KR101592587B1

KR101592587B1 - 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템

Info

Publication number: KR101592587B1
Application number: KR1020100069913A
Authority: KR
Inventors: 김현; 박희상; 박준규; 윤정환; 구준모
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2016-02-12
Also published as: KR20120008792A

Abstract

본 발명에 따른 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템은, 차량의 내부에 구비되어 차량의 실내 측과 차량의 배터리 측 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 흡기구, 흡기구와 더불어 실내 측과 배터리 측 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 통기공이 형성된 통풍 시트, 흡기구 및 통기공 중 적어도 어느 하나를 통하여 상기 실내 측의 공기를 배터리 측으로 흡입하는 공기 흡입장치, 및 공기 흡입장치에 의해 배터리 측으로 흡입되어 차량의 배터리와의 열교환을 통해 가열된 실내 측의 공기를 선택적으로 실외로 방출하거나 또는 통풍 시트의 통기공으로 공급하도록 공기의 흐름을 조절하는 제1 밸브를 포함한다.
차량용 통풍 시트 냉난방 시스템은 실내 측과 배터리 측 사이에서 공기의 흐름이 선택적으로 흡기구 또는 통기공 중 적어도 어느 하나를 통해 이루어지도록 공기의 흐름을 조절하는 제2 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 통풍 시트 사용시, PTC 히터 사용시보다 연비가 약 10% 향상된다.

Description

차량용 통풍 시트 냉난방 시스템{COOLING AND HEATING SYSTEM OF VENTILATING SEAT FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 배터리 냉각 모듈을 차량용 통풍 시트와 통합하여 난방에 사용되는 배터리 에너지의 소모를 감소시켜 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템에 관한 것이다. 또한, 배터리 냉각에 필요한 공기를 통풍 시트의 통기공을 통하여 흡입하여, 공기가 시트에 착석한 사람의 신체의 표면을 스쳐 들어가면서 열을 빼앗아 향상된 냉각 효과를 가지는 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템에 관한 것이다.

친환경 차량의 개발이 가속화되면서, 자동차 산업은 점차 내연기관 차량에서 하이브리드 차량(HV), 전기 차량(EV), 또는 양 차량의 기능을 합친 플러그인 하이브리드 차량(PHEV)으로 진화하고 있다. PHEV 또는 전기 차량에서는 동력원으로 내연기관을 사용하지 않고 배터리 에너지를 사용한다. PHEV 또는 전기 차량의 난방을 위해서 일반적으로 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터가 사용된다. PHEV 또는 전기 차량은 배터리를 동력원으로 사용하기 때문에 엔진에서의 열 공급이 사라져, PTC 히터는 에너지 공급원으로서 배터리 에너지를 사용할 수밖에 없다. PTC 히터는 약 5kw의 전력을 사용한다. 이와 같이, 주행 중 PTC 히터로 난방 시, PTC 히터의 배터리 에너지 사용이 과다하여 PHEV 또는 전기 차량의 연비가 나빠진다. 또한, 주행 중 PTC 히터로 난방 시, 전기 차량 기준으로 주행 가능 거리가 최대 40%까지 감소한다. 따라서, PHEV 또는 전기 차량에서 PTC 히터를 대체하고, 이에 따라 연비를 향상 시킬 수 있는 고효율의 난방시스템 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

PHEV 또는 전기 차량의 배터리는 온도에 따라 성능이 크게 좌우되며, 특히 고온에서는 전해질 분해가 일어나며, 이에 따라 수명이 현저하게 떨어진다. PHEV 또는 전기 차량의 PE 부품은 전자 부품으로 대표적으로 인버터, 컨버터 등이다. PE 부품 역시 계속 사용되는 과정에서 열이 발생하게 되고, 과열되면 그 기능을 유지할 수 없다. 따라서, 배터리 및 PE 부품의 냉각이 필수적이다. PHEV 또는 전기 차량의 경우, 대표적으로 공기에 의한 공냉식 방법을 사용하고 있다. 냉각용 공기의 동력 에너지는 배터리 및 PE 부품의 냉각을 위해 사용되고 바로 버려진다. 따라서, 배터리 및 PE 부품의 냉각용으로만 사용되고 버려지는 공기의 동력 에너지를 활용하는 방안에 대한 연구가 요구된다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 통풍 시트 냉난방 시스템은, 배터리 및 PE 부품을 냉각시키고 방출되는 공기의 열에너지를 난방에 재활용하여 PTC 히터를 대체한다. 또한, 배터리 및 PE 부품의 냉각을 위해 흡입되는 공기를 통풍 시트를 통하여 흡입하도록 하여, 통풍 시트에 착석한 사람에게 향상된 냉방 효과를 제공한다.

