KR102299297B1 - 차량의 통합열관리 시스템 및 멀티웨이밸브 - Google Patents

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Abstract

전장라인; 배터리라인; 냉매라인; 및 냉각수가 순환되며 난방펌프, 수가열히터, 실내공조장치의 히터코어, 멀티웨이밸브를 연결하는 실내히팅라인;을 포함하고, 난방펌프와 멀티웨이밸브는 실내히팅라인 상에서 연속하도록 일체화되어 배치되며, 난방펌프에 의해 펌핑된 냉각수가 수가열히터, 히터코어를 순차적으로 통과할 수 있도록 하는 차량의 통합열관리 시스템 및 이에 적용된 멀티웨이밸브가 소개된다.

Description

차량의 통합열관리 시스템 및 멀티웨이밸브 {INTEGRATED THERMAL MANAGEMENT SYSTEM AND MULTI-WAY VALVE FOR VEHICLE}
본 발명은 밸브와 펌프의 모듈화가 가능하여 컴팩트하며, 제조적인 측면에서도 유리하고, 전기차 등의 통합열관리에 활용될 수 있어 친환경적이며, 특히 배터리의 열 손상을 방지할 수 있도록 하는 차량의 통합열관리 시스템 및 멀티웨이밸브에 관한 것이다.
최근 내연기관 차량의 환경적인 이슈로 인하여 전기차 등이 친환경 차량으로 보급이 확대되는 추세이다. 그러나 기존의 내연기관 차량의 경우 엔진의 폐열을 통하여 실내를 난방할 수 있어 별도의 난방을 위한 에너지가 필요치 않았지만, 전기차 등의 경우 엔진이 없어 열원이 없기 때문에 별도의 에너지를 통하여 난방을 수행하여 하고, 이로 인하여 연비가 하락하는 문제를 가지고 있다. 그리고 이 점은 전기차의 주행가능거리를 단축시켜 잦은 충전이 필요하게 되는 등 불편함을 주고 있는 것이 사실이다.
한편, 차량의 전동화로 인하여 차량의 실내뿐만 아니라, 고전압배터리, 모터 등의 전장부품들의 열관리 니즈도 새로이 추가되었다. 즉, 전기차 등의 경우 실내공간과 배터리, 전장부품 들의 경우 각각 공조에 대한 니즈가 상이하고, 이들을 독립적으로 대응하면서도 효율적으로 협업하여 에너지를 최대한 절약할 수 있는 기술이 필요한 것이다. 이에 따라 각각의 구성에 대하여 독립적으로 열관리를 수행하면서 동시에 전체적인 차량의 열관리를 통합하여 열효율을 증대시키고자 차량의 통합 열관리 개념이 제시되고 있다.
이러한 차량의 통합 열관리가 수행되기 위해서는 복잡한 냉각수라인들과 부품들을 통합하여 모듈화 할 필요가 있는데, 복수의 부품들을 모듈화 하면서도 제조가 간단하고 패키지적인 측면에서도 컴팩트 한 모듈화의 개념이 필요한 것이다.
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 10-2019-0068357 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 밸브와 펌프의 모듈화가 가능하여 컴팩트하며, 제조적인 측면에서도 유리하고, 전기차 등의 통합열관리에 활용될 수 있어 친환경적이며, 특히 배터리의 열 손상을 방지할 수 있도록 하는 차량의 통합열관리 시스템 및 멀티웨이밸브를 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 통합열관리 시스템은, 냉각수가 순환되며 전장부품을 냉각하는 전장라인; 냉각수가 순환되며 배터리를 냉각하는 배터리라인; 냉매가 순환되며 압축기, 실외컨덴서를 연결하는 냉매라인; 및 냉각수가 순환되며 난방펌프, 수가열히터, 실내공조장치의 히터코어, 멀티웨이밸브를 연결하는 실내히팅라인;을 포함하고, 난방펌프와 멀티웨이밸브는 실내히팅라인 상에서 연속하도록 일체화되어 배치되며, 난방펌프에 의해 펌핑된 냉각수가 수가열히터, 히터코어를 순차적으로 통과할 수 있다.
배터리라인은 배터리 상류지점과 하류지점 중 어느 하나는 실내히팅라인의 멀티웨이밸브와 연결되고 나머지 하나는 실내히팅라인의 연결구와 연결될 수 있다.
실내히팅라인의 연결구는 멀티웨이밸브를 기준으로 난방펌프 반대측에 마련될 수 있다.
멀티웨이밸브는 실내난방모드시 냉각수가 난방펌프, 수가열히터, 히터코어, 멀티웨이밸브를 순환하도록 제어될 수 있다.
멀티웨이밸브는 배터리난방모드시 냉각수가 난방펌프, 수가열히터, 히터코어, 배터리, 멀티웨이밸브를 순환하도록 제어될 수 있다.
배터리라인에는 배터리펌프가 구비되어 냉각수를 순환시키며, 배터리난방모드에서는 배터리 상류지점의 냉각수 온도가 배터리 또는 배터리 하류지점의 냉각수 온도보다 일정크기 이상 클 경우 난방펌프와 배터리펌프를 동시에 가동하여 배터리라인의 냉각수와 실내히팅라인의 냉각수가 혼합되어 배터리로 유입되도록 할 수 있다.
