KR102273464B1 - 차량의 통합 열관리 회로 - Google Patents

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Abstract

내부에서 유동되는 냉각수가 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터가 구비된 배터리라인; 내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터가 구비된 전장부품라인; 전장부품라인 및 배터리라인에서 각각 분기되어 합류되고, 유동방향을 따라 유동되면서 전장부품라인 및 배터리라인으로 다시 분기되는 통합라인; 냉매가 내부에서 유동되고, 외기와 열교환 가능한 외기콘덴서가 구비되며, 실내공조라인에 위치된 실내공조용 냉각코어 및 실내공조용 콘덴서가 구비된 냉매라인; 냉매라인에서 실내공조용 냉각코어를 바이패스하도록 연결되며, 통합라인의 냉각수와 냉매라인의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러; 및 배터리라인, 전장부품라인 및 통합라인과 동시에 연결되어 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수 유동을 조절하는 컨트롤밸브;를 포함하는 차량의 통합 열관리 회로가 소개된다.

Description

차량의 통합 열관리 회로{INTEGRATED THERMAL MANAGEMENT CIRCUIT FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 통합 열관리 회로에 관한 것으로, 더 자세하게는 전장부품회로 및 배터리회로의 냉각수 유동을 통합함으로써 열효율을 향상시킨 통합 열관리 회로에 관한 것이다.
최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 위해 사회적 이슈로 대두되고 있는 것이 전기자동차이다. 전기자동차는 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 출력하는 모터를 이용하여 작동한다. 따라서, 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 아주 작으며, 모터의 에너지효율은 엔진의 에너지효율보다 높은 장점이 있어 친환경 자동차로 각광받고 있다.
이런 전기자동차를 구현함에 있어 핵심기술은 배터리 모듈과 관련한 기술이며, 최근 배터리의 경량, 소형화, 짧은 충전시간 등에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 배터리 모듈은 최적의 온도환경에서 사용하여야 최적의 성능과 긴 수명을 유지할 수 있다. 그러나 구동 중 발생하는 열과 외부의 온도변화에 의해 최적의 온도환경에서 사용하기 어려운 실정이다.
최근 이러한 배터리의 냉난방 시스템을 차량의 실내 공조를 위한 공조 시스템과 통합하여 운용하는 통합열관리 시스템을 구축하였다. 이러한 통합열관리 시스템에 따르면 칠러를 통한 열교환을 이용하여 폐열 회수 및 외기 냉각 등을 하나의 밸브를 이용하여 제어할 수 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1448656 B1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리를 냉각하는 배터리회로 및 전장부품을 냉각하는 전장부품회로와 열교환 가능하게 연결된 냉매라인을 이용하여 실내 공조를 구현하는 통합 열관리 회로를 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 통합 열관리 회로는 내부에서 유동되는 냉각수가 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터가 구비된 배터리라인; 내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터가 구비된 전장부품라인; 전장부품라인 및 배터리라인에서 각각 분기되어 합류되고, 유동방향을 따라 유동되면서 전장부품라인 및 배터리라인으로 다시 분기되는 통합라인; 냉매가 내부에서 유동되고, 외기와 열교환 가능한 외기콘덴서가 구비되며, 실내공조라인에 위치된 실내공조용 냉각코어 및 실내공조용 콘덴서가 구비된 냉매라인; 냉매라인에서 실내공조용 냉각코어를 바이패스하도록 연결되며, 통합라인의 냉각수와 냉매라인의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러; 및 배터리라인, 전장부품라인 및 통합라인과 동시에 연결되어 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수 유동을 조절하는 컨트롤밸브;를 포함한다.
칠러 또는 실내공조용 냉각코어에서 가열된 냉매라인의 냉매는 컴프레서에 의해 압축되고, 실내공조용 콘덴서 및 외기콘덴서를 순차적으로 통과하면서 냉각될 수 있다.
실내공조라인에는 냉매라인과 연결된 실내공조용 냉각코어 및 실내공조용 콘덴서와 전력에 의해 공기를 가열하는 PTC히터가 공기 유동 방향을 따라 순서대로 배치될 수 있다.
