한 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)를 통과하도록 개방된다.Here, the opening door (119) is opened to allow outside air or air passing through the evaporator (109) to pass through the heat exchanger (115) and the air heater (117).

그리고 상기 냉각장치(10)에서는 상기 워터펌프(14)가 작동하여 상기 냉각수 라인(11) 중, 개방된 일부의 상기 냉각수 라인(11)을 따라 냉각수가 순환된다.And in the cooling device (10), the water pump (14) operates so that the cooling water is circulated along some of the cooling water lines (11) that are open among the cooling water lines (11).

여기서, 상기 라디에이터(12), 및 상기 리저버 탱크(16)와 연결되는 상기 냉각수 라인(11)과, 상기 제1 연결라인(21)이 상기 제1 밸브(V1)의 작동을 통해 폐쇄된다.Here, the cooling water line (11) connected to the radiator (12) and the reservoir tank (16), and the first connecting line (21) are closed through the operation of the first valve (V1).

또한, 상기 제2 밸브(V2)의 작동을 통해 상기 전장품(15)과 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인(17)이 개방된다.In addition, through the operation of the second valve (V2), the cooling water line (11) connected to the electrical component (15) is closed and the bypass line (17) is opened.

그리고 상기 제3 밸브(V3)의 작동을 통해 상기 라디에이터(12)와 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되며, 상기 열교환기(115)와 연결된 상기 제3 연결라인(25)이 개방된다. And through the operation of the third valve (V3), the cooling water line (11) connected to the radiator (12) is closed, and the third connecting line (25) connected to the heat exchanger (115) is opened.

이에 따라, 냉각수는 상기 라디에이터(12)에 유입되는 것이 방지됨으로써, 외기와 열교환을 통해 냉각되는 것이 방지될 수 있다.Accordingly, the coolant is prevented from flowing into the radiator (12), thereby preventing it from being cooled through heat exchange with the outside air.

즉, 차량 실내의 냉방이 요구되는 여름철에는 외부 온도가 높기 때문에 상기 라디에이터(12)를 통과하면서 냉각된 냉각수의 온도가 겨울철에 비해 비교적 높아질 수 있다. That is, in the summer when cooling of the vehicle interior is required, the temperature of the coolant cooled while passing through the radiator (12) may be relatively higher than in the winter because the outside temperature is high.

따라서, 과열된 상기 배터리(B)를 냉각하기 위한 제2 냉각모드에서는 상기 라디에이터(12)로 냉각수가 유입되는 것을 차단할 수 있다.Therefore, in the second cooling mode for cooling the overheated battery (B), the flow of coolant into the radiator (12) can be blocked.

그리고 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 개방된다. 이와 동시에, 상기 제6 연결라인(31)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 폐쇄된다. And the fourth and fifth connecting lines (27, 29) are opened through the operation of the fourth valve (V4). At the same time, the sixth connecting line (31) is closed through the operation of the fourth valve (V4).

그러면, 상기 냉각장치(10)에서 상기 워터펌프(14)의 작동을 통해 순환되는 냉각수는 상기 리저버 탱크(16)로부터 상기 제2 밸브(V2)에 의해 개방된 상기 바이패스 라인(17)을 따라 상기 냉각수 히터(18)에 공급된다.Then, the cooling water circulated through the operation of the water pump (14) in the cooling device (10) is supplied to the cooling water heater (18) from the reservoir tank (16) through the bypass line (17) opened by the second valve (V2).

이 때, 상기 냉각수 히터(18)는 작동하지 않게 되며, 이로 인해, 냉각수가 가열되는 것이 방지된다. At this time, the cooling water heater (18) does not operate, thereby preventing the cooling water from being heated.

상기 냉각수 히터(18)를 통과한 냉각수는 상기 제3 연결라인(25)을 따라 유동되면서 상기 열교환기(115)를 통과한다. The cooling water that has passed through the cooling water heater (18) flows along the third connecting line (25) and passes through the heat exchanger (115).

이 때, 상기 증발기(109)를 통과하면서 냉각된 저온의 외기 또는 공기는 상기 열교환기(115)를 통과하면서, 상기 열교환기(115)로 유입된 냉각수와 열교환을 통해 냉각수의 온도를 신속하게 낮출 수 있다.At this time, the low-temperature outside air or air cooled while passing through the evaporator (109) can quickly lower the temperature of the cooling water by exchanging heat with the cooling water flowing into the heat exchanger (115) while passing through the heat exchanger (115).

