KR102378618B1 - 차량의 통합 열관리 회로 - Google Patents

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Abstract

내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터가 구비된 전장부품라인; 내부에서 유동되는 냉각수가 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터가 구비된 배터리라인; 전장부품라인 및 배터리라인에서 각각 분기되어 각각의 냉각수가 합류되고, 유동방향을 따라 유동되면서 분기점에서 전장부품라인 및 배터리라인으로 각각 연결되도록 분기되는 통합라인; 냉매가 내부에서 유동되고, 실내공조용 냉각코어가 구비된 냉매라인; 통합라인 및 냉매라인과 연결되고, 전장부품라인 또는 배터리라인의 냉각수와 냉매라인의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러; 및 통합라인의 분기점에 위치되고, 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 하나의 컨트롤밸브를 이용하여 동시에 제어하는 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.
다만, 종래 기술에 따르면, 배터리를 냉각하는 배터리회로와 전장부품을 냉각하는 전장부품회로의 냉각수 유동을 각각에 포함된 밸브로 제어함에 따라 부품 수가 증가되고, 이에 따른 제어가 복잡해지는 문제가 있었다.
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 배터리회로와 전장부품을 냉각하는 전장부품회로의 냉각수 유동을 하나의 컨트롤 밸브로 제어하는 통합 열관리 회로를 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 통합 열관리 회로는 내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터가 구비된 전장부품라인; 내부에서 유동되는 냉각수가 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터가 구비된 배터리라인; 전장부품라인 및 배터리라인에서 각각 분기되어 각각의 냉각수가 합류되고, 유동방향을 따라 유동되면서 분기점에서 전장부품라인 및 배터리라인으로 각각 연결되도록 분기되는 통합라인; 냉매가 내부에서 유동되고, 실내공조용 냉각코어가 구비된 냉매라인; 통합라인 및 냉매라인과 연결되고, 전장부품라인 또는 배터리라인의 냉각수와 냉매라인의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러; 및 통합라인의 분기점에 위치되고, 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수 유동을 조절하는 컨트롤밸브;를 포함한다.
통합라인은 전장부품라인에서 전장부품을 통과한 냉각수가 제1라디에이터로 유동되기 이전 지점에서 분기될 수 있다.
통합라인은 배터리라인에서 고전압배터리를 통과한 냉각수가 제2라디에이터로 유동되기 이전 지점에서 분기될 수 있다.
전장부품라인에서 제1라디에이터를 통과한 냉각수 및 배터리라인에서 제2라디에이터를 통과한 냉각수는 서로 분리된 상태로 리저버탱크로 유동될 수 있다.
컨트롤밸브는 제1라디에이터를 통과한 전장부품라인의 냉각수와 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수 사이의 유량 비율을 조절할 수 있다.
컨트롤밸브는 제2라디에이터를 통과한 배터리라인의 냉각수와 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수 사이의 유량 비율을 조절할 수 있다.
컨트롤밸브에는 복수의 유입구 및 배출구가 형성되고, 유입구는 전장부품라인의 제1라디에이터, 배터리라인의 제2라디에이터 및 통합라인의 칠러에 각각 연결되며, 배출구는 전장부품라인의 전장부품 및 배터리라인의 고전압배터리에 각각 연결될 수 있다.
내부에 냉각수가 유동되고, 실내공조용 가열코어, 수가열히터 및 냉매라인의 냉매와 열교환 가능하게 연결된 수냉컨덴서가 구비된 실내가열라인; 및 각각이 실내가열라인에서 분기되거나 실내가열라인으로 합류되고, 고전압배터리를 기준으로 배터리라인에서 고전압배터리의 상류 지점 및 하류 지점에 각각 연결된 제1배터리가열라인 및 제2배터리가열라인;을 더 포함하고, 실내가열라인에서 제1배터리가열라인으로 분기되거나, 제2배터리가열라인에서 실내가열라인으로 합류되는 지점에 가열제어밸브가 구비될 수 있다.
칠러를 통과한 통합라인의 냉각수가 전장부품라인 또는 배터리라인으로 유동되도록 조절하는 컨트롤밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하고, 제어기는, 전장부품의 폐열을 냉매로 회수하는 제1모드에서 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수가 전장부품라인으로 유동되도록 컨트롤밸브를 제어할 수 있다.
