KR102024077B1 - 차량용 배터리 히팅장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리 히팅장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 배터리의 온도를 일정온도 이상으로 유지하기 위해 냉방장치의 압축기 토출 냉매와 배터리냉각장치의 냉각수를 열교환시켜 배터리를 히팅하도록 함으로써, 제조비용을 절감함과 아울러 효율을 높일수 있는 차량용 배터리 히팅장치에 관한 것이다.

Description

차량용 배터리 히팅장치{Battery heating device for vehicle}
본 발명은 차량용 배터리 히팅장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 배터리의 온도를 일정온도 이상으로 유지하기 위해 냉방장치의 압축기 토출 냉매와 배터리냉각장치의 냉각수를 열교환시켜 배터리를 히팅하도록 함으로써, 제조비용을 절감함과 아울러 효율을 높일수 있는 차량용 배터리 히팅장치에 관한 것이다.
최근 자동차는 연소식 엔진을 사용하는 자동차에서 환경친화적이고, 연비를 고려한 또 다른 형태의 자동차, 즉, 하이브리드 자동차나 전기자동차의 개발이 전 세계적으로 활발히 개발되고 있는 실정이다.
하이브리드 자동차는 기존의 엔진과 전기에너지로 구동되는 모터를 연계하여 두가지의 동력원으로 차량을 구동하고, 전기자동차는 전기에너지로 구동되는 모터만으로 구동하는 만큼, 배기가스에 의한 환경오염의 저감과 함께 연비향상의 효과로 인하여 미국과 일본을 중심으로 최근 각광을 받고있는 현실대안적인 차세대 자동차로 자리매김하고 있다.
이러한 하이브리드 자동차나 전기자동차에는 고용량 배터리가 장착되어 필요시 모터로 전력을 공급하고 차량의 감속, 정지시 재생동력원으로 부터 생성되는 전기에너지를 배터리로 충전하는 역할을 하고 있다.
이와 같은 고용량 배터리는 온도의 영향을 많이 받는다. 즉, 상기 배터리의 온도가 일정범위내에서는 높으면 높을수록 충전 및 방전량이 증가하여 배터리의 효율이 높아지는 반면,
겨울철과 같이 추운 환경에서는 배터리의 온도가 낮아져 충전 및 방전 효율이 떨어짐은 물론 배터리의 용량과 출력이 감소되며 심할경우 시동이 곤란하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
상기한 문제를 해결하기 위해 도 1과 같은 배터리 히팅장치를 통해 배터리(11)의 온도를 일정온도 이상으로 유지하도록 하고 있다.
상기 배터리 히팅장치를 간략히 설명하면, 냉매순환라인(R)상에 압축기(2), 응축기(3), 팽창수단(4), 증발기(5)를 설치하여 차량 실내를 냉방하는 냉방장치(1)와, 냉각수순환라인(W)의 냉각수를 배터리(11)로 순환시켜 배터리(11)를 냉각시키는 배터리냉각장치(10)와, 상기 냉각수순환라인(W)상에 설치되어 냉각수를 가열함으로서 상기 배터리(11)를 히팅하는 PTC히터(30)로 구성된다.
한편, 상기 배터리냉각장치(10)는 상기 증발기(5)의 출구측 냉매순환라인(R)상에 열교환기(15)를 설치하여 상기 증발기(5)를 통과한 차가운 냉매와 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 열교환시켜 상기 배터리(11)를 냉각함으로써, 상기 배터리(11)가 너무 높은 온도로 상승하는 것을 방지하게 된다.
이처럼, 상기 배터리 히팅장치는, 겨울철과 같이 추운 환경에서 상기 배터리(11)의 온도가 일정 온도 이상을 유지하도록 상기 PTC히터(30)를 사용하여 배터리(11)를 순환하는 냉각수를 가열함으로써 배터리(11)를 히팅하도록 하고 있다.