즉, 상기 제2 냉각모드에서 상기 송풍기(111)에서 공급된 공기는 상기 증발기(109)를 통과하는 저온의 냉매와 열교환을 통해 냉각된 상태로, 상기 열교환기(115)를 통과하면서 상기 열교환기(115)를 통과하는 냉각수를 냉각시키게 된다.That is, in the second cooling mode, the air supplied from the blower (111) is cooled through heat exchange with the low-temperature refrigerant passing through the evaporator (109), and while passing through the heat exchanger (115), it cools the cooling water passing through the heat exchanger (115).

이에 따라, 상기 열교환기(115)를 통과하면서 냉각이 완료된 저온의 냉각수는 개방된 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)을 통해 상기 배터리(B)로 유입되면서, 과열된 상기 배터리(B)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.Accordingly, the low-temperature cooling water that has been cooled while passing through the heat exchanger (115) can efficiently cool the overheated battery (B) by flowing into the battery (B) through the open fourth and fifth connecting lines (27, 29).

상기 배터리(B)의 냉각을 완료한 냉각수는 상기 제2 연결라인(23)을 따라 상기 리저버 탱크(16)로 유입되고, 상기 워터펌프(14)의 작동에 의해 개방된 상기 바이패스 라인(17)으로 순환되면서 상기 냉각수 히터(18)를 통과한 후, 상기 제3 연결라인(25)을 통해 다시 상기 열교환기(115)로 유입되면서, 전술한 바와 같은 과정을 반복 수행하게 된다. The coolant that has completed cooling of the battery (B) flows into the reservoir tank (16) along the second connecting line (23), and while circulating through the bypass line (17) opened by the operation of the water pump (14), passes through the coolant heater (18), and then flows back into the heat exchanger (115) through the third connecting line (25), thereby repeating the process described above.

따라서, 과열된 상기 배터리(B)는 전술한 바와 같은 작동을 반복 수행하면서 순환되는 저온의 냉각수에 의해 보다 효율적이고 신속하게 냉각될 수 있다.Accordingly, the overheated battery (B) can be cooled more efficiently and quickly by the circulating low-temperature coolant while repeatedly performing the operation as described above.

그리고 상기 제2 냉각모드로 상기 배터리(B)를 냉각하는 과정에서, 상기 전장품(15)의 냉각이 요구될 경우에 대한 작동을 첨부한 도 6을 참조하여 설명한다.And, in the process of cooling the battery (B) in the second cooling mode, the operation when cooling of the electrical component (15) is required is explained with reference to the attached Fig. 6.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템에서 제2 냉각모드로 배터리의 냉각, 전장품의 냉각, 및 차량 실내 냉방에 대한 작동 상태도이다.FIG. 6 is an operational state diagram for cooling a battery, cooling an electrical component, and cooling a vehicle interior in a second cooling mode in a vehicle battery thermal management system according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 상기 배터리(B)의 제2 냉각모드에서는 차량 실내의 냉방 요구로 인해, 상기 에어컨 장치(100)가 작동한다. Referring to Fig. 6, in the second cooling mode of the battery (B), the air conditioning unit (100) operates due to cooling demand in the vehicle interior.

상기 에어컨 장치(100)에서는 상기 압축기(103)로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 상기 냉매라인(101)을 따라 순환되면서 상기 컨덴서(105)를 통하여 응축된 후, 상기 리시버 드라이어(105a), 및 상기 팽창밸브(107)를 거치면서 팽창되고, 상기 증발기(109)에서 증발된다. In the air conditioning device (100), the high temperature and high pressure gaseous refrigerant compressed from the compressor (103) is circulated along the refrigerant line (101) and condensed through the condenser (105), then expanded while passing through the receiver dryer (105a) and the expansion valve (107), and evaporated in the evaporator (109).