칠러를 통과한 통합라인의 냉각수가 전장부품라인 또는 배터리라인으로 유동되도록 조절하는 컨트롤밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하고, 제어기는, 고전압배터리의 폐열을 냉매로 회수하는 제2모드에서 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수가 배터리라인으로 유동되도록 컨트롤밸브를 제어할 수 있다.
칠러를 통과한 통합라인의 냉각수가 전장부품라인 또는 배터리라인으로 유동되도록 조절하는 컨트롤밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하고, 제어기는, 전장부품 또는 고전압배터리의 폐열을 회수하지 않는 제3모드에서 통합라인의 냉각수 유동을 차단하도록 컨트롤밸브를 제어할 수 있다.
전장부품라인 또는 배터리라인에서 분기되어 통합라인으로 합류되는 지점에 위치되어 냉각수의 유동을 차단하거나 허용하는 차단밸브;가 더 포함될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 통합 열관리 회로는 내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터가 구비된 전장부품라인; 내부에서 유동되는 냉각수가 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터가 구비된 배터리라인; 배터리라인에서 분기되고, 제1라디에이터를 바이패스하여 배터리라인으로 합류되는 통합라인; 냉매가 내부에서 유동되고, 실내공조용 냉각코어가 구비된 냉매라인; 통합라인 및 냉매라인과 연결되고, 전장부품라인 또는 배터리라인의 냉각수와 냉매라인의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러; 및 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수와 제2라디에이터를 통과한 배터리라인의 냉각수 사이의 유량 비율을 조절하는 컨트롤밸브;를 포함한다.
본 발명의 차량의 통합 열관리 회로에 따르면, 단일의 칠러만으로 전장부품 및 고전압배터리의 폐열을 선택적으로 회수할 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 회로를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로에 포함된 열관리 모듈을 도시한 것이다.
도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 제1모드에 포함된 제어모드를 도시한 것이다.
도 5 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 제2모드에 포함된 제어모드를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 제3모드에 포함된 제어모드를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로를 도시한 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로를 도시한 회로도이다.
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 회로를 도시한 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로에 포함된 열관리 모듈을 도시한 것이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로는 내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터(120)가 구비된 전장부품라인(100); 내부에서 유동되는 냉각수가 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터(220)가 구비된 배터리라인(200); 전장부품라인(100) 및 배터리라인(200)에서 각각 분기되어 각각의 냉각수가 합류되고, 유동방향을 따라 유동되면서 분기점에서 전장부품라인(100) 및 배터리라인(200)으로 각각 연결되도록 분기되는 통합라인(300); 냉매가 내부에서 유동되고, 실내공조용 냉각코어(440)가 구비된 냉매라인(400); 통합라인(300) 및 냉매라인(400)과 연결되고, 전장부품라인(100) 또는 배터리라인(200)의 냉각수와 냉매라인(400)의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러(500); 및 통합라인(300)의 분기점에 위치되고, 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수 유동을 조절하는 컨트롤밸브(600);를 포함한다.
차량에는 각종 발열기구가 장착되는데, 모터와 인버터를 포함하는 전장부품, 고전압배터리, 차량의 실내공조장치 등이 이에 해당한다. 이들은 각각 서로 다른 온도구간으로 관리가 필요하며, 가동 시점도 달라 이를 독립적으로 구현하기 위해서는 도 1과 같이 복잡한 회로가 필요하다.
전장부품라인(100)은 전장부품코어(110)와 연결되며, 제1라디에이터(120)가 구비되고, 제1펌프(130)에 의해 냉각수가 유동될 수 있다.
전장부품코어(110)는 전장부품 등과 직접적으로 연결된 방열부일 수도 있고, 별도의 냉각수라인을 통해 전장부품 등과 간접적으로 연결된 방열부를 모두 포함하는 개념이다.
전장부품라인(100)에 구비된 제1라디에이터(120)는 차량의 외기와 열교환됨으로써 냉각될 수 있고, 제1라디에이터(120)를 통과하여 냉각된 냉각수가 전장부품코어(110)로 순환됨으로써 전장부품코어(110)가 냉각될 수 있다.
배터리라인(200)은 고전압배터리코어(210)와 연결된다. 배터리라인(200) 상에는 제2라디에이터(220)가 구비되고, 제2펌프(230)에 의해 냉각수가 순환될 수 있다. 제2라디에이터(220)는 외기에 의해 냉각될 수 있다.