또한, 상기 배터리(11)의 경우 차량의 시동 초기에만 히팅이 필요하고, 시동후 일정시간 후에는 배터리(11)의 자체 발열로 인해 별도의 히팅이 필요없게 된다.
그러나, 상기 종래의 배터리 히팅장치는, 차량의 시동 초기에만 필요한 배터리(11) 히팅을 위해 비용이 비싼 PTC히터(30)를 설치해야 함으로써, 제조비용이 증가함과 아울러 상기 PTC히터(30)의 자체 효율이 높지 않고 소비전력도 매우 커서 비효율적인 문제도 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 배터리의 온도를 일정온도 이상으로 유지하기 위해 냉방장치의 압축기 토출 냉매와 배터리냉각장치의 냉각수를 열교환시켜 배터리를 히팅하도록 함으로써, 제조비용을 절감함과 아울러 효율을 높일수 있는 차량용 배터리 히팅장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매순환라인상에 압축기, 응축기, 팽창수단, 증발기를 설치하여 차량 실내를 냉방하는 냉방장치와, 냉각수순환라인상에 차량 배터리를 연결하여 상기 냉각수순환라인의 냉각수가 배터리를 순환하면서 냉각하는 배터리냉각장치와, 상기 냉매순환라인을 순환하는 냉매와 상기 냉각수순환라인을 순환하는 냉각수를 열교환하도록 설치되어 상기 배터리의 온도가 일정온도 이상을 유지하도록 배터리를 히팅하는 배터리 히팅수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 배터리의 온도를 일정온도 이상으로 유지하기 위해 냉방장치의 압축기 토출 냉매와 배터리냉각장치의 냉각수를 열교환시켜 배터리를 히팅하도록 함으로써, 다시말해 냉방장치의 냉매를 열원으로하여 상기 배터리냉각장치를 순환하는 냉각수를 히팅하기 때문에 냉각수 가열만을 위한 별도의 PTC히터가 필요 없어 제조비용을 절감함과 아울러 압축기에서 토출된 고온 고압의 냉매를 이용하므로 배터리의 히팅 효율을 높일수 있다.
도 1은 종래의 차량용 배터리 히팅장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 배터리 히팅장치에서 배터리의 히팅이 필요한 경우를 나타내는 구성도,
도 3은 도 2에서 냉매순환라인을 순환하는 냉매가 증발기측으로도 순환하도록 한 경우를 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 배터리 히팅장치에서 배터리의 히팅이 부족한 경우를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 배터리 히팅장치에서 배터리의 히팅이 필요 없는 경우(배터리를 냉각하는 경우)를 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 차량용 배터리 히팅장치는, 냉방장치(100)와, 배터리냉각장치(200)와, 배터리 히팅수단(300)을 포함하여 구성되며, 하이브리드 자동차 또는 전기자동차 뿐만 아니라 고용량 배터리(210)를 사용하는 자동차에 모두 적용된다.
상기 냉방장치(100)는 차량 실내를 냉방하는 장치로서, 본 발명의 배터리 히팅장치는 상기 냉방장치(100)를 순환하는 냉매를 이용하게 된다.
상기 냉방장치(100)는, 냉매순환라인(R)상에 압축기(110), 응축기(120), 팽창수단(130), 증발기(140)를 설치하여 이루어진다.
따라서, 상기 압축기(110)에서 압축된 후 배출된 고온의 냉매는 상기 응축기(120)에서 외부 공기와 열교환을 통해 응축된 후 상기 팽창수단(130)으로 유입되고, 상기 팽창수단(130)에서 팽창된 후 배출된 저온 냉매는 상기 증발기(140)에서 차실내로 공급되는 공기와 열교환을 통해 증발된 후 다시 상기 압축기(110)로 순환하게 된다.
상기 증발기(140)는 차량 실내의 앞좌석 공간을 냉방하기 위한 것으로서, 차량 뒷좌석 공간을 냉방하기 위해 별도의 리어팽창수단(131) 및 리어증발기(141)가 설치된다.