이 때, 상기 HVAC 모듈(110)에서는 상기 송풍기(111)가 작동하면서 공급된 공기가 상기 증발기(109)를 통과하면서 냉각되어 온도가 낮아진 상태로 차량의 실내로 유입됨으로써, 차량 실내의 온도 및 습도를 낮추게 된다.At this time, in the HVAC module (110), the air supplied by the blower (111) operates is cooled as it passes through the evaporator (109) and is introduced into the vehicle's interior with a lowered temperature, thereby lowering the temperature and humidity inside the vehicle.

여기서, 상기 개폐도어(119)는 상기 증발기(109)를 통과한 외기, 또는 공기가 상기 열교환기(115)와 상기 공기 히터(117)를 통과하도록 개방된다.Here, the opening door (119) is opened to allow outside air or air passing through the evaporator (109) to pass through the heat exchanger (115) and the air heater (117).

그리고 상기 냉각장치(10)에서는 상기 워터펌프(14)가 작동하여 상기 냉각수 라인(11) 중, 개방된 일부의 상기 냉각수 라인(11)을 따라 냉각수가 순환된다.And in the cooling device (10), the water pump (14) operates so that the cooling water is circulated along some of the cooling water lines (11) that are open among the cooling water lines (11).

여기서, 상기 라디에이터(12), 및 상기 리저버 탱크(16)와 연결되는 상기 냉각수 라인(11)과, 상기 제1 연결라인(21)이 상기 제1 밸브(V1)의 작동을 통해 폐쇄된다.Here, the cooling water line (11) connected to the radiator (12) and the reservoir tank (16), and the first connecting line (21) are closed through the operation of the first valve (V1).

또한, 상기 제2 밸브(V2)의 작동을 통해 상기 전장품(15)과 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 개방되고, 상기 바이패스 라인(17)은 폐쇄된다.In addition, through the operation of the second valve (V2), the cooling water line (11) connected to the electrical component (15) is opened and the bypass line (17) is closed.

그리고 상기 제3 밸브(V3)의 작동을 통해 상기 라디에이터(12)와 연결된 상기 냉각수 라인(11)이 폐쇄되며, 상기 열교환기(115)와 연결된 상기 제3 연결라인(25)이 개방된다. And through the operation of the third valve (V3), the cooling water line (11) connected to the radiator (12) is closed, and the third connecting line (25) connected to the heat exchanger (115) is opened.

이에 따라, 냉각수는 상기 라디에이터(12)에 유입되는 것이 방지됨으로써, 외기와 열교환을 통해 냉각되는 것이 방지될 수 있다.Accordingly, the coolant is prevented from flowing into the radiator (12), thereby preventing it from being cooled through heat exchange with the outside air.

즉, 차량 실내의 냉방이 요구되는 여름철에는 외부 온도가 높기 때문에 상기 라디에이터(12)를 통과하면서 냉각된 냉각수의 온도가 겨울철에 비해 비교적 높아질 수 있다. That is, in the summer when cooling of the vehicle interior is required, the temperature of the coolant cooled while passing through the radiator (12) may be relatively higher than in the winter because the outside temperature is high.

따라서, 과열된 상기 배터리(B)를 냉각하기 위한 제2 냉각모드에서는 상기 라디에이터(12)로 냉각수가 유입되는 것을 차단할 수 있다.Therefore, in the second cooling mode for cooling the overheated battery (B), the flow of coolant into the radiator (12) can be blocked.

그리고 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 개방된다. 이와 동시에, 상기 제6 연결라인(31)은 상기 제4 밸브(V4)의 작동을 통해 폐쇄된다. And the fourth and fifth connecting lines (27, 29) are opened through the operation of the fourth valve (V4). At the same time, the sixth connecting line (31) is closed through the operation of the fourth valve (V4).

그러면, 상기 냉각장치(10)에서 상기 워터펌프(14)의 작동을 통해 순환되는 냉각수는 상기 리저버 탱크(16)로부터 상기 제2 밸브(V2)에 의해 개방된 상기 바이패스 라인(17)을 따라 상기 냉각수 히터(18)에 공급된다.Then, the cooling water circulated through the operation of the water pump (14) in the cooling device (10) is supplied to the cooling water heater (18) from the reservoir tank (16) through the bypass line (17) opened by the second valve (V2).

이 때, 상기 냉각수 히터(18)는 작동하지 않게 되며, 이로 인해, 냉각수가 가열되는 것이 방지된다. At this time, the cooling water heater (18) does not operate, thereby preventing the cooling water from being heated.