배터리라인은 분배밸브부를 통해 칠러와 선택적으로 연결되며, 배터리난방모드에서는 배터리 상류지점의 냉각수 온도가 배터리 또는 배터리 하류지점의 냉각수 온도보다 일정크기 이상 크고 배터리라인 냉각수의 추가적인 냉각이 필요할 경우 분배밸브부의 제어를 통해 칠러를 통해 냉각된 냉각수가 실내히팅라인의 냉각수와 혼합되어 배터리로 유입되도록 할 수 있다.
냉매라인에는 수냉각컨덴서가 구비되고, 실내히팅라인은 난방펌프, 수냉각컨덴서, 수가열히터, 히터코어, 멀티웨이밸브를 연결하며, 배터리난방모드는 제1배터리난방모드 및 제2배터리난방모드로 구분되고, 제1배터리난방모드시에는 수가열히터는 작동하지 않고 냉매라인의 압축기를 가동하여 수냉각컨덴서를 통해 배터리의 승온을 수행할 수 있다.
제2배터리난방모드시에는 수가열히터를 작동할 수 있다.
본 발명의 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브는, 내부공간이 형성되고, 내부공간과 연통된 복수의 포트가 측면부를 따라 이격되어 형성된 밸브하우징; 밸브하우징의 내부공간에 삽입되어 회전되고, 회전시 밸브하우징의 포트와 연통되는 복수의 개구부가 측면부를 따라 이격되어 형성되고, 복수의 개구부를 내부에서 상호 연결하는 연결통로가 형성된 밸브바디; 밸브하우징의 상면부에 결합되어 밸브바디의 상방에 배치되며 밸브바디에 회전력을 제공하는 구동부; 및 밸브하우징의 일 측면에 결합된 난방펌프;를 포함한다.
밸브하우징의 상면부에는 구동부하우징이 일체로 사출 성형되고, 구동부하우징은 상면부가 개방된 형상이고, 개방된 구동부하우징의 상면부에 구동부커버가 결합되어 구동부하우징이 밀폐되며 구동부와 밸브하우징이 결합될 수 있다.
밸브하우징의 측면부에는 펌프커버가 일체로 사출 성형되고, 난방펌프하우징은 측면부가 개방된 형상이며, 난방펌프하우징의 개방된 측면부가 펌프커버에 결합되어 난방펌프하우징이 폐쇄되면서 난방펌프와 밸브하우징이 결합될 수 있다.
밸브하우징의 측면부 중 전방과 후방에 각각 제1포트 및 제2포트가 형성되고 일측방에 난방펌프와 결합되는 펌프커버가 형성될 수 있다.
밸브하우징의 측면부 중 펌프커버 반대측의 타측방에는 벽이 형성되고, 밸브바디의 개구부는 3개로 형성되어 각각 밸브하우징의 제1포트, 제2포트 및 펌프커버에 대응되는 위치에 형성됨으로써 밸브바디의 회전에 따라 밸브하우징의 벽에 매칭되는 개구부는 벽에 의해 폐쇄될 수 있다.
밸브하우징의 측면부 중 일측방에는 제3포트가 형성되고 펌프커버는 제3포트의 단부에 일체로 성형될 수 있다.
밸브하우징의 제1포트는 히터코어와 연결되고 제2포트는 배터리의 하류지점과 연결되며 제3포트는 난방펌프와 연결될 수 있다.
밸브하우징의 포트에는 분기관이 일체로 성형되어 형성됨으로써 포트에서 냉각수의 분기가 가능할 수 있다.
분기관이 성형된 방향은 난방펌프 또는 구동부를 향하는 방향 또는 포트가 형성된 방향과 평행한 방향일 수 있다.
본 발명의 차량의 통합열관리 시스템 및 멀티웨이밸브에 따르면, 밸브와 펌프의 모듈화가 가능하여 컴팩트하며, 제조적인 측면에서도 유리하고, 전기차 등의 통합열관리에 활용될 수 있어 친환경적이며, 특히 배터리의 열 손상을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템의 기본 냉각회로도.
도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템에 적용될 수 있는 멀티웨이밸브의 제1실시예를 나타낸 도면.
도 7 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템에 적용될 수 있는 멀티웨이밸브의 제2실시예를 나타낸 도면.
도 9 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템에 적용될 수 있는 멀티웨이밸브의 제3실시예를 나타낸 도면.
도 11 내지 22는 도 1에 도시된 차량의 통합열관리 시스템의 모드별 동작을 나타낸 냉각회로도.