즉, 상기 냉매순환라인(R)상에 리어냉매라인(R4)을 병렬로 설치하고, 상기 리어냉매라인(R4)상에는 리어냉매라인(R4)을 유동하는 냉매를 팽창시키는 리어팽창수단(131) 및 상기 리어팽창수단(131)을 통과한 냉매를 증발시키는 리어증발기(141)가 설치된다.
이때, 상기 리어냉매라인(R4)의 입구는 상기 응축기(120)와 팽창수단(130) 사이의 냉매순환라인(R)과 연결되고, 리어냉매라인(R4)의 출구는 상기 증발기(140)와 압축기(110) 사이의 냉매순환라인(R)과 연결된다.
좀더 상세하게는 상기 리어냉매라인(R4)의 입구는 상기 팽창수단(130)의 입구측 냉매순환라인(R)과 연결되고, 상기 리어냉매라인(R4)의 출구는 상기 증발기(140)의 출구측 냉매순환라인(R)과 연결된다.
상기 증발기(140) 전단의 팽창수단(130)과, 상기 리어증발기(141) 전단의 리어팽창수단(131)은 각각 팽창밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 상기 팽창수단(130)은 증발기(140)로 향하는 냉매를 팽창시킴은 물론 유량 조절을 하게 되고, 상기 리어팽창수단(131)은 리어증발기(141)로 향하는 냉매를 팽창시킴은 물론 유량 조절을 하게 된다.
따라서, 상기 압축기(110) 및 응축기(120)를 통과한 냉매는 상기 팽창수단(130) 및 리어팽창수단(131)을 각각 통과하면서 팽창되어 상기 증발기(140) 및 리어증발기(141)로 각각 유입되는 것이다.
물론, 상기 팽창수단(130) 및 리어팽창수단(131)을 통한 냉매 유량제어를 통해 상기 증발기(140) 또는 리어증발기(141)로 선택적으로 냉매를 공급할 수 있다.
한편, 상기 증발기(140)는 프론트 공조케이스(145)의 내부에 설치되고, 상기 리어증발기(141)는 리어 공조케이스(146)의 내부에 설치된다.
상기 프론트 공조케이스(145) 및 리어 공조케이스(146)에는 미도시된 송풍장치나 가열기 등이 설치될 수 있으며, 따라서, 상기 송풍장치를 통해 송풍된 공기가 상기 증발기(140) 또는 리어증발기(141)를 통과하면서 냉각된 후 차량 실내로 토출되어 냉방하게 되는 것이다.
한편, 상기 프론트 공조케이스(145) 및 리어 공조케이스(146)로 내기가 유동할 경우, 상기 증발기(140) 및 리어증발기(141)는 상기 내기와 열교환하면서 열을 회수하여 상기 배터리(210)를 히팅하는 열원으로 사용하게 된다.
그리고, 상기 압축기(110)는, 엔진(내연기관) 또는 전기모터(미도시) 등으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하게 된다.
상기 응축기(120)는, 차량 엔진룸의 전방측에 설치됨과 아울러 상기 압축기(110)에서 배출되어 상기 냉매순환라인(R)을 유동하는 냉매를 외기와 열교환시켜 응축시키게 된다.
그리고, 상기 냉매순환라인(R)상에는, 상기 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매가 상기 팽창수단(130) 및 증발기(140)를 바이패스하도록 바이패스라인(R2)이 설치되고,
상기 바이패스라인(R2)상에는, 상기 바이패스라인(R2)을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창수단(150)과, 상기 팽창수단(150)을 통과한 냉매와 후술하는 배터리냉각장치(200)의 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수 및 차량 전장품(180)으로부터 공급되는 전장폐열을 열교환시키는 칠러(160)가 설치된다.
상기 칠러(160)는, 상기 바이패스라인(R2)과 연결되어 냉매가 유동하는 냉매 열교환부(161)와, 상기 배터리냉각장치(200)의 냉각수순환라인(W)과 연결되어 냉각수가 유동하는 제 1 냉각수 열교환부(162)와, 상기 차량 전장품(180)을 순환하는 냉각수가 유동하는 제 2 냉각수 열교환부(163)가 각각 열교환 가능하게 구성되어 이루어진다.