상기 냉각수 히터(18)를 통과한 냉각수는 상기 제3 연결라인(25)을 따라 유동되면서 상기 열교환기(115)를 통과한다. The cooling water that has passed through the cooling water heater (18) flows along the third connecting line (25) and passes through the heat exchanger (115).

이 때, 상기 증발기(109)를 통과하면서 냉각된 저온의 외기 또는 공기는 상기 열교환기(115)를 통과하면서, 상기 열교환기(115)로 유입된 냉각수와 열교환을 통해 냉각수의 온도를 신속하게 낮출 수 있다.At this time, the low-temperature outside air or air cooled while passing through the evaporator (109) can quickly lower the temperature of the cooling water by exchanging heat with the cooling water flowing into the heat exchanger (115) while passing through the heat exchanger (115).

즉, 상기 제2 냉각모드에서 상기 송풍기(111)에서 공급된 공기는 상기 증발기(109)를 통과하는 저온의 냉매와 열교환을 통해 냉각된 상태로, 상기 열교환기(115)를 통과하면서 상기 열교환기(115)를 통과하는 냉각수를 냉각시키게 된다.That is, in the second cooling mode, the air supplied from the blower (111) is cooled through heat exchange with the low-temperature refrigerant passing through the evaporator (109), and while passing through the heat exchanger (115), it cools the cooling water passing through the heat exchanger (115).

이에 따라, 상기 열교환기(115)를 통과하면서 냉각이 완료된 저온의 냉각수는 개방된 상기 제4, 및 제5 연결라인(27, 29)을 통해 상기 배터리(B)로 유입되면서, 과열된 상기 배터리(B)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.Accordingly, the low-temperature cooling water that has been cooled while passing through the heat exchanger (115) can efficiently cool the overheated battery (B) by flowing into the battery (B) through the open fourth and fifth connecting lines (27, 29).

상기 배터리(B)의 냉각을 완료한 냉각수는 상기 제2 연결라인(23)을 따라 상기 리저버 탱크(16)로 유입되고, 상기 워터펌프(14)의 작동에 의해 개방된 상기 냉각수 라인(11)을 따라 상기 전장품(15)들을 순차적으로 통과하면서 상기 전장품(15)들을 냉각할 수 있다. The coolant that has completed cooling of the battery (B) flows into the reservoir tank (16) along the second connecting line (23) and sequentially passes through the electrical components (15) along the coolant line (11) opened by the operation of the water pump (14), thereby cooling the electrical components (15).

상기 전장품(15)들을 냉각한 냉각수는 상기 냉각수 히터(18)를 통과한 후, 다시 상기 제3 연결라인(25)을 통해 다시 상기 열교환기(115)로 유입되면서, 전술한 바와 같은 과정을 반복 수행하게 된다. The cooling water that cools the above-described components (15) passes through the cooling water heater (18) and then flows back into the heat exchanger (115) through the third connecting line (25), thereby repeating the process described above.

따라서, 과열된 상기 배터리(B)와 냉각이 요구된 상기 전장품(15)들은 전술한 바와 같은 작동을 반복 수행하면서 순환되는 저온의 냉각수에 의해 신속하고 효율적으로 냉각될 수 있다.Accordingly, the overheated battery (B) and the electrical components (15) requiring cooling can be quickly and efficiently cooled by the circulated low-temperature cooling water while repeatedly performing the operation described above.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 배터리 열 관리 시스템을 적용하면, 별도의 배터리 온도 조절장치의 추가 없이도 상기 에어컨 장치(100)의 HVAC 모듈(110)과, 상기 냉각장치(10)에서 순환하는 냉각수를 이용하여 상기 배터리(B)의 온도를 효율적으로 제어하여 시스템의 단순화가 가능해지고, 제작비용을 절감할 수 있다. Therefore, by applying the vehicle battery thermal management system according to the embodiment of the present invention configured as described above, the temperature of the battery (B) can be efficiently controlled by using the HVAC module (110) of the air conditioning unit (100) and the cooling water circulating in the cooling unit (10) without adding a separate battery temperature control device, thereby simplifying the system and reducing the manufacturing cost.