PHEV 또는 전기 차량에서 배터리 및 PE부품 냉각 후 공기가 가지는 열에너지의 재사용과 냉각에 필요한 공기의 동력 에너지의 활용을 본 발명의 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템은, 차량의 내부에 구비되어 차량의 실내 측과 차량의 배터리 측 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 흡기구, 흡기구와 더불어 실내 측과 배터리 측 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 통기공이 형성된 통풍 시트, 흡기구 및 통기공 중 적어도 어느 하나를 통하여 실내 측의 공기를 배터리 측으로 흡입하는 공기 흡입장치, 및 공기 흡입장치에 의해 배터리 측으로 흡입되어 차량의 배터리와의 열교환을 통해 가열된 실내 측의 공기를 선택적으로 실외로 방출하거나 또는 통풍 시트의 통기공으로 공급하도록 공기의 흐름을 조절하는 제1 밸브를 포함한다.

차량용 통풍 시트 냉난방 시스템은 실내 측과 배터리 측 사이에서 공기의 흐름이 선택적으로 흡기구 또는 통기공 중 적어도 어느 하나를 통해 이루어지도록 공기의 흐름을 조절하는 제2 밸브를 더 포함할 수 있다.

차량용 통풍 시트 냉난방 시스템의 제2 밸브는 통기공을 통해 실내 측의 공기가 배터리 측으로 흡입되도록 공기의 흐름을 조절하고, 제1 밸브는 배터리 측으로 흡입되어 차량의 배터리와의 열교환을 통해 가열된 실내 측의 공기가 실외로 방출되도록 공기의 흐름을 조절하는 것을 특징으로 한다.

차량용 통풍 시트 냉난방 시스템의 제2 밸브는 흡기구를 통해 실내 측의 공기가 배터리 측으로 흡입되도록 공기의 흐름을 조절하고, 제1 밸브는 배터리 측으로 흡입되어 차량의 배터리와의 열교환을 통해 가열된 실내 측의 공기가 통기공을 통해 실내 측으로 공급되도록 공기의 흐름을 조절하는 것을 특징으로 한다.

차량용 통풍 시트 냉난방 시스템은 제1 밸브와 통기공 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 제1 덕트, 제1 밸브와 실외 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 제2 덕트, 통기공과 제2 밸브 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 제3 덕트, 및 흡기구와 제2 밸브 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 제4 덕트를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 통풍 시트 냉난방 시스템은, 배터리 및 PE 부품을 냉각시키고 방출되는 공기를 제1 밸브 조절을 통하여 통풍시트의 통기공으로 전달하도록 하여, 방출되는 공기의 열에너지를 차량의 난방에 재활용한다. 따라서, 본 발명에 따른 통풍 시트 냉난방 시스템은 PHEV 또는 전기 차량의 배터리의 전력을 소모하는 PTC 히터를 대체할 수 있다. 또한, 배터리 및 PE 부품의 냉각을 위해 흡입되는 공기를 통풍 시트를 통하여 흡입하도록 제2 밸브를 조절하여, 통풍 시트에 착석한 사람에게 향상된 냉방 효과를 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 통풍 시트 냉난방 시스템은 배터리 및 PE 부품의 냉각에 사용되는 동력 에너지를 활용하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 통풍 시트를 나타낸 사시도
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 제1 밸브를 나타낸 확대도
도 3은 도 1의 B 부분을 확대하여 제2 밸브를 나타낸 확대도
도 4는 본 발명에 따른 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템의 통풍 시트 난방 시 공기 흐름을 나타낸 도면
도 5는 도 4의 통풍 시트 난방 시, 통풍 시트에서의 공기 흐름을 나타낸 도면
도 6은 본 발명에 따른 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템의 통풍 시트 냉방 시 공기 흐름을 나타낸 도면
도 7은 도 6의 통풍 시트 냉방 시, 통풍 시트에서의 공기 흐름을 나타낸 도면
도 8은 본 발명에 따른 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템을 도시하고 있는 흐름도

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템은 흡기구(10), 통기공이 형성된 통풍 시트(20), 공기 흡입장치(30), 및 제1 밸브(40)를 포함한다. 이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템에 대하여 설명한다.