상기 냉매 열교환부(161)와, 제 1 냉각수 열교환부(162) 및 제 2 냉각수 열교환부(163)는 단일 열교환기로 구성될 수 있으며, 일예로 단일의 판형 열교환기에 상기 냉매 열교환부(161)와 제 1 냉각수 열교환부(162) 및 제 2 냉각수 열교환부(163)가 구성될 수 있다.
따라서 상기 바이패스라인(R2)의 팽창수단(150)을 통과한 차가운 냉매는 상기 칠러(160)를 통과하는 과정에서 제 1 냉각수 열교환부(162) 및 제 2 냉각수 열교환부(163)를 순환하는 냉각수와 열교환하여 증발하게 된다. 다시말해 상기 칠러(160)의 냉매 열교환부(161)를 통과하는 냉매는 상기 제 1 냉각수 열교환부(162)를 통해 배터리냉각장치(200)를 순환하는 냉각수로부터 열을 공급받음과 아울러 상기 제 2 냉각수 열교환부(163)를 통해 차량의 전장폐열을 공급받아 증발하게 되는 것이다.
그리고, 상기 배터리냉각장치(200)는, 냉각수순환라인(W)상에 차량 배터리(210)를 연결하여 상기 냉각수순환라인(W)의 냉각수가 배터리(210)를 순환하면서 배터리(210)를 냉각하게 된다.
이때, 상기 냉각수순환라인(W)은 상기 배터리(210)와 상기 칠러(160)의 제 1 냉각수 열교환부(162)와 연결된다.
한편, 상기 냉각수순환라인(W)상에는 미도시된 워터펌프가 설치될 수 있으며, 상기 배터리(210)에는 상기 냉각수순환라인(W)의 냉각수가 순환할 수 있도록 유로(미도시)가 형성되어 있다.
따라서, 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수는 상기 배터리(210)를 순환하면서 배터리(210)를 냉각시키게 되고, 상기 배터리(210)를 냉각시키면서 온도가 상승한 냉각수는 상기 칠러(160)의 제 1 냉각수 열교환부(162)를 통과하면서 칠러(160)의 냉매 열교환부(161)를 통과하는 차가운 냉매와 열교환하여 냉각된 후 다시 상기 배터리(210)로 순환하게 된다.
또한, 상기 냉각수순환라인(W)에는 냉각수가 상기 칠러(160)를 바이패스하도록 냉각수바이패스라인(W1)이 설치되고, 상기 냉각수바이패스라인(W1)의 분기지점에는 방향전환밸브(220)가 설치된다.
상기 방향전환밸브(220)는 상기 배터리(210)의 냉각이 필요한 경우에는 냉각수가 상기 칠러(160)를 경유하도록 방향을 전환하게 되고, 상기 배터리(210)의 냉각이 필요 없는 경우에는 상기 냉각수바이패스라인(W1)으로 냉각수가 유동하도록 방향을 전환하여 칠러(160)를 바이패스 하도록 하게 된다.
그리고, 상기 배터리 히팅수단(300)은, 상기 냉방장치(100)의 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매와 상기 배터리냉각장치(200)의 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 열교환하도록 설치되어 상기 배터리(210)의 온도가 일정온도 이상을 유지하도록 배터리(210)를 히팅하게 된다.
이때, 상기 배터리 히팅수단(300)은, 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매와 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 열교환시키도록 구성된다. 즉, 상기 냉방장치(100)에서는 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매의 온도가 가장 높기 때문에 상기 압축기(110)에서 토출된 고온 고압의 냉매와 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 열교환시킴으로써 상기 배터리(210)의 히팅 효율을 높일 수 있는 것이다.