또한, 본 발명은 상기 배터리(B)의 효율적인 온도 관리가 가능해 짐에 따라, 상기 배터리(B)의 최적 성능 발휘가 가능해지고, 상기 배터리(B)의 효율, 내구성, 및 수명을 향상시킬 수 있으며, 전기 자동차의 전체적인 주행거리를 증가시킬 수 있다.In addition, since the present invention enables efficient temperature management of the battery (B), it is possible to achieve optimal performance of the battery (B), improve the efficiency, durability, and lifespan of the battery (B), and increase the overall driving distance of the electric vehicle.

또한, 본 발명은 차량의 냉방모드에서 배터리가 과열될 경우, HVAC 모듈에서 냉매와 열교환이 완료되어 실내로 공급되는 저온의 외기를 이용해 냉각수를 보다 낮은 온도로 냉각하여 배터리에 공급함으로써, 과열된 배터리를 신속하고 효율적으로 냉각할 수 있다.In addition, the present invention cools the coolant to a lower temperature and supplies it to the battery by utilizing low-temperature outside air supplied to the interior after heat exchange with the refrigerant in the HVAC module when the battery overheats in the cooling mode of the vehicle, thereby quickly and efficiently cooling the overheated battery.

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.As described above, although the present invention has been described by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible by a person skilled in the art to which the present invention pertains within the technical spirit of the present invention and the scope of equivalents of the claims to be described below.

10 : 냉각장치
11 : 냉각수 라인
12 : 라디에이터
13 : 쿨링팬
14 : 워터펌프
15 : 전장품
17 : 바이패스 라인
18 : 냉각수 히터
21, 23, 25, 27, 29, 31 : 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 연결라인
100 : 에어컨 장치
101 : 냉매라인
103 : 압축기
105 : 컨덴서
107 : 팽창밸브
109 : 증발기
110 : HVAC 모듈
111 : 송풍기
113 : 케이스
115 : 열교환기
117 : 공기 히터
119 : 개폐도어
V1, V2, V3, V4 : 제1, 제2, 제3, 및 제4 밸브
10: Cooling device
11: Coolant line
12 : Radiator
13: Cooling fan
14 : Water pump
15: Battle goods
17 : Bypass line
18 : Coolant Heater
21, 23, 25, 27, 29, 31: 1st, 2nd, 3rd, 4th, 5th, and 6th connecting lines
100 : Air conditioning unit
101 : Refrigerant line
103 : Compressor
105 : Condenser
107 : Expansion valve
109 : Evaporator
110 : HVAC Module
111 : Blower
113 : Case
115 : Heat exchanger
117 : Air heater
119 : Opening door
V1, V2, V3, V4: First, second, third, and fourth valves

Claims (16)

냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터와 워터펌프를 포함하며, 적어도 하나의 전장품을 냉각하도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치;
차량의 실내로 공기를 송풍하도록 송풍기가 구비된 케이스와, 상기 케이스의 내부에 배치되는 증발기와, 차량 실내의 온도 조절을 위해 상기 증발기를 통과한 공기가 열교환기와 공기 히터에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어가 구비된 HVAC 모듈을 포함하며, 상기 증발기와 냉매라인을 통해 상호 연결되는 압축기, 컨덴서, 및 팽창밸브를 더 포함하는 에어컨 장치; 및
상기 냉각장치로부터 공급된 냉각수가 순환되면서 웜업, 또는 냉각되도록 상기 냉각수 라인과 적어도 하나의 연결라인을 통해 연결되는 배터리; 를 포함하고,
상기 냉각장치는
상기 라디에이터와 상기 워터펌프 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제1 밸브;
상기 제1 밸브와 상기 워터펌프 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 리저버 탱크;
상기 워터펌프와 상기 전장품 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제2 밸브;
상기 전장품과 상기 라디에이터의 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되는 제3 밸브; 및
상기 전장품들과 상기 제3 밸브 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비되고, 상기 제2 밸브의 작동에 따라 상기 전장품을 통과한 냉각수가 공급되거나, 상기 전장품의 통과 없이 냉각수가 공급되도록, 상기 제2 밸브와 바이패스 라인을 통해 선택적으로 연결되는 냉각수 히터;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
A cooling device comprising a radiator and a water pump connected to a cooling water line, and circulating cooling water through the cooling water line to cool at least one electrical component;
An air conditioning device comprising a case equipped with a blower for blowing air into a vehicle interior, an evaporator arranged inside the case, and an HVAC module equipped with an opening/closing door for controlling air passing through the evaporator to selectively flow into a heat exchanger and an air heater for controlling the temperature of the vehicle interior, and further including a compressor, a condenser, and an expansion valve interconnected with the evaporator through a refrigerant line; and
A battery connected to the cooling water line through at least one connecting line so that the cooling water supplied from the cooling device is circulated to warm up or cool down;
The above cooling device
A first valve provided in the coolant line between the radiator and the water pump;
A reservoir tank provided in the cooling water line between the first valve and the water pump;
A second valve provided in the cooling water line between the water pump and the electrical components;
A third valve provided in the coolant line between the above-mentioned components and the above-mentioned radiator; and
A coolant heater provided in the coolant line between the above-described electrical components and the third valve, and selectively connected to the second valve and a bypass line so that coolant passing through the electrical components is supplied according to the operation of the second valve, or coolant is supplied without passing through the electrical components;
A vehicle battery thermal management system characterized by further including:
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 밸브는
상기 배터리의 웜업모드에서 상기 전장품과 연결되는 상기 냉각수 라인은 폐쇄하고, 상기 바이패스 라인을 개방하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In the first paragraph,
The above second valve
A vehicle battery thermal management system characterized in that the coolant line connected to the electrical components is closed and the bypass line is opened in the warm-up mode of the battery.
제1항에 있어서,
상기 냉각수 히터는
상기 배터리의 웜업모드에서 작동되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In the first paragraph,
The above coolant heater
A vehicle battery thermal management system characterized in that it operates in a warm-up mode of the above battery.
제1항에 있어서,
상기 연결라인은
상기 제1 밸브를 통해 상기 냉각수 라인을 상기 배터리에 연결하는 제1 연결라인;
상기 배터리와 상기 리저버 탱크를 연결하는 제2 연결라인;
상기 제3 밸브를 통해 상기 냉각수 라인을 상기 열교환기와 연결하는 제3 연결라인;
상기 열교환기와 상기 배터리의 사이에 구비된 제4 밸브와 상기 열교환기를 연결하는 제4 연결라인;
상기 제4 밸브와 상기 제1 연결라인을 연결하는 제5 연결라인; 및
상기 제4 밸브와 상기 제2 연결라인을 연결하는 제6 연결라인;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In the first paragraph,
The above connecting line
A first connecting line connecting the coolant line to the battery through the first valve;
A second connecting line connecting the above battery and the above reservoir tank;
A third connecting line connecting the cooling water line to the heat exchanger through the third valve;
A fourth valve provided between the heat exchanger and the battery and a fourth connecting line connecting the heat exchanger;
A fifth connecting line connecting the fourth valve and the first connecting line; and
A sixth connecting line connecting the fourth valve and the second connecting line;
A vehicle battery thermal management system comprising:
제5항에 있어서,
상기 배터리는
발열 온도에 따라 제1 냉각모드와 제2 냉각모드로 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In paragraph 5,
The above battery
A vehicle battery thermal management system characterized by cooling in a first cooling mode and a second cooling mode according to a heating temperature.
제6항에 있어서,
상기 제1 냉각모드에서는
상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 제1 연결라인이 개방되고, 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며,
상기 제2 밸브의 작동을 통해 상기 전장품과 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인이 개방되며,
상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 폐쇄되며,
상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 제5, 및 제6 연결라인이 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In Article 6,
In the above first cooling mode
By operating the first valve, the first connecting line is opened and the cooling water line connected to the reservoir tank is closed.