도 23 내지 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템의 모드별 동작을 나타낸 냉각회로도.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템의 기본 냉각회로도이고, 도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템에 적용될 수 있는 멀티웨이밸브의 제1실시예를 나타낸 도면이며, 도 7 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템에 적용될 수 있는 멀티웨이밸브의 제2실시예를 나타낸 도면이고, 도 9 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템에 적용될 수 있는 멀티웨이밸브의 제3실시예를 나타낸 도면이며, 도 11 내지 22는 도 1에 도시된 차량의 통합열관리 시스템의 모드별 동작을 나타낸 냉각회로도이고, 도 23 내지 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템의 모드별 동작을 나타낸 냉각회로도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템의 기본 냉각회로도로서, 본 발명에 따른 차량의 통합열관리 시스템은, 냉각수가 순환되며 전장부품(200)을 냉각하는 전장라인; 냉각수가 순환되며 배터리(100)를 냉각하는 배터리라인; 냉매가 순환되며 압축기(300), 실외컨덴서(340)를 연결하는 냉매라인; 및 냉각수가 순환되며 난방펌프(540), 수가열히터(560), 실내공조장치의 히터코어(500), 멀티웨이밸브(520)를 연결하는 실내히팅라인;을 포함하고, 난방펌프(540)와 멀티웨이밸브(520)는 실내히팅라인 상에서 연속하도록 일체화되어 배치되며, 난방펌프(540)에 의해 펌핑된 냉각수가 수가열히터(560), 히터코어(500)를 순차적으로 통과할 수 있다.
본 발명의 경우 전기차 등 구동모터와 배터리 등을 통하여 구동할 수 있는 친환경 차량에 적용되는 것으로서, 대표적으로 공조의 대상은 실내공간과 배터리 및 전장부품(모터 등)을 들 수 있다. 각각의 구성에 대한 독립적인 냉각을 위하여, 냉각수가 순환되며 전장부품(200)을 냉각하는 전장라인 및 냉각수가 순환되며 배터리(100)를 냉각하는 배터리라인이 마련된다. 그리고 냉매가 순환되며 압축기(300), 실외컨덴서(340)를 연결하는 냉매라인이 마련된다.
전장라인과 배터리라인의 경우 냉매가 아닌 냉각수를 통하여 냉각하는 것으로서 차량의 전장라인은 전장부품(200)과 전장라디에이터(220)를 순환하고, 배터리라인은 배터리(100)와 배터리라디에이터(120)를 순환한다. 그리고 냉매의 경우 압축기(300)와 실외컨덴서(340)를 순환하며 실내를 냉방하거나 또는 배터리를 냉각한다.
또한, 실내히팅라인은 냉각수가 순환되며 난방펌프(540), 수가열히터(560), 실내공조장치의 히터코어(500), 멀티웨이밸브(520)를 연결하도록 함으로써 기본적으로 실내를 난방하거나 또는 배터리를 가열한다.
특히 난방펌프(540)와 멀티웨이밸브(520)는 실내히팅라인 상에서 연속하도록 일체화되어 배치되며, 난방펌프(540)에 의해 펌핑된 냉각수가 수가열히터(560), 히터코어(500)를 순차적으로 통과할 수 있다. 멀티웨이밸브(520)는 가열된 냉각수가 히터코어(500)만을 흐를지 또는 배터리도 히터코어(500)와 함께 순환하도록 할지를 결정하고 제어하는 것으로서, 이러한 멀티웨이밸브(520)를 난방펌프(540)와 연속하도록 일체화되어 배치할 경우 난방펌프(540)와 멀티웨이밸브(520)의 일체화 및 모듈화가 가능해져 시스템의 구성이 좀 더 컴팩트해진다.
또한 난방펌프(540)에 의해 펌핑된 냉각수는 수가열히터(560)를 통과한 후 히터코어(500)를 통과하도록 함으로써 수가열히터(560)의 작동시 히터코어(500)에 가열된 냉각수를 공급할 수 있게 된다.
특히, 수가열히터(560)의 통과 이전에 멀티웨이밸브(520)와 난방펌프(540)가 배치됨으로써 배터리(100)측으로는 수가열히터(560)에 의해 온도가 상승된 냉각수를 바로 보내지 않고 최종적으로 히터코어(500)를 흐른 후 배터리(100)로 냉각수를 보낼 수 있어 배터리(100)의 급격한 온도 상승과 그에 따른 배터리(100)의 손상 내지 열화 현상을 방지할 수 있도록 한다.
또한, 배터리(100)는 평상시 배터리라인에 의해 냉각수로 냉각이 이루어지는데 배터리(100)의 승온이 필요한 경우에는 실내히팅라인의 가열된 냉각수를 이용하여 배터리를 가열하게 된다. 이 경우 실내난방부하가 상대적으로 배터리에 비해 과도할 경우에는 실내의 충분한 난방을 수행하면서도 배터리(100)의 열화를 방지하기 위해 배터리에는 가열된 냉각수와 배터리라인의 냉각수가 혼합된 상태로 유입될 필요가 있다.
이 경우 두 가지 냉각수의 흐름 방향이 일치되어야 전체적인 회로의 냉각수 흐름이 자연스러워지고 각종 펌프의 부하가 줄어들 것이다. 따라서, 본 발명과 같이 난방펌프(540)에 의해 펌핑된 냉각수는 수가열히터(560)를 통과한 후 히터코어(500)를 통과하도록 함으로써 배터리(100)측으로 유입되는 냉각수의 흐름이 배터리라인의 냉각수 흐름과 일치되도록 하여 냉각수의 흐름성을 개선하고 부하를 저감시킨다.