상기 배터리 히팅수단(300)은, 상기 압축기(110)와 응축기(120) 사이의 냉매순환라인(R)상에 병렬로 연결되는 분기냉매라인(R1)과, 상기 분기냉매라인(R1)과 연결되어 고온 고압의 냉매가 유동하는 냉매 열교환부(310)와, 상기 배터리냉각장치(200)의 냉각수순환라인(W)과 연결되어 냉각수가 유동함과 아울러 상기 냉매 열교환부(310)의 일측에 열교환가능하게 구비되는 냉각수 열교환부(320)로 이루어져, 상기 냉매 열교환부(310)를 유동하는 고온 고압의 냉매를 이용하여 상기 냉각수 열교환부(320)를 유동하는 냉각수를 히팅하게 된다.
상기 분기냉매라인(R1)의 분기지점에는 냉매의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브(330)가 설치되어, 상기 배터리(210)의 히팅이 필요한 경우에만 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매를 상기 배터리 히팅수단(300)의 냉매 열교환부(310)로 유동시키게 된다.
물론, 배터리(210)의 히팅이 필요없는 경우에는 상기 방향전환밸브(330)가 상기 분기냉매라인(R1)을 폐쇄하게 되며, 또한 상기 방향전환밸브(330)는 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매 전부를 상기 배터리 히팅수단(300)의 냉매 열교환부(310)로 공급할 수도 있고 냉매 일부만을 공급할 수도 있다.
따라서, 겨울철과 같이 추운 환경에서 상기 배터리(210)의 히팅이 필요한 경우에는 상기 압축기(110)에서 토출된 고온 고압의 냉매가 상기 분기냉매라인(R1)을 통해 상기 배터리 히팅수단(300)의 냉매 열교환부(310)로 공급되어, 상기 냉각수 열교환부(320)를 유동하는 냉각수를 히팅하게 되고, 이로인해 상기 배터리냉각장치(200)의 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수가 가열되어 상기 배터리(210)를 히팅하게 되며, 상기 배터리(210)가 일정 온도 이상을 유지할 수 있게 된다.
이와 같이, 상기 배터리 히팅수단(300)은 기존 냉방장치(100)의 냉매를 열원으로하여 상기 배터리냉각장치(200)를 순환하는 냉각수를 히팅하기 때문에 냉각수 가열만을 위한 별도의 PTC히터가 필요 없어 제조비용을 절감함과 아울러 압축기(110)에서 토출된 고온 고압의 냉매를 이용하므로 배터리(210) 히팅 효율을 높일수 있다.
그리고, 상기 압축기(110)와 응축기(120) 사이의 냉매순환라인(R)상에는 보조 분기냉매라인(R3)이 병렬로 연결 설치되고, 상기 보조 분기냉매라인(R3)상에는 보조 분기냉매라인(R3)을 유동하는 냉매를 팽창시키는 보조 팽창수단(170)이 설치되며, 상기 보조 분기냉매라인(R3)의 분기지점에는 냉매의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브(171)가 설치되어, 상기 배터리 히팅수단(300)을 통한 상기 배터리(210)의 히팅이 부족할 경우 상기 보조 팽창수단(170)에서 냉매를 팽창시킨 후 상기 응축기(120)에서 냉매를 증발시켜 외부열을 회수하게 된다.
즉, 상기 배터리(210)의 히팅이 부족할 경우 상기 응축기(120)가 증발기(140) 역할을 하도록 하여 외부열을 회수하도록 한 것이다. 이를 위해 상기 압축기(110)의 응축기(120)의 사이에 보조 분기냉매라인(R3)을 설치하고 상기 보조 분기냉매라인(R3)상에 보조 팽창수단(170)(팽창밸브 또는 오리피스)를 설치함으로써, 상기 압축기(110)에서 배출된 냉매가 상기 보조 팽창수단(170)에서 팽창된 후 상기 응축기(120)에서 증발되면서 외부열을 회수할 수 있다.
이처럼, 상기 응축기(120)가 증발기 역할을 하도록 하여 외부열을 회수하도록 함으로써, 상기 배터리(210)를 히팅하는데 있어 부족한 열을 확보할 수 있다.