By the operation of the second valve, the cooling water line connected to the electrical component is closed and the bypass line is opened.
By the operation of the third valve, the third connecting line connected to the heat exchanger is closed,
A vehicle battery thermal management system, characterized in that the fourth, fifth, and sixth connecting lines are closed by operation of the fourth valve.
제6항에 있어서,
상기 제1 냉각모드에서는
상기 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 상기 제1 연결라인과 상기 제2 연결라인을 통해 상기 배터리를 통과하면서 상기 배터리를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In Article 6,
In the above first cooling mode
A vehicle battery thermal management system characterized in that the coolant cooled in the radiator cools the battery by passing through the first connecting line and the second connecting line.
제6항에 있어서,
상기 제2 냉각모드에서는
상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터, 및 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인과, 상기 제1 연결라인이 폐쇄되고,
상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며, 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 개방되고,
상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 및 제5 연결라인이 개방되며, 상기 제6 연결라인이 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In Article 6,
In the above second cooling mode,
By operating the first valve, the coolant line connected to the radiator and the reservoir tank, and the first connecting line are closed.
By the operation of the third valve, the cooling water line connected to the radiator is closed, and the third connecting line connected to the heat exchanger is opened.
A vehicle battery thermal management system, characterized in that the fourth and fifth connecting lines are opened and the sixth connecting line is closed through the operation of the fourth valve.
제6항에 있어서,
상기 제2 냉각모드에서
상기 바이패스 라인은 상기 전장품의 냉각이 요구될 경우, 상기 제2 밸브의 작동을 통해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In Article 6,
In the above second cooling mode
A vehicle battery thermal management system, characterized in that the bypass line is closed by operation of the second valve when cooling of the electrical components is required.
제6항에 있어서,
상기 제2 냉각모드에서 상기 송풍기에서 공급된 공기는
상기 증발기를 통과하는 저온의 냉매와 열교환을 통해 냉각된 상태로, 상기 열교환기를 통과하면서 상기 열교환기를 통과하는 냉각수를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In Article 6,
In the above second cooling mode, the air supplied from the blower
A vehicle battery thermal management system characterized in that it cools the coolant passing through the heat exchanger while passing through the heat exchanger in a cooled state through heat exchange with the low-temperature refrigerant passing through the evaporator.
제6항에 있어서,
상기 배터리의 웜업 모드에서는
상기 제1 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터, 및 상기 리저버 탱크와 연결되는 상기 냉각수 라인과, 상기 제1 연결라인이 폐쇄되고,
상기 제2 밸브의 작동을 통해 상기 전장품과 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되고, 상기 바이패스 라인이 개방되며,
상기 제3 밸브의 작동을 통해 상기 라디에이터와 연결된 상기 냉각수 라인이 폐쇄되며, 상기 열교환기와 연결된 상기 제3 연결라인이 개방되고,
상기 제4 밸브의 작동을 통해 상기 제4, 및 제5 연결라인이 개방되며, 상기 제6 연결라인이 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In Article 6,
In the warm-up mode of the above battery,
By operating the first valve, the coolant line connected to the radiator and the reservoir tank, and the first connecting line are closed.
By the operation of the second valve, the cooling water line connected to the electrical component is closed and the bypass line is opened.
By the operation of the third valve, the cooling water line connected to the radiator is closed, and the third connecting line connected to the heat exchanger is opened.
A vehicle battery thermal management system, characterized in that the fourth and fifth connecting lines are opened and the sixth connecting line is closed through the operation of the fourth valve.
제6항에 있어서,
상기 제4 밸브는
상기 제4 연결라인이 개방된 상태에서, 상기 배터리의 웜업 또는 냉각이 요구되지 않을 경우, 상기 제5 연결라인을 폐쇄하고, 상기 제6 연결라인을 개방하여 상기 배터리로 냉각수의 유입을 방지하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In Article 6,
The above fourth valve
A vehicle battery thermal management system characterized in that, when warming up or cooling of the battery is not required while the fourth connecting line is open, the fifth connecting line is closed and the sixth connecting line is opened to prevent the inflow of coolant into the battery.
제5항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 밸브는
3-Way 밸브 인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In paragraph 5,
The above first, second, third, and fourth valves
A vehicle battery thermal management system characterized by a 3-way valve.
제1항에 있어서,
상기 열교환기는
냉각수를 공기와 열교환시키는 공랭식 열교환기인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In the first paragraph,
The above heat exchanger
A vehicle battery thermal management system characterized by an air-cooled heat exchanger that exchanges heat between coolant and air.
제1항에 있어서,
상기 전장품은
모터, 또는 전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU)와, 충전기(On Board Charger, OBC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 열 관리 시스템.
In the first paragraph,
The above items are
A vehicle battery thermal management system comprising a motor or electric power control unit (EPCU) and an on board charger (OBC).
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