구체적으로, 배터리라인은 배터리(100) 상류지점과 하류지점 중 어느 하나는 실내히팅라인의 멀티웨이밸브(520)와 연결되고 나머지 하나는 실내히팅라인의 연결구(T3)와 연결될 수 있다. 실시예로서의 멀티웨이밸브(520)는 3웨이 밸브로서, 해당 밸브의 조절을 통해 실내히팅라인의 냉각수가 히터코어(500)만을 순환하는 것도 가능하고 히터코어(500)와 배터리(100)를 함께 순환하는 것이 가능하다. 배터리(100)를 순환할 경우에는 냉각수는 연결구(T3)에서 분기된 후 배터리(100)를 순환하고 멀티웨이밸브(520)로 유입된 후 난방펌프(540)를 통해 히터코어로 공급되도록 한다.
또한, 실내히팅라인의 연결구(T3)는 멀티웨이밸브(520)를 기준으로 난방펌프(540) 반대측에 마련될 수 있다. 이를 통해 멀티웨이밸브(520)와 난방펌프(540)의 모듈화가 가능해지고, 멀티웨이밸브(520)의 제어를 통해 연결구에서 냉각수가 배터리(100)측으로 흐르거나 또는 히터코어(500)로 바로 흐를 수 있도록 제어가 가능하며, 배터리라인의 냉각수와 실내히팅라인의 냉각수의 흐름이 동일한 방향을 향하도록 구성할 수 있게 된다.
이를 통해, 멀티웨이밸브(520)는 실내난방모드시에는 냉각수가 난방펌프(540), 수가열히터(560), 히터코어(500), 멀티웨이밸브(520)를 순환하도록 제어되어 수가열히터(560)에 의해 가열된 냉각수가 모두 실내난방만을 위해 사용되도록 할 수 있다, 그리고 멀티웨이밸브(520)는 배터리난방모드시에는 냉각수가 난방펌프(540), 수가열히터(560), 히터코어(500), 배터리(100), 멀티웨이밸브(520)를 순환하도록 제어하여 실내난방과 동시에 배터리 승온이 가능하도록 한다. 그리고 이 경우 우선 히터코어(500)에 의해 한번 온도가 저감된 냉각수가 배터리(100)에 유입되도록 함으로써 배터리(100)의 고열에 의한 손상과 열화를 방지하도록 한다.
이에 관한 제어를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 배터리라인에는 배터리펌프(140)가 구비되어 냉각수를 순환시킨다. 그리고 배터리난방모드에서는 배터리(100) 상류지점의 냉각수 온도를 별도의 센서 등을 통해 측정하고, 상류지점의 온도가 배터리 내부 또는 배터리(100) 하류지점의 냉각수 온도(센서를 통해 측정함)보다 일정크기 이상 클 경우 고열에 의한 배터리(100)의 급격한 승온으로 배터리의 손상 내지 열화의 가능성이 있다고 보아 난방펌프(540)와 배터리펌프(140)를 동시에 가동하여 배터리라인의 냉각수와 실내히팅라인의 냉각수가 혼합되어 배터리로 유입되도록 할 수 있다.
즉, 너무 뜨거운 냉각수가 갑자기 배터리(100)로 유입될 경우에는 배터리(100)의 급작스러운 온도변화로 인하여 배터리(100)의 과열이 문제될 수 있는바, 이 경우에는 배터리라인의 차가운 냉각수와 실내히팅라인의 뜨거운 냉각수를 적절히 믹싱하여 배터리로 공급함으로써 배터리(100)의 손상이나 열화를 방지하는 것이다. 이러한 혼합모드의 구현을 위해서는 멀티웨이밸브(520)의 경우 배터리(100)측으로도 냉각수가 흐를 수 있도록 제어하고, 난방펌프(540)와 배터리펌프(140)를 동시에 가동하며, 혼합되는 냉각수의 비율의 경우 멀티웨이밸브(520)의 개도 조절 내지 난방펌프(540)와 배터리펌프(140)의 회전수 또는 출력 제어를 통해 혼합비의 제어가 가능하다. 배터리 상류지점과 하류지점의 온도차가 클 경우에는 좀 더 많은 양의 배터리라인의 냉각수가 혼합되도록 하는 것이 필요하다.