배터리라인에서 제1라디에이터를 통과한 냉각수 및 전장부품라인에서 제2라디에이터를 통과한 냉각수는 서로 분리된 상태로 유동되는 리저버탱크;를 더 포함하고, 제1라디에이터를 통과한 배터리라인 및 제2라디에이터를 통과한 전장부품라인의 냉각수는 각각 리저버탱크를 통과하여 컨트롤밸브로 유동될 수 있다.
컨트롤밸브는 유입구가 통합라인, 배터리라인의 제1라디에이터 측 및 전장부품라인의 제2라디에이터 측에 연결되고, 배출구가 배터리라인의 고전압배터리 측 및 전장부품라인의 전장부품 측에 연결된 5-Way 밸브일 수 있다.
전장부품라인 또는 배터리라인에서 분기되어 통합라인으로 합류되는 위치에서 냉각수의 역방향 유동을 차단하는 차단밸브;가 더 포함될 수 있다.
통합라인은 컨트롤밸브의 상류지점에서 분기되고, 서로 분리된 상태로 컨트롤밸브에 연결되며, 컨트롤밸브는 유입구가 상류지점에서 분기된 통합라인, 배터리라인의 제1라디에이터 측 및 전장부품라인의 제2라디에이터 측에 연결되고, 배출구가 배터리라인의 고전압배터리 측 및 전장부품라인의 전장부품 측에 연결된 6-Way 밸브일 수 있다.
고전압배터리의 상류 지점과 하류 지점 사이를 연결하도록 배터리라인에서 분기되어 다시 합류되는 배터리가열라인; 및 배터리라인에서 배터리가열라인으로 분기되는 지점 또는 배터리가열라인이 배터리라인으로 합류되는 지점에 위치되어 배터리가열라인으로 유동되는 냉각수의 유량을 조절하는 배터리가열밸브;를 더 포함하고, 배터리라인 또는 배터리가열라인에는 수가열히터가 마련될 수 있다.
칠러의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제1팽창밸브; 실내공조용 냉각코어의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제2팽창밸브; 및 실내를 냉각하는 제1모드에서, 냉매라인의 냉매가 실내공조용 냉각코어로 유동되도록 제1팽창밸브 또는 제2팽창밸브의 개폐를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
칠러의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제1팽창밸브; 실내공조용 냉각코어의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제2팽창밸브; 및 실내를 난방하는 제2모드에서, 냉매라인의 냉매가 칠러로 유동되도록 제1팽창밸브 또는 제2팽창밸브의 개폐를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
칠러의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제1팽창밸브; 실내공조용 냉각코어의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제2팽창밸브; 및 전장부품의 폐열을 이용하여 실내를 난방하는 제3모드에서, 제어기는 전장부품을 통과한 전장부품라인의 냉각수가 통합라인의 칠러로 유동되도록 컨트롤밸브를 제어하고, 냉매라인의 냉매가 칠러로 유동되도록 제1팽창밸브 또는 제2팽창밸브의 개폐를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
칠러로 배터리를 냉각하는 제4모드에서, 고전압배터리를 통과한 배터리라인의 냉각수가 칠러로 유동되도록 컨트롤밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
칠러의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제1팽창밸브; 실내공조용 냉각코어의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제2팽창밸브; 및 배터리와 실내를 동시에 냉각하는 제5모드에서, 고전압배터리를 통과한 배터리라인의 냉각수가 칠러로 유동되도록 컨트롤밸브를 제어하고, 냉매라인의 냉매가 칠러 및 실내공조용 냉각코어로 유동되도록 제1팽창밸브 또는 제2팽창밸브의 개폐를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
전장부품 또는 고전압배터리의 폐열을 회수하지 않는 제6모드에서, 통합라인의 냉각수 유동을 차단하도록 컨트롤밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
배터리를 승온하는 제7모드에서, 수가열히터에 의해 가열된 냉각수가 배터리가열라인 및 배터리라인으로 순환되도록 배터리가열밸브 및 수가열히터를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 차량의 통합 열관리 회로에 따르면, 단일의 칠러만으로 전장부품 및 고전압배터리의 폐열을 선택적으로 회수할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 단일의 컨트롤밸브를 통하여 전장부품 및 고전압배터리의 폐열 회수 및 냉각을 제어할 수 있는 효과를 갖는다.