고전압 배터리(50)는 PHEV 또는 전기 차량에서 동력원으로 사용되고, 차량 구동 시 발열 된다. 전술한 바와 같이, 배터리(50)가 발열에 따라 고온이 되면 내구성에 문제가 발생하므로 일정한 온도를 유지할 필요가 있다. 배터리의 일정한 온도 유지를 위해 배터리(50)의 냉각이 필요하고, 본 발명에서는 공기를 사용하는 공냉식 방법이 적용된다. 따라서, 배터리(50)의 냉각을 위해 공기의 공급이 필요하고, 본 발명에서는 배터리(50) 냉각용 공기 공급 입구로서 흡기구(10)와 통풍 시트(20)의 통기공이 사용된다.

흡기구(10)는 차량의 내부에 구비되어 차량의 실내 측과 차량의 배터리 측 사이에서 공기의 흐름을 연결한다. 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 흡기구(10)는 차량의 내부에서 통풍 시트(20)의 하단부에 위치하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시예에서, 흡기구(10)는 그 형상에 제한이 없다. 차량의 실내 측과 차량의 배터리 측 구분은 차량의 통풍 시트(20)를 경계로 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 통풍 시트(20)를 기준으로, 차량의 실내 측이란 통풍 시트(20)의 전방부, 차량의 배터리 측은 통풍 시트(20)의 후방부로 배터리(50)가 위치한 곳을 의미한다. 배터리(50)는 일반적으로 차량의 뒷좌석 후방부에 배치된다. 흡기구(10)는 차량의 실내 측의 공기를 차량의 배터리 측으로 연결하는 입구로서 기능 한다.

또한, 통기공이 형성된 통풍 시트(20)가 흡기구(10)와 더불어 실내 측과 배터리 측 사이에서 공기의 흐름을 연결한다. 통기공은 통풍 시트(20) 내에 설치므로 정확한 도식을 생략한다. 통기공은, 도 5 및 도 7의 공기 흐름에서 알 수 있듯이, 통풍 시트(20)의 좌판뿐만 아니라 통풍 시트(20)의 등받이에도 설치된다. 통기공은 신축성이 우수하고 통풍이 잘 되도록 구성되어, 특히, 사람이 착석하더라도, 다수 개의 통기공을 통해 상하 좌우 막히지 않고 원활하고 신속히 공기의 흡입 및 배출할 수 있도록 구성된다. 통풍 시트(20)는 실내 측의 공기와 배터리 측의 공기의 흐름을 연결할 수 있는 통기공을 포함하기만 하면 되고, 다른 통풍 시트(20)의 구성 요소에는 제한이 없다.

공기 흡입장치(30)는 흡기구(10) 및 통풍 시트(20)의 통기공 중 적어도 어느 하나를 통하여 실내 측의 공기를 배터리 측으로 흡입한다. 공기 흡입장치(30)는 배터리(50) 및 PE 부품(60)의 냉각에 필요한 공기를 이송시키는 기능을 한다. 공기 흡입장치(30)는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 배터리(50) 및 PE 부품(60)의 뒤에 위치한다. 또한, 공기 흡입장치(30)는 배터리(50) 및 PE 부품(60) 앞에 위치할 수 있다. 공기 흡입장치(30)로서 블로워(blower)가 이용되지만 이에 한정되는 것은 아니다.