한편, 배터리라인은 분배밸브부(420)를 통해 팽창밸브(372)가 구비된 칠러(370)와 선택적으로 연결되며, 배터리난방모드에서는 배터리(100) 상류지점의 냉각수 온도가 배터리(100) 또는 배터리(100) 하류지점의 냉각수 온도보다 일정크기 이상 크고 배터리라인 냉각수의 추가적인 냉각이 필요할 경우 분배밸브부(420)의 제어를 통해 칠러(370)를 통해 냉각된 냉각수가 실내히팅라인의 냉각수와 혼합되어 배터리(100)로 유입되도록 할 수 있다. 이 경우는 앞서 살핀 혼합모드보다 온도차가 더 큰 경우에 관한 것으로서, 온도차가 매우 클 경우에는 배터리라인의 냉각수만으로는 즉, 배터리라디에이터(120)의 방열만으로는 온도차를 줄이는 것이 어렵기 때문에 냉매를 통해 냉각한 냉각수를 혼합할 필요가 있다. 따라서, 이 경우에는 분배밸브부(420)의 제어를 통해 칠러(370)를 통해 냉각된 냉각수가 실내히팅라인의 냉각수와 혼합되어 배터리(100)로 유입되도록 한다. 참고로, 분배밸브부(420)는 도시된 5웨이밸브 또는 한 쌍의 3웨이밸브의 조합을 통해 구성이 가능할 것이다.
또한, 냉매라인에는 수냉각컨덴서(320)가 구비되고, 실내히팅라인은 난방펌프(540), 수냉각컨덴서(320), 수가열히터(560), 히터코어(500), 멀티웨이밸브(520)를 연결하며, 배터리난방모드는 제1배터리난방모드 및 제2배터리난방모드로 구분되고, 제1배터리난방모드시에는 수가열히터(560)는 작동하지 않고 냉매라인의 압축기(300)를 가동하여 수냉각컨덴서(320)를 통해 배터리의 승온을 수행할 수 있다. 즉, 실내히팅라인에 수냉각컨덴서(320)를 구비할 경우 냉매는 수냉각컨덴서(320)를 통해 한번 냉각되고 다시 실외컨덴서(340)를 통해 냉각되도록 한다.
그리고 이와 같이 회로를 구성할 경우 배터리난방모드는 제1배터리난방모드 및 제2배터리난방모드로 구분한다. 제1배터리난방모드시에는 큰 난방보다는 작은 난방이 배터리에서 필요한 경우로서, 이 경우 수가열히터(560)는 작동하지 않고 냉매라인의 압축기(300)를 가동하여 수냉각컨덴서(320)를 통해 전장부품(200)의 폐열을 회수하고 이를 통해 배터리(100) 내지 실내의 승온을 수행할 수 있다. 그리고 제2배터리난방모드시에는 수가열히터(560)를 작동시킴으로써 필요한 난방을 수행하도록 하는 것이다. 이 경우 수가열히터(560)만 작동하는 것도 가능하고, 수가열히터(560)와 압축기(300)를 가동하여 수냉각컨덴서(320)를 통해 전장부품(200)의 폐열을 회수하는 동작을 동시에 구현하는 것도 가능하다. 즉, 칠러(370)와 수냉각컨덴서(320)를 통하여 히트펌프시스템을 가동하여 전장부품(200) 내지 외기의 폐열을 통해 실내와 배터리(100)를 난방하여 에너지를 세이빙하고 필요시에만 수가열히터(560)를 작동하여 효율을 증대시키는 것이다.
한편, 도 2 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템에 적용될 수 있는 멀티웨이밸브의 제1실시예를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브는, 내부공간(521-1)이 형성되고, 내부공간(521-1)과 연통된 복수의 포트(PB,PH,PW)가 측면부를 따라 이격되어 형성된 밸브하우징(521); 밸브하우징(521)의 내부공간(521-1)에 삽입되어 회전되고, 회전시 밸브하우징(521)의 포트(PB,PH,PW)와 연통되는 복수의 개구부가 측면부를 따라 이격되어 형성되고, 복수의 개구부를 내부에서 상호 연결하는 연결통로(525)가 형성된 밸브바디(524); 밸브하우징(521)의 상면부에 결합되어 밸브바디(524)의 상방에 배치되며 밸브바디(524)에 회전력을 제공하는 구동부; 및 밸브하우징(521)의 일 측면에 결합된 난방펌프(540);를 포함한다.
즉, 본 발명의 경우 멀티웨이밸브(520)와 난방펌프(540)가 일체로 결합되어 모듈화가 구현됨으로써 시스템의 크기와 중량 및 복잡성을 축소시킬 수 있다. 또한 난방펌프(540)와 포트(PB,PH,PW)들을 밸브하우징(521)의 측면부를 따라 배치함으로써 내부의 밸브바디(524)의 개구부 역시 측면에만 형성하도록 하여 밸브바디(524)의 강성이 증대되고, 밸브하우징(521)의 성형에 있어 평면상으로만 슬라이드코어를 적용함으로써 금형의 설계에 유리한 장점이 있다. 또한, 포트(PB,PH,PW)들과 분기관(T1,T2,T3)을 일체화함에 있어서도 일체로의 사출이 쉬운 장점이 있다.
구체적으로, 밸브하우징(521)의 상면부에는 밸브바디(524)를 회전시키는 구동부가 설치되는 구동부하우징이 일체로 사출 성형된다. 그리고 구동부하우징은 상면부가 개방된 형상이고, 개방된 구동부하우징의 상면부에 구동부커버(522)가 결합되어 구동부하우징이 밀폐되며 구동부와 밸브하우징(521)이 일체로 모듈화되어 결합될 수 있다.