이에 따라, 요구되는 부품이 감소되고, 공간 활용 및 패키지 측면의 효과를 가지며, 제조 원가가 절감되는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 구성도를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 다양한 제어모드를 도시한 것이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 구성도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로는 내부에서 유동되는 냉각수가 고전압배터리(110)와 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터(120)가 구비된 배터리라인(100); 내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품(210)과 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터(220)가 구비된 전장부품라인(200); 전장부품라인(200) 및 배터리라인(100)에서 각각 분기되어 합류되고, 유동방향을 따라 유동하면서 전장부품라인(200) 및 배터리라인(100)으로 다시 분기되는 통합라인(300); 냉매가 내부에서 유동되고, 외기와 열교환 가능한 외기콘덴서(430)가 구비되며, 실내공조라인에 위치된 실내공조용 냉각코어(410) 및 실내공조용 콘덴서(420)가 구비된 냉매라인(400); 냉매라인(400)에서 실내공조용 냉각코어(410)를 바이패스하도록 연결되며, 통합라인(300)의 냉각수와 냉매라인(400)의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러(500); 및 배터리라인(100), 전장부품라인(200) 및 통합라인(300)과 동시에 연결되어 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수 유동을 조절하는 컨트롤밸브(800);를 포함한다.
배터리라인(100)에는 제1펌프(130)가 구비되고, 제1펌프(130)에 의해 유동되는 냉각수가 고전압배터리(110)와 열교환하며, 제1라디에이터(120)로 유동되면서 외부와 열교환될 수 있다.
전장부품라인(200)에는 제2펌프(230)가 구비되고, 제2펌프(230)에 의해 유동되는 냉각수가 전장부품라인(200)과 열교환하며, 제2라디에이터(220)로 유동되면서 외부와 열교환될 수 있다.
여기서, 전장부품(210)이란 차량을 구동하는 모터, 인버터, 컨버터 등 차량의 구동에 따라 발열하는 부품들을 통칭하는 용어로 사용될 수 있다.
통합라인(300)은 전장부품라인(200)에서 전장부품(210)의 하류 지점 및 배터리라인(100)에서 고전압배터리(110)의 하류 지점에 분기되는 라인일 수 있다. 통합라인(300)은 컨트롤밸브(800)를 통하여 다시 전장부품라인(200) 및 배터리라인(100)으로 합류될 수 있다. 특히, 통합라인(300)은 배터리라인(100)의 제1펌프(130) 및 전장부품라인(200)의 제1펌프(130) 또는 제2펌프(230)의 상류 지점으로 분기되어 연결될 수 있다.
냉매라인(400)은 칠러(500)를 통하여 통합라인(300)의 냉각수와 열교환 가능하게 연결될 수 있다. 냉매라인(400)은 칠러(500)와 실내공조용 냉각코어(410)가 병렬로 연결될 수 있다. 칠러(500)에는 제1팽창밸브(460)가 구비되고, 실내공조용 냉각코어(410)에는 제2팽창밸브(470)가 구비될 수 있다.
특히, 냉매라인(400)에는 냉매를 압축하는 컴프레서(440)가 구비되고, 컴프레서(440)에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 실내공조용 콘덴서(420) 및 외기콘덴서(430)가 구비될 수 있다. 실내공조용 콘덴서(420)는 실내로 유동되는 공조용 공기를 가열할 수 있다.
컨트롤밸브(800)는 배터리라인(100), 전장부품라인(200) 및 통합라인(300)과 연결되어 통합라인(300)으로 유동되는 냉각수를 배터리라인(100) 또는 전장부품라인(200)으로 유동되도록 조절하거나, 통합밸브의 냉각수 유동을 차단할 수 있다.
이러한 통합 열관리 회로에 따르면, 칠러(500)를 통하여 전장부품(210) 또는 고전압배터리(110)의 폐열을 회수하여 실내공조용으로 이용 가능한 효과를 갖는다.
구체적으로, 칠러(500) 또는 실내공조용 냉각코어(410)에서 가열된 냉매라인(400)의 냉매는 컴프레서(440)에 의해 압축되고, 실내공조용 콘덴서(420) 및 외기콘덴서(430)를 순차적으로 통과하면서 냉각될 수 있다.