물론, 상기 응축기(120)에서 냉매를 증발시켜 외부열을 회수하고, 상기 바이패스라인(R2)의 칠러(160)를 통해서도 차량 전장폐열을 회수하므로 배터리(210)의 히팅 효율을 높일 수 있다.
이때, 상기 응축기(120)가 증발기 역할을 할 경우에는 상기 바이패스라인(R2)의 팽창수단(150)에서는 냉매를 팽창시키지 않고 바이패스시키는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 바이패스라인(R2)상에 설치된 팽창수단(150)에는 냉매를 바이패스할 수 있는 유로(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 배터리 히팅장치 작용을 설명하기로 한다.
설명하기에 앞서, 상기 증발기(140)측으로 냉매를 순환시키면 앞좌석 공간의 냉방이 가능하고, 상기 리어증발기(141)측으로 냉매를 순환시키면 뒷좌석 공간의 냉방이 가능하며, 물론 상기 증발기(140)와 리어증발기(141)측으로 냉매 순환을 차단하면 냉방이 중단된다.
또한, 상기 배터리(210)의 냉각이 필요한 경우에는 상기 바이패스라인(R2)을 통해 팽창수단(150) 및 칠러(160)측으로 냉매를 순환시켜 상기 배터리냉각장치(200)의 냉각수를 냉각시킴으로써 배터리(210)의 냉각이 가능하다. 물론 배터리(210)의 냉각이 필요없는 경우에는 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 냉각수바이패스라인(W1)측으로 유동시켜 상기 칠러(160)를 바이패스하도록 하게 된다.
이하, 상기 배터리 히팅장치와 관련이 있는 모드에 대해서만 상세히 설명하기로 한다. 아울러 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매가 상기 바이패스라인(R2)측으로 순환하는 경우를 일예로 설명하기로 한다.
가. 배터리의 히팅이 필요한 경우,
상기 배터리(210)의 히팅이 필요한 경우는 도 2와 같다. 즉, 분기냉매라인(R1)의 분기지점에 설치된 방향전환밸브(330)는 분기냉매라인(R1)을 개방하게 되고, 상기 보조 분기냉매라인(R3)의 분기지점에 설치된 방향전환밸브(171)는 보조 분기냉매라인(R3)을 폐쇄하게 된다.
한편, 상기 배터리냉각장치(200)의 냉각수순환라인(W)상에 설치된 방향전환밸브(220)는 냉각수가 칠러(160)를 바이패스하도록 하게 된다.
따라서, 상기 압축기(110)에서 토출된 고온 고압의 냉매는 상기 분기냉매라인(R1)을 통해 배터리 히팅수단(300)의 냉매 열교환부(310)로 유동하게 된다.
이때, 상기 배터리냉각장치(200)의 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수는 상기 배터리 히팅수단(300)의 냉각수 열교환부(320)를 유동하는 과정에서 상기 냉매 열교환부(310)측의 고온 고압 냉매와 열교환하면서 가열되게 된다.
이렇게 가열된 냉각수는 상기 배터리(210)를 순환하면서 배터리(210)를 히팅하게 되어 배터리(210)가 일정온도 이상을 유지하도록 하게 된다.
계속해서, 상기 배터리 히팅수단(300)의 냉매 열교환부(310)를 통과한 냉매는 상기 응축기(120)로 공급된다.
상기 응축기(120)로 공급된 냉매는 외부공기와 열교환하면서 응축된 후, 상기 바이패스라인(R2)으로 유동하게 된다.
상기 바이패스라인(R2)을 유동하는 냉매는 상기 팽창수단(150)을 통과하면서 팽창된 후 상기 칠러(160)의 냉매 열교환부(161)로 유입된다.
상기 칠러(160)의 냉매 열교환부(161)로 유입된 냉매는 제 2 냉각수 열교환부(163)를 통해 공급되는 차량 전장폐열과 열교환하면서 증발된 후 상기 압축기(110)로 순환하게 된다.