또한, 밸브하우징(521)의 측면부에는 냉각수 출구(PO)가 성형된 펌프커버(523)가 일체로 사출 성형되고, 난방펌프하우징(540)은 측면부가 개방된 형상이며, 난방펌프하우징(540)의 개방된 측면부가 펌프커버(523)에 결합되어 난방펌프하우징(540)이 폐쇄되면서 난방펌프(540)와 밸브하우징(521)이 일체로 모듈화되어 결합될 수 있다. 이와 같이 밸브하우징(521)을 중심으로 밸브 구동부와 난방펌프가 모두 일체화되어 모듈화되는 것이다. 이를 위해 밸브하우징(521)의 상측에는 구동부하우징이 함께 사출되고 측방에는 펌프커버(523)가 밸브하우징(521)과 함께 사출 성형되는 것이다.
그리고 밸브하우징(521)의 측면부 중 전방과 후방에 각각 제1포트(PH) 및 제2포트(PB)가 형성되고 일측방에 난방펌프(540)와 결합되는 펌프커버(523)가 형성될 수 있다. 이를 통해 3웨이밸브를 쉽게 구성이 가능해지는 것이고 난방펌프(540)의 결합을 위한 별도의 부품이 필요하지 않게 된다.
또한 밸브하우징(521)의 측면부 중 펌프커버(523) 반대측의 타측방에는 벽(W)이 형성되고, 밸브바디(524)의 개구부는 3개로 형성되어 각각 밸브하우징(521)의 제1포트(PH), 제2포트(PB) 및 펌프커버(523)에 대응되는 위치에 형성됨으로써 밸브바디(524)의 회전에 따라 밸브하우징(521)의 벽(W)에 매칭되는 개구부는 벽(W)에 의해 폐쇄될 수 있다. 이를 통해 3웨이밸브로서, 난방펌프(540)와 제1포트(PH)가 연결되도록 하거나 난방펌프(540)와 제2포트(PB)가 연결되도록 하여 냉각수가 히터코어(500)만을 흐르거나 배터리(100)도 함께 흐르도록 하는 것이다.
또한, 밸브하우징(521)의 측면부 중 일측방에는 제3포트(PW)가 형성되고 펌프커버(523)는 제3포트(PW)의 단부에 일체로 성형될 수 있다. 이를 통해 밸브바디(524)와 난방펌프(540) 사이에 일정 길이의 유로를 형성할 수 있고 난방펌프(540)의 펌핑작동이 원활해지도록 할 수 있다.
구체적으로, 밸브하우징(521)의 제1포트(PH)는 히터코어(500)와 연결되고 제2포트(PB)는 배터리(100)의 하류지점과 연결되며 제3포트(PW)는 난방펌프(540)와 연결될 수 있다. 도 4 내지 6의 경우에는 밸브바디(524)의 내부에 성형된 T 형상의 연결통로(525)의 방향에 따른 흐름의 전환을 나타낸다. 도 4의 경우에는 배터리측의 포트입구(521-B)와 난방펌프측의 포트입구(521-W)가 서로 연결된 경우를 나타낸 것으로서 배터리(100)측으로 실내히팅라인이 연결된 경우를 나타낸다.
도 5의 경우에는 밸브바디(524)가 시계방향으로 180도 회전된 경우로서 히터코어측의 포트입구(521-H)와 난방펌프측의 포트입구(521-W)가 서로 연결된 경우를 나타낸다. 그리고 도 6의 경우에는 시계방향으로 90도 더 회전된 경우를 나타낸 것으로서 배터리측의 포트입구(521-B)와 난방펌프측의 포트입구(521-W) 및 히터코어측의 포트입구(521-H)가 모두 연결되어 배터리라인의 냉각수와 실내히팅라인의 냉각수가 혼합되어 배터리에 유입되도록 하는 혼합모드의 구현을 나타낸다.
한편, 밸브하우징(521)의 적어도 하나 이상의 포트에는 분기관(T1,T2,T3)이 일체로 성형되어 형성됨으로써 포트에서 냉각수의 분기가 가능할 수 있다. 그리고 분기관(T1,T2,T3)이 성형된 방향은 난방펌프(540) 또는 구동부를 향하는 방향 또는 포트가 성형된 방향과 평행한 방향으로 성형함으로써 사출성형시 슬라이드 코어의 슬라이딩방향을 일체시킴으로써 사출이 용이하고 금형의 사이즈를 컴팩트하게 하며 복잡성을 감소시킬 수 있게 된다.
그리고, 도 7 내지 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템에 적용될 수 있는 멀티웨이밸브의 제2실시예를 나타낸 도면이고, 도 9 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템에 적용될 수 있는 멀티웨이밸브의 제3실시예를 나타낸 도면으로서, 배터리와 멀티웨이밸브 사이에 배치되는 각각의 분기관(T1,T2,T3)들이 이와 같이 다양하게 밸브하우징에 일체화되어 함께 성형될 수 있음을 나타낸다.
도 11 내지 22는 도 1에 도시된 차량의 통합열관리 시스템의 모드별 동작을 나타낸 냉각회로도이다.