즉, 냉매라인(400)의 냉매는 칠러(500) 또는 실내공조용 냉각코어(410)로 유동되면서 냉각수 또는 주위 공기와 열교환을 통해 가열되고, 컴프레서(440)에서 압축된 상태로 실내공조용 콘덴서(420) 및 외기콘덴서(430)를 순차적으로 통과하면서 냉각되어 응축될 수 있다.
실내공조라인에는 냉매라인(400)과 연결된 실내공조용 냉각코어(410) 및 실내공조용 콘덴서(420)와 전력에 의해 공기를 가열하는 PTC히터가 공기 유동 방향을 따라 순서대로 배치될 수 있다.
PTC 히터(450)는 전력에 의해 작동되고, 실내공조용 콘덴서(420)의 가열량이 부족한 경우에 작동되어 실내공조용 공기를 가열할 수 있다.
배터리라인(100)에서 제1라디에이터(120)를 통과한 냉각수 및 전장부품라인(200)에서 제2라디에이터(220)를 통과한 냉각수는 서로 분리된 상태로 유동되는 리저버탱크(600);를 더 포함하고, 제1라디에이터(120)를 통과한 배터리라인(100) 및 제2라디에이터(220)를 통과한 전장부품라인(200)의 냉각수는 각각 리저버탱크(600)를 통과하여 컨트롤밸브(800)로 유동될 수 있다.
리저버탱크(600)는 내부에 격막이 형성되어 서로 분리된 내부공간이 형성될 수 있다. 서로 분리된 내부공간에는 각각 배터리라인(100) 및 전장부품라인(200)의 냉각수가 분리된 상태로 저장될 수 있다.
리저버탱크(600)는 배터리라인(100)의 제1라디에이터(120)와 제1펌프(130) 사이 및 전장부품라인(200)의 제2라디에이터(220)와 제2펌프(230) 사이에 구비될 수 있다.
구체적으로, 컨트롤밸브(800)는 유입구가 통합라인(300), 배터리라인(100)의 제1라디에이터(120) 측 및 전장부품라인(200)의 제2라디에이터(220) 측에 연결되고, 배출구가 배터리라인(100)의 고전압배터리(110) 측 및 전장부품라인(200)의 전장부품(210) 측에 연결된 5-Way 밸브일 수 있다.
전장부품라인(200) 또는 배터리라인(100)에서 분기되어 통합라인(300)으로 합류되는 위치에서 냉각수의 역방향 유동을 차단하는 차단밸브(310,320);가 더 포함될 수 있다.
차단밸브(310,320)는 전장부품라인(200)에서 통합라인(300)으로 연결되는 위치에 구비된 제1차단밸브(310) 또는 배터리라인(100)에서 통합라인(300)으로 연결되는 위치에 구비된 제2차단밸브(320)일 수 있다.
제1차단밸브(310) 및 제2차단밸브(320)는 전장부품라인(200)과 배터리라인(100)의 냉각수가 서로 혼입되지 않도록 냉각수를 차단하는 구성으로, 냉각수가 일방향으로만 유동되도록 허용하는 체크밸브일 수 있다. 특히, 체크밸브는 일정한 압력차 이상인 경우에만 개방되도록 내부에 포함된 스프링의 탄성계수가 조절될 수 있다.
고전압배터리(110)의 상류 지점과 하류 지점 사이를 연결하도록 배터리라인(100)에서 분기되어 다시 합류되는 배터리가열라인(700); 및 배터리라인(100)에서 배터리가열라인(700)으로 분기되는 지점 또는 배터리가열라인(700)이 배터리라인(100)으로 합류되는 지점에 위치되어 배터리가열라인(700)으로 유동되는 냉각수의 유량을 조절하는 배터리가열밸브(710);를 더 포함하고, 배터리라인(100) 또는 배터리가열라인(700)에는 수가열히터(730)가 마련될 수 있다.
배터리가열라인(700)은 고전압배터리(110)의 상류 지점과 하류 지점을 직접 연결함으로써 고전압배터리(110)로 냉각수가 순환되도록 연결될 수 있다.