차량의 실내 측 공기는 공기 흡입장치(30)에 의해 배터리 측으로 흡입되고, 흡인된 실내 측 공기는 배터리(50) 및 PE 부품(60)을 냉각시키는데 사용되고, 배터리(50) 및 PE 부품(60)과의 열교환을 통해 가열된다. 도 2에 도시된 제1 밸브(40)는, 가열된 실내 측의 공기를 선택적으로 실외(70)로 방출하거나 또는 통풍 시트(20)의 통기공으로 공급하도록 공기의 흐름을 조절한다. 실외(70)로 방출은 차량의 외부, 즉 대기로 나가가는 것을 의미한다. 일반적으로 배터리(50) 및 PE 부품(60)의 냉각을 위해 사용된 공기는 바로 실외(70)로 방출한다. 즉, 배터리(50) 및 PE 부품(60)의 냉각 후 공기가 갖고 있는 열 에너지가 외부로 버려진다. 그러나 본 발명에서는 공기가 갖고 있는 열 에너지를 필요에 따라 통풍 시트(20)의 난방에 사용하는 것을 특징으로 한다. 제1 덕트(90)가 제1 밸브(40)와 통기공 사이에 위치하여, 가열된 실내 측 공기의 흐름을 통기공으로 연결할 수 있다. 제2 덕트(100)가 제1 밸브(40)와 실외 사이에 위치하여, 가열된 실내 측 공기를 실외로 내보낼 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템은 제2 밸브(80)를 더 포함할 수 있다. 제2 밸브(80)는 실내 측과 배터리 측 사이에서 공기의 흐름이 선택적으로 흡기구(10) 또는 통기공 중 적어도 어느 하나를 통해 이루어지도록 공기의 흐름을 조절한다. 즉, 제2 밸브는 배터리(50) 및 PE 부품(60)의 냉각을 위한 공기를 어느 쪽으로부터 흡입할 것인지를 조절한다. 본 발명에 따른 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템은 통기공과 제2 밸브(80) 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 제3 덕트(110), 및 흡기구(10)와 제2 밸브(80) 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 제4 덕트(120)를 더 포함할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 겨울철 난방 시, 본 발명에 따른 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템에서의 공기 흐름을 알 수 있다. 겨울철에는 배터리(50) 및 PE 부품(60)의 냉각, 그리고 통풍 시트(20)의 난방이 필요하다. 이를 위해서, 제2 밸브(80)는 흡기구(10)를 통해 실내 측의 공기가 배터리 측으로 흡입되도록 조절한다. 흡입된 실내 측의 공기는 배터리(50) 및 PE 부품(60)과의 열교환을 통해 가열된다. 제1 밸브(40)는, 가열된 실내 측의 공기가 통풍 시트(20)의 통기공을 통해 실내 측으로 공급되도록 공기의 흐름을 조절한다. 이러한 공기의 흐름이 도 4에 잘 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가열된 공기가 통풍 시트(20)의 통기공을 통해 방출되어 차량 내의 실내 공기 온도가 상승하고, 통풍 시트(20)에 착석하고 있는 사람은 따뜻함을 느낄 수 있을 것이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 여름철 냉방 시, 본 발명에 따른 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템에서의 공기 흐름을 알 수 있다. 여름철에는 배터리(50) 및 PE 부품(60)의 냉각, 그리고 통풍 시트(20)의 쿨링이 필요하다. 이를 위해서, 제2 밸브 (80)는 통기공을 통해 실내 측의 공기가 배터리 측으로 흡입되도록 조절한다. 여름철, 실내는 차량용 통풍 시트 이외의 별개의 냉방 시스템, 예를 들면, 차량용 에어컨디션의 작동으로 실내 공기가 냉각된 상태이다. 그러나 에어컨디션으로 나온 차가운 공기가 뒷 자석에 있는 사람에게는 직접 통풍되지 않는 경우가 많고, 뒷좌석용 에어컨디션이 별도로 구비되어 있다고 하더라도 그 역할을 제대로 하지 못할 때가 많다. 통풍 시트(20)의 통기공을 통해서 차량 내의 차가운 공기를 흡입하게 되면, 차가운 공기가 통기공으로 흡입되면서 착석한 사람의 신체 표면을 스쳐 체열을 빼앗으므로, 착석하고 있는 사람은 보다 더 시원함을 느낄 수 있다. 흡입된 실내 측의 공기는 배터리(50) 및 PE 부품(60)과의 열교환을 통해 가열된다. 제1 밸브(40)는, 가열된 실내 측의 공기가 실외(70)로 방출되도록 공기의 흐름을 조절한다. 이러한 공기의 흐름이 도 6에 잘 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 실내 측의 차가운 공기가 통풍 시트(20)의 통기공을 통해 흡입되어 냉방 효과가 향상된다. 또한, 통기공을 통한 실내 공기의 흡입은 실내 공기의 흐름을 유발하여 차량 내의 사람에게 쾌적함을 제공할 수 있다.