도 11의 경우에는 실내난방의 경우에 있어 난방요구가 크기 않은 경우이다. 이 경우에는 냉매라인을 히트펌프시스템으로 가동하여 외부공기의 폐열을 회수하고 이를 수냉각컨덴서(320)로 전달하여 실내를 난방하는 경우이다. 도 12는 이 경우에 있어서 배터리(100)도 함께 승온을 하는 경우이다.
도 13의 경우에는 좀 더 높은 난방요구가 있는 경우로서 이 경우에는 냉매라인을 히트펌프시스템으로 가동하며 전장라인의 냉각수를 전장펌프(240)로 순환하여 전장부품(200)의 폐열을 회수하며 동시에 전장부품(200)의 냉각도 수행하는 경우이다. 이 경우도 마찬가지로 도 13과 같이 실내난방만을 수행하거나 도 14와 같이 배터리 승온도 함께 수행하는 것이 가능하다.
도 15의 경우에는 더 높은 난방 요구가 있는 경우로서 이 경우 히트펌프시스템은 중지하고 수가열히터(560)를 작동시켜 난방을 수행하고, 도 16의 경우에는 배터리(100)로 같은 방식으로 함께 승온하는 경우이다. 또한, 이보다 더 높은 난방이나 승온요구가 있는 경우이거나 좀 더 효율적으로 에너지를 사용하기 위하여 히트펌프시스템과 수가열히터(560) 모두 동작시키는 것도 가능하다.
도 17은 실내의 난방요구와 배터리의 승온요구가 상이하거나 또는 배터리로 갑자기 고온의 냉각수가 유입되는 경우에 있어서의 혼합모드를 나타낸 것으로서, 이 경우 배터리라인을 함께 가동하여 믹싱된 냉각수가 배터리(100)로 유입되도록 한다. 도 18의 경우에는 멀티웨이밸브(520)를 모두 오픈함으로써 히터코어(500)를 흐른 냉각수가 대부분 난방펌프(540)로 유입되도록 하고 일부 냉각수만이 배터리라인의 냉각수와 혼합되어 배터리(100)로 유입되도록 함으로써 좀 더 적극적으로 혼합모드를 구현하는 경우를 나타낸다.
도 19의 경우는 좀 더 적극적인 혼합모드의 경우로서 이 경우 칠러(370)를 통해 냉각된 냉각수가 혼합되도록 함으로써 높은 실내난방요구를 충족하면서도 배터리(100)는 마일드하게 난방할 수 있는 경우이다. 이 경우도 마찬가지로 도 20과 같이 실내히팅라인 중 일부의 냉각수만이 배터리(100)로 유입되도록 함으로써 배터리(100)를 적극적으로 보호하고 난방에너지를 절약할 수 있다.
도 21의 경우에는 전장라인을 가동하여 전장부품(200)은 냉방을 수행하면서 냉매라인을 가동하고 냉매를 칠러가 아닌 팽창밸브(352)가 구비된 에바코어(350)로 공급하여 실내냉방을 수행하는 경우를 나타낸다. 그리고 도 22의 경우에는 냉각수가 칠러도 함께 통과함으로써 배터리(100)의 냉각도 함께 수행하는 경우를 나타낸다.
한편, 도 23 내지 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 통합열관리 시스템의 모드별 동작을 나타낸 냉각회로도이다. 이 경우는 위의 시스템과는 달리 수냉각컨덴서를 통한 히트펌프시스템을 구현하지 않는 경우이다.
도 23은 이에 관한 기본 회로도를 나타내며, 도 24는 수가열히터(560)를 통한 실내난방을 나타내고, 도 25는 배터리(100)도 함께 승온하는 경우를 나타낸다. 도 26의 경우는 배터리라인을 통한 혼합모드를 나타내며, 도 27은 냉매라인을 가동하고 칠러(370)를 통해 좀 더 적극적으로 혼합을 하는 경우를 나타낸다.
본 발명의 차량의 통합열관리 시스템 및 멀티웨이밸브에 따르면, 밸브와 펌프의 모듈화가 가능하여 컴팩트하며, 제조적인 측면에서도 유리하고, 전기차 등의 통합열관리에 활용될 수 있어 친환경적이며, 특히 배터리의 열 손상을 방지할 수 있게 된다.