배터리가열밸브(710)는 3-Way 밸브로, 배터리라인(100)의 냉각수가 배터리가열라인(700)으로 유동되도록 제어되거나, 배터리라인(100)으로 순환되도록 제어될 수 있다.
수가열히터(730)는 내부의 냉각수를 가열하는 구성으로, 배터리의 승온이 요구될 때 작동될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 구성도를 도시한 것이다.
도 2를 더 참조하면, 통합라인(300)은 컨트롤밸브(800)의 상류지점에서 분기되고, 서로 분리된 상태로 컨트롤밸브(800)에 연결되며, 컨트롤밸브(800)는 유입구가 상류지점에서 분기된 통합라인(300), 배터리라인(100)의 제1라디에이터(120) 측 및 전장부품라인(200)의 제2라디에이터(220) 측에 연결되고, 배출구가 배터리라인(100)의 고전압배터리(110) 측 및 전장부품라인(200)의 전장부품(210) 측에 연결된 6-Way 밸브일 수 있다.
특히, 통합라인(300)은 컨트롤밸브(800)로 연결되기 이전 지점에서 분기되고, 서로 분리된 상태로 컨트롤밸브(800)에 연결되어 컨트롤밸브(800)는 유입구 또는 배출구가 6개인 6-Way 밸브일 수 있다. 통합라인(300)은 칠러(500)를 통과한 이후 지점에서 분기될 수 있고, 또는 칠러(500)에서 분기될 수 있다.
칠러(500)의 상류지점에서 냉매라인(400)에 구비된 제1팽창밸브(460); 및 실내공조용 냉각코어(410)의 상류지점에서 냉매라인(400)에 구비된 제2팽창밸브(470);를 더 포함할 수 있다.
제1팽창밸브(460) 및 제2팽창밸브(470)는 액체 상태의 냉매를 팽창시킴으로써 기체 상태로 상태 변환하도록 유도하는 구성으로, 칠러(500) 또는 실내공조용 냉각코어(410)에서의 열교환을 유도할 수 있고, 개방 또는 폐쇄가 제어됨에 따라 냉매의 유동을 제어할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어기(1000)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 다양한 제어모드를 도시한 것이다.
도 3을 더 참조하면, 제어기(1000)는 실내를 냉각하는 제1모드에서, 냉매라인(400)의 냉매가 실내공조용 냉각코어(410)로 유동되도록 제1팽창밸브(460) 또는 제2팽창밸브(470)의 개폐를 제어할 수 있다.
특히, 제어기(1000)는 실내공조라인에 위치된 실내공조용 냉각코어(410)로 냉매라인(400)의 냉매가 유동되도록 제2팽창밸브(470)를 개방하도록 제어할 수 있다.
도 4를 더 참조하면, 또한, 제어기(1000)는 실내를 난방하는 제2모드에서, 냉매라인(400)의 냉매가 칠러(500)로 유동되도록 제1팽창밸브(460) 또는 제2팽창밸브(470)의 개폐를 제어할 수 있다. 특히, 냉매라인(400)의 냉매가 실내공조용 냉각코어(410)로 유동되지 않도록 제2팽창밸브(470)를 차단하도록 제어할 수 있다.
다른 실시예로, 실내를 제습하는 제습모드의 경우에는 실내의 냉각과 난방을 동시에 수행하도록 제1팽창밸브(460) 및 제2팽창밸브(470)를 제어할 수 있다.
도 5를 더 참조하면, 제어기(1000)는 전장부품(210)의 폐열을 이용하여 실내를 난방하는 제3모드에서, 제어기(1000)는 전장부품(210)을 통과한 전장부품라인(200)의 냉각수가 통합라인(300)의 칠러(500)로 유동되도록 컨트롤밸브(800)를 제어하고, 냉매라인(400)의 냉매가 칠러(500)로 유동되도록 제1팽창밸브(460) 또는 제2팽창밸브(470)의 개폐를 제어할 수 있다.
도 6을 더 참조하면, 제어기(1000)는 칠러(500)로 배터리를 냉각하는 제4모드에서, 고전압배터리(110)를 통과한 배터리라인(100)의 냉각수가 칠러(500)로 유동되도록 컨트롤밸브(800)를 제어할 수 있다.