또한, 제2 밸브 (80)는 통기공 및 흡기구(10) 둘 다를 통해 실내 측의 공기가 배터리 측으로 흡입되도록 조절할 수 있다. 이 경우 통기공을 통한 차량의 실내 측 공기 흡입량이 줄어들게 되므로, 통풍 시트(20)를 통한 냉각 효과가 상대적으로 작다. 차량용 통풍 시트 이외의 별개의 냉방 시스템 작동만으로도 실내 냉방이 충분한 경우, 흡기구(10)만을 통해 실내 측의 공기가 배터리 측으로 흡입되도록 조절할 수 있다. 따라서, 착석한 사람의 요구에 따라 통풍 시트(20)의 통기공을 통한 차량의 실내 측 공기 흡입량을 조절할 수 있어, 통풍 시트(20)를 통한 냉방 정도를 선택할 수 있다.

전술한 본 발명의 실시예의 전체 흐름도가 도 8에 도시되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두가 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 흡기구 20 통풍 시트
30 공기 흡입장치 40 제1 밸브
50 배터리 60 PE 부품
70 실외 80 제2 밸브
90 제1 덕트 100 제2 덕트
110 제3 덕트 120 제4 덕트

Claims

차량의 내부에 구비되어 차량의 실내 측과 차량의 배터리 측 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 흡기구;
상기 흡기구와 더불어 상기 실내 측과 상기 배터리 측 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 통기공이 형성된 통풍 시트;
상기 흡기구 및 상기 통기공 중 적어도 어느 하나를 통하여 상기 실내 측의 공기를 상기 배터리 측으로 흡입하는 공기 흡입장치;
상기 공기 흡입장치에 의해 상기 배터리 측으로 흡입되어 차량의 배터리와의 열교환을 통해 가열된 실내 측의 공기를 선택적으로 실외로 방출하거나 또는 상기 통풍 시트의 통기공으로 공급하도록 공기의 흐름을 조절하는 제1밸브;
상기 실내 측과 상기 배터리 측 사이에서 공기의 흐름이 선택적으로 상기 흡기구 또는 상기 통기공 중 적어도 어느 하나를 통해 이루어지도록 공기의 흐름을 조절하는 제2밸브;
상기 제1 밸브와 상기 통기공 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 제1덕트;
상기 제1 밸브와 실외 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 제2덕트;
상기 통기공과 상기 제2 밸브 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 제3덕트; 및
상기 흡기구와 상기 제2 밸브 사이에서 공기의 흐름을 연결하는 제4덕트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제2 밸브는 상기 통기공을 통해 상기 실내 측의 공기가 상기 배터리 측으로 흡입되도록 공기의 흐름을 조절하고, 상기 제1 밸브는 상기 배터리 측으로 흡입되어 차량의 배터리와의 열교환을 통해 가열된 실내 측의 공기가 실외로 방출되도록 공기의 흐름을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 밸브는 상기 흡기구를 통해 상기 실내 측의 공기가 상기 배터리 측으로 흡입되도록 공기의 흐름을 조절하고, 상기 제1 밸브는 상기 배터리 측으로 흡입되어 차량의 배터리와의 열교환을 통해 가열된 실내 측의 공기가 상기 통기공을 통해 상기 실내 측으로 공급되도록 공기의 흐름을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 통풍 시트 냉난방 시스템.
삭제
청구항 1, 3, 4 중에서 어느 한 항에 있어서,
상기 공기 흡입장치는 블로워(blower)인 것을 특징으로 하는 차량용 통풍시트 냉난방 시스템.