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 : 배터리 200 : 전장부품
300 : 압축기 400 : 리저버
500 : 히터코어

Claims (18)

  1. 냉각수가 순환되며 전장부품을 냉각하는 전장라인;
    냉각수가 순환되며 배터리를 냉각하는 배터리라인;
    냉매가 순환되며 압축기, 실외컨덴서를 연결하는 냉매라인; 및
    냉각수가 순환되며 난방펌프, 수가열히터, 실내공조장치의 히터코어, 멀티웨이밸브를 연결하는 실내히팅라인;을 포함하고,
    난방펌프와 멀티웨이밸브는 실내히팅라인 상에서 연속하도록 일체화되어 배치되며, 난방펌프에 의해 펌핑된 냉각수가 수가열히터, 히터코어를 순차적으로 통과하며,
    배터리라인은 배터리 상류지점과 하류지점 중 어느 하나는 실내히팅라인의 멀티웨이밸브와 연결되고 나머지 하나는 실내히팅라인의 연결구와 연결되며,
    멀티웨이밸브는 실내난방모드시 냉각수가 난방펌프, 수가열히터, 히터코어, 멀티웨이밸브를 순환하도록 제어되고, 배터리난방모드시 냉각수가 난방펌프, 수가열히터, 히터코어, 배터리, 멀티웨이밸브를 순환하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    실내히팅라인의 연결구는 멀티웨이밸브를 기준으로 난방펌프 반대측에 마련된 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    배터리라인에는 배터리펌프가 구비되어 냉각수를 순환시키며, 배터리난방모드에서는 배터리 상류지점의 냉각수 온도가 배터리 또는 배터리 하류지점의 냉각수 온도보다 일정크기 이상 클 경우 난방펌프와 배터리펌프를 동시에 가동하여 배터리라인의 냉각수와 실내히팅라인의 냉각수가 혼합되어 배터리로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템
  7. 청구항 6에 있어서,
    배터리라인은 분배밸브부를 통해 칠러와 선택적으로 연결되며, 배터리난방모드에서는 배터리 상류지점의 냉각수 온도가 배터리 또는 배터리 하류지점의 냉각수 온도보다 일정크기 이상 크고 배터리라인 냉각수의 추가적인 냉각이 필요할 경우 분배밸브부의 제어를 통해 칠러를 통해 냉각된 냉각수가 실내히팅라인의 냉각수와 혼합되어 배터리로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    냉매라인에는 수냉각컨덴서가 구비되고, 실내히팅라인은 난방펌프, 수냉각컨덴서, 수가열히터, 히터코어, 멀티웨이밸브를 연결하며, 배터리난방모드는 제1배터리난방모드 및 제2배터리난방모드로 구분되고, 제1배터리난방모드시에는 수가열히터는 작동하지 않고 냉매라인의 압축기를 가동하여 수냉각컨덴서를 통해 배터리의 승온을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    제2배터리난방모드시에는 수가열히터를 작동하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템.
  10. 청구항 1의 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브로서,
    내부공간이 형성되고, 내부공간과 연통된 복수의 포트가 측면부를 따라 이격되어 형성된 밸브하우징;
    밸브하우징의 내부공간에 삽입되어 회전되고, 회전시 밸브하우징의 포트와 연통되는 복수의 개구부가 측면부를 따라 이격되어 형성되고, 복수의 개구부를 내부에서 상호 연결하는 연결통로가 형성된 밸브바디;
    밸브하우징의 상면부에 결합되어 밸브바디의 상방에 배치되며 밸브바디에 회전력을 제공하는 구동부; 및
    밸브하우징의 일 측면에 결합된 난방펌프;를 포함하는 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브.
  11. 청구항 10에 있어서,
    밸브하우징의 상면부에는 구동부하우징이 일체로 사출 성형되고, 구동부하우징은 상면부가 개방된 형상이고, 개방된 구동부하우징의 상면부에 구동부커버가 결합되어 구동부하우징이 밀폐되며 구동부와 밸브하우징이 결합된 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브.
  12. 청구항 10에 있어서,
    밸브하우징의 측면부에는 펌프커버가 일체로 사출 성형되고, 난방펌프하우징은 측면부가 개방된 형상이며, 난방펌프하우징의 개방된 측면부가 펌프커버에 결합되어 난방펌프하우징이 폐쇄되면서 난방펌프와 밸브하우징이 결합된 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브.
  13. 청구항 10에 있어서,
    밸브하우징의 측면부 중 전방과 후방에 각각 제1포트 및 제2포트가 형성되고 일측방에 난방펌프와 결합되는 펌프커버가 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브.
  14. 청구항 13에 있어서,
    밸브하우징의 측면부 중 펌프커버 반대측의 타측방에는 벽이 형성되고, 밸브바디의 개구부는 3개로 형성되어 각각 밸브하우징의 제1포트, 제2포트 및 펌프커버에 대응되는 위치에 형성됨으로써 밸브바디의 회전에 따라 밸브하우징의 벽에 매칭되는 개구부는 벽에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브.
  15. 청구항 13에 있어서,
    밸브하우징의 측면부 중 일측방에는 제3포트가 형성되고 펌프커버는 제3포트의 단부에 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브.
  16. 청구항 15에 있어서,
    밸브하우징의 제1포트는 히터코어와 연결되고 제2포트는 배터리의 하류지점과 연결되며 제3포트는 난방펌프와 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브.
  17. 청구항 10에 있어서,
    밸브하우징의 포트에는 분기관이 일체로 성형되어 형성됨으로써 포트에서 냉각수의 분기가 가능한 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브.
  18. 청구항 17에 있어서,
    분기관이 성형된 방향은 난방펌프 또는 구동부를 향하는 방향 또는 포트가 형성된 방향과 평행한 방향인 것을 특징으로 하는 차량의 통합열관리 시스템의 멀티웨이밸브.
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