배터리라인(100)의 냉각수는 제1라디에이터(120)를 이용하여 외기로 냉각할 수도 있지만, 칠러(500)를 이용하여 냉각할 수도 있다. 제어기(1000)는 컨트롤밸브(800)를 제어하여 배터리라인(100)의 냉각수가 통합라인(300)으로 유동되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 칠러(500)를 이용하여 배터리의 폐열을 회수할 수 있다.
도 7을 더 참조하면, 제어기(1000)는 배터리와 실내를 동시에 냉각하는 제5모드에서, 고전압배터리(110)를 통과한 배터리라인(100)의 냉각수가 칠러(500)로 유동되도록 컨트롤밸브(800)를 제어하고, 냉매라인(400)의 냉매가 칠러(500) 및 실내공조용 냉각코어(410)로 유동되도록 제1팽창밸브(460) 또는 제2팽창밸브(470)의 개폐를 제어할 수 있다.
도 8을 더 참조하면, 전장부품(210) 또는 고전압배터리(110)의 폐열을 회수하지 않는 제6모드에서, 통합라인(300)의 냉각수 유동을 차단하도록 컨트롤밸브(800)를 제어할 수 있다.
컨트롤밸브(800)는 통합라인(300)의 냉각수가 전장부품라인(200)으로 유동되거나 배터리라인(100)으로 유동되도록 제어할 수도 있지만, 통합라인(300)의 냉각수 유동을 차단하도록 제어할 수도 있다.
제어기(1000)는 제6모드에서 제1펌프(130) 또는 제2펌프(230)의 구동을 제어함으로써 배터리라인(100)의 외기 냉각 또는 전장부품라인(200)의 외기 냉각을 제어할 수 있다.
도 9를 더 참조하면, 제어기(1000)는 배터리를 승온하는 제7모드에서, 수가열히터(730)에 의해 가열된 냉각수가 배터리가열라인(700) 및 배터리라인(100)으로 순환되도록 배터리가열밸브(710) 및 수가열히터(730)를 제어할 수 있다.
즉, 제어기(1000)는 수가열히터(730)를 작동시키도록 제어함으로써 내부의 냉각수를 가열할 수 있고, 배터리라인(100)의 냉각수가 배터리가열라인(700)으로 유동되어 고전압배터리(110)를 순환하도록 배터리가열밸브(710)를 제어할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 배터리라인 200 : 전장부품라인
300 : 통합라인 400 : 냉매라인
500 : 칠러 600 : 리저버탱크
700 : 배터리가열라인 800 : 컨트롤밸브
1000 : 제어기

Claims (15)

  1. 내부에서 유동되는 냉각수가 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터가 구비된 배터리라인;
    내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터가 구비된 전장부품라인;
    전장부품라인 및 배터리라인에서 각각 분기되어 합류되고, 유동방향을 따라 유동되면서 전장부품라인 및 배터리라인으로 다시 분기되는 통합라인;
    냉매가 내부에서 유동되고, 외기와 열교환 가능한 외기콘덴서가 구비되며, 실내공조라인에 위치된 실내공조용 냉각코어 및 실내공조용 콘덴서가 구비된 냉매라인;
    냉매라인에서 실내공조용 냉각코어를 바이패스하도록 연결되며, 통합라인의 냉각수와 냉매라인의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러;
    배터리라인, 전장부품라인 및 통합라인과 동시에 연결되어 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수 유동을 조절하는 컨트롤밸브; 및
    배터리라인에서 제1라디에이터를 통과한 냉각수 및 전장부품라인에서 제2라디에이터를 통과한 냉각수가 서로 분리된 상태로 유동되는 리저버탱크;를 포함하고,
    제1라디에이터를 통과한 배터리라인 및 제2라디에이터를 통과한 전장부품라인의 냉각수는 각각 리저버탱크를 통과하여 컨트롤밸브로 유동되며,
    전장부품라인과 배터리라인에는 통합라인으로 합류되는 위치에 냉각수의 유동을 차단하는 차단밸브가 각각 마련된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    칠러 또는 실내공조용 냉각코어에서 가열된 냉매라인의 냉매는 컴프레서에 의해 압축되고, 실내공조용 콘덴서 및 외기콘덴서를 순차적으로 통과하면서 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    실내공조라인에는 냉매라인과 연결된 실내공조용 냉각코어 및 실내공조용 콘덴서와 전력에 의해 공기를 가열하는 PTC히터가 공기 유동 방향을 따라 순서대로 배치된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    컨트롤밸브는 유입구가 통합라인, 배터리라인의 제1라디에이터 측 및 전장부품라인의 제2라디에이터 측에 연결되고, 배출구가 배터리라인의 고전압배터리 측 및 전장부품라인의 전장부품 측에 연결된 5-Way 밸브인 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    통합라인은 컨트롤밸브의 상류지점에서 분기되고, 서로 분리된 상태로 컨트롤밸브에 연결되며,