한편, 도 3은 배터리(210)의 히팅이 필요한 경우로서 도 2와 유사하나, 단지 상기 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매가 상기 증발기(140)측으로도 순환하도록 한 것이다. 이때 상기 증발기(140)에서는 차량 실내의 공기와 열교환하면서 열을 회수하여 배터리(210)의 히팅에 이용된다.
나. 배터리의 히팅이 부족한 경우,
상기 배터리(210)의 히팅이 부족한 경우는 도 4와 같으며, 도 2와 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 배터리(210)의 히팅이 부족한 경우에는 방향전환밸브(171)에 의해 보조 분기냉매라인(R3)이 개방된다.
따라서, 상기 압축기(110)에 배출된 고온 고압의 냉매는 상기 배터리 히팅수단(300)을 통과하면서 배터리(210)를 히팅한 후, 상기 보조 분기냉매라인(R3)으로 유입된다.
상기 보조 분기냉매라인(R3)으로 유입된 냉매는 보조 팽창수단(170)에서 팽창된 후, 상기 응축기(120)로 유입되게 된다.
상기 응축기(120)로 유입된 냉매는 외부공기와의 열교환을 통해 증발된 후, 상기 바이패스라인(R2)으로 유동하게 된다.
상기 바이패스라인(R2)으로 유동한 냉매는 팽창수단(150)의 바이패스유로(미도시)를 통해 팽창수단(150)을 바이패스한 후 상기 칠러(160)의 냉매 열교환부(161)로 유입되고, 상기 칠러(160)의 냉매 열교환부(161)로 유입된 냉매는 제 2 냉각수 열교환부(163)를 통해 공급되는 차량 전장폐열과 열교환하면서 재차 증발된 후 상기 압축기(110)로 순환하게 된다.
다. 배터리의 히팅이 필요 없는 경우,(배터리를 냉각하는 경우)
상기 배터리(210)의 히팅이 필요 없는 경우(배터리를 냉각하는 경우)는 도 5와 같다. 즉, 분기냉매라인(R1)의 분기지점에 설치된 방향전환밸브(330)는 분기냉매라인(R1)을 폐쇄하게 되고, 상기 보조 분기냉매라인(R3)의 분기지점에 설치된 방향전환밸브(171)는 보조 분기냉매라인(R3)을 폐쇄하게 된다.
한편, 상기 배터리냉각장치(200)의 냉각수순환라인(W)상에 설치된 방향전환밸브(220)는 냉각수가 칠러(160)측으로 유동하도록 하게 된다.
따라서, 상기 압축기(110)에서 토출된 고온 고압의 냉매는 상기 응축기(120)로 공급된다.
상기 응축기(120)로 공급된 냉매는 외부공기와 열교환하면서 응축된 후, 상기 바이패스라인(R2)으로 유동하게 된다.
상기 바이패스라인(R2)을 유동하는 냉매는 상기 팽창수단(150)을 통과하면서 팽창된 후 상기 칠러(160)의 냉매 열교환부(161)로 유입된다.
상기 칠러(160)의 냉매 열교환부(161)로 유입된 냉매는 제 2 냉각수 열교환부(163)를 통해 공급되는 차량 전장폐열 및 제 1 냉각수 열교환부(162)를 통해 공급되는 배터리냉각장치(200)의 냉각수와 열교환하면서 증발된 후 상기 압축기(110)로 순환하게 된다.
이때, 상기 배터리냉각장치(200)의 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수가 상기 제 1 냉각수 열교환부(162)를 유동하면서 상기 냉매 열교환부(161)의 냉매와 열교환에 의해 냉각된 후, 상기 배터리(210)를 순환하게 되므로 상기 배터리(210)를 냉각하게 된다.