    컨트롤밸브는 유입구가 상류지점에서 분기된 통합라인, 배터리라인의 제1라디에이터 측 및 전장부품라인의 제2라디에이터 측에 연결되고, 배출구가 배터리라인의 고전압배터리 측 및 전장부품라인의 전장부품 측에 연결된 6-Way 밸브인 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  8. 청구항 1에 있어서,
    고전압배터리의 상류 지점과 하류 지점 사이를 연결하도록 배터리라인에서 분기되어 다시 합류되는 배터리가열라인; 및
    배터리라인에서 배터리가열라인으로 분기되는 지점 또는 배터리가열라인이 배터리라인으로 합류되는 지점에 위치되어 배터리가열라인으로 유동되는 냉각수의 유량을 조절하는 배터리가열밸브;를 더 포함하고,
    배터리라인 또는 배터리가열라인에는 수가열히터가 마련된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  9. 청구항 1에 있어서,
    칠러의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제1팽창밸브;
    실내공조용 냉각코어의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제2팽창밸브; 및
    실내를 냉각하는 제1모드에서, 냉매라인의 냉매가 실내공조용 냉각코어로 유동되도록 제1팽창밸브 또는 제2팽창밸브의 개폐를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  10. 청구항 1에 있어서,
    칠러의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제1팽창밸브;
    실내공조용 냉각코어의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제2팽창밸브; 및
    실내를 난방하는 제2모드에서, 냉매라인의 냉매가 칠러로 유동되도록 제1팽창밸브 또는 제2팽창밸브의 개폐를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  11. 청구항 1에 있어서,
    칠러의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제1팽창밸브;
    실내공조용 냉각코어의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제2팽창밸브; 및
    전장부품의 폐열을 이용하여 실내를 난방하는 제3모드에서, 제어기는 전장부품을 통과한 전장부품라인의 냉각수가 통합라인의 칠러로 유동되도록 컨트롤밸브를 제어하고, 냉매라인의 냉매가 칠러로 유동되도록 제1팽창밸브 또는 제2팽창밸브의 개폐를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  12. 청구항 1에 있어서,
    칠러로 배터리를 냉각하는 제4모드에서, 고전압배터리를 통과한 배터리라인의 냉각수가 칠러로 유동되도록 컨트롤밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  13. 청구항 1에 있어서,
    칠러의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제1팽창밸브;
    실내공조용 냉각코어의 상류지점에서 냉매라인에 구비된 제2팽창밸브; 및
    배터리와 실내를 동시에 냉각하는 제5모드에서, 고전압배터리를 통과한 배터리라인의 냉각수가 칠러로 유동되도록 컨트롤밸브를 제어하고, 냉매라인의 냉매가 칠러 및 실내공조용 냉각코어로 유동되도록 제1팽창밸브 또는 제2팽창밸브의 개폐를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  14. 청구항 1에 있어서,
    전장부품 또는 고전압배터리의 폐열을 회수하지 않는 제6모드에서, 통합라인의 냉각수 유동을 차단하도록 컨트롤밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  15. 청구항 8에 있어서,
    배터리를 승온하는 제7모드에서, 수가열히터에 의해 가열된 냉각수가 배터리가열라인 및 배터리라인으로 순환되도록 배터리가열밸브 및 수가열히터를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
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