100: 냉방장치 110: 압축기
120: 응축기 130: 팽창수단
131: 리어팽창수단 140: 증발기
141: 리어증발기 150: 팽창수단
160: 칠러 161: 냉매 열교환부
162: 제 1 냉각수 열교환부 163: 제 2 냉각수 열교환부
170: 보조 팽창수단 180: 전장품
200: 배터리냉각장치 210: 배터리
R: 냉매순환라인 W: 냉각수순환라인

Claims (7)

  1. 냉매순환라인(R)상에 압축기(110), 응축기(120), 팽창수단(130), 증발기(140)를 설치하여 차량 실내를 냉방하는 냉방장치(100)와,
    냉각수순환라인(W)상에 차량 배터리(210)를 연결하여 상기 냉각수순환라인(W)의 냉각수가 배터리(210)를 순환하면서 냉각하는 배터리냉각장치(200)와,
    상기 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매와 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 열교환하도록 설치되어 상기 배터리(210)의 온도가 일정온도 이상을 유지하도록 배터리(210)를 히팅하는 배터리 히팅수단(300)을 포함하며,
    상기 압축기(110)와 응축기(120) 사이의 냉매순환라인(R)상에는 보조 분기냉매라인(R3)이 병렬로 연결 설치되고, 상기 보조 분기냉매라인(R3)상에는 보조 분기냉매라인(R3)을 유동하는 냉매를 팽창시키는 보조 팽창수단(170)이 설치되며,
    상기 보조 분기냉매라인(R3)의 분기지점에는 냉매의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브(171)가 설치되어, 상기 배터리 히팅수단(300)을 통한 상기 배터리(210)의 히팅이 부족할 경우 상기 보조 팽창수단(170)에서 냉매를 팽창시킨 후 상기 응축기(120)에서 냉매를 증발시켜 외부열을 회수하도록 하되,
    배터리(210)의 히팅이 기준치 이하인 경우 압축기(110)에서 배출된 냉매가 보조 팽창수단(170)에서 팽창된 후 응축기(120)에서 증발되면서 외부열을 회수하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 히팅장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 히팅수단(300)은, 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매와 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 열교환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 히팅장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배터리 히팅수단(300)은, 상기 압축기(110)와 응축기(120) 사이의 냉매순환라인(R)상에 병렬로 연결되는 분기냉매라인(R1)과,
    상기 분기냉매라인(R1)과 연결되어 고온 냉매가 유동하는 냉매 열교환부(310)와,
    상기 냉각수순환라인(W)과 연결되어 냉각수가 유동함과 아울러 상기 냉매 열교환부(310)의 일측에 열교환가능하게 구비되는 냉각수 열교환부(320)로 이루어져,
    상기 냉매 열교환부(310)를 유동하는 고온 냉매를 이용하여 상기 냉각수 열교환부(320)를 유동하는 냉각수를 히팅하도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 히팅장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매순환라인(R)상에는, 상기 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매가 상기 팽창수단(130) 및 증발기(140)를 바이패스하도록 바이패스라인(R2)이 설치되고,
    상기 바이패스라인(R2)상에는, 상기 바이패스라인(R2)을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창수단(150)과, 상기 팽창수단(150)을 통과한 냉매와 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수 및 차량 전장품(180)으로부터 공급되는 전장폐열을 열교환시키는 칠러(160)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 히팅장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 칠러(160)는, 상기 바이패스라인(R2)과 연결되어 냉매가 유동하는 냉매 열교환부(161)와, 상기 냉각수순환라인(W)과 연결되어 냉각수가 유동하는 제 1 냉각수 열교환부(162)와, 상기 차량 전장품(180)을 순환하는 냉각수가 유동하는 제 2 냉각수 열교환부(163)가 각각 열교환 가능하게 구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 히팅장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매순환라인(R)상에는 뒷좌석 공간을 냉방할 수 있도록 리어냉매라인(R4)이 병렬로 설치되고,
    상기 리어냉매라인(R4)상에는 리어냉매라인(R4)을 유동하는 냉매를 팽창시키는 리어팽창수단(131) 및 상기 리어팽창수단(131)을 통과한 냉매를 증발시키는 리어증발기(141)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 히팅장치.
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