배터리라인(200)에는 후술하는 제어기(900)에 의해 구동 및 정지가 제어되는 제2펌프(230)가 구비되고, 제2펌프(230)는 구동시 배터리라인(200)의 냉각수를 순환시킨다.
고전압배터리코어(210)는 고전압배터리와 직접 또는 간접적으로 연결된 방열부일 수 있다. 제2라디에이터(220)에서 외기에 의해 냉각된 냉각수가 고전압배터리코어(210)로 도입됨에 따라 고전압배터리를 냉각시킬 수 있다.
통합라인(300)은 전장부품라인(100) 및 배터리라인(200)에서 각각 분기되어 합류됨으로써 전장부품라인(100)의 냉각수와 배터리라인(200)의 냉각수가 선택적으로 유입될 수 있다. 또한, 통합라인(300)은 유동방향을 따라 유동되면서 분기되어 전장부품라인(100) 및 배터리라인(200)에 다시 유입될 수 있다.
특히, 통합라인(300)은 제1라디에이터(120) 또는 제2라디에이터(220)를 바이패스하여 전장부품라인(100) 및 배터리라인(200)에 유입될 수 있다.
냉매라인(400)에는 팽창밸브, 실내공조용 냉각코어(440), 압축기(420) 및 공냉식컨덴서(410)가 구비될 수 있다. 공냉식컨덴서(410)는 차량의 외기를 이용하여 내부에 포함된 냉매를 방열시킬 수 있다. 압축기(420)는 제어기(900)에 의해 구동되거나 정지되어 냉매를 고온 고압으로 압축할 수 있다. 냉매는 팽창밸브에 의해 팽창되어 실내공조용 냉각코어(440)를 통과하는 차량의 실내로 유입되는 공기와 열교환함으로써 실내로 유입되는 공기를 냉각할 수 있다.
냉매라인(400)은 공냉식컨덴서(410)를 통과한 지점에서 실내공조용 냉각코어(440) 및 칠러(500)로 분기될 수 있다. 즉, 공냉식컨덴서(410)에 의해 액화된 냉매가 실내공조용 냉각코어(440) 및 칠러(500)에서 열을 흡수하여 기화될 수 있다. 실내공조용 냉각코어(440) 및 칠러(500)에는 각각 팽창밸브가 구비될 수 있다.
칠러(500)는 냉매라인(400)의 냉매와 통합라인(300)의 냉각수가 서로 열교환 가능하도록 연결될 수 있다. 냉매와 냉각수는 서로 혼합되지 않도록 분리된 상태로 서로 열교환될 수 있다. 특히, 냉매는 냉각수의 폐열을 회수하여 가열되고, 냉각수는 냉매에 의해 냉각될 수 있다.
컨트롤밸브(600)는 복수의 유입구 또는 배출구가 형성된 멀티 밸브일 수 있고, 통합라인(300)에서 전장부품라인(100) 및 배터리라인(200)으로 분기되는 분기점에 위치될 수 있다. 컨트롤밸브(600)는 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수를 전장부품라인(100) 또는 배터리라인(200)으로 유동되도록 조절할 수 있다.
종래에는 전장부품라인(100) 및 배터리라인(200)과 각각 열교환되도록 칠러(500)를 구성하거나, 단일의 칠러(500)에 서로 분리된 상태로 냉각수가 유입되도록 형성하였으나, 본 발명은 통합된 칠러(500)에 유입되는 냉매를 이용하여 전장부품라인(100)과 배터리라인(200)이 통합된 통합라인(300)에 선택적으로 유입된 냉각수의 폐열을 회수할 수 있다.
이에 따라, 요구되는 부품이 감소되고, 공간 활용 및 패키지 측면의 효과를 가지며, 제조 원가가 절감되는 효과를 갖는다.
구체적으로, 통합라인(300)은 전장부품라인(100)에서 전장부품을 통과한 냉각수가 제1라디에이터(120)로 유동되기 이전 지점에서 분기될 수 있다.
또한, 통합라인(300)은 배터리라인(200)에서 고전압배터리를 통과한 냉각수가 제2라디에이터(220)로 유동되기 이전 지점에서 분기될 수 있다.
즉, 전장부품라인(100)의 냉각수 또는 고전압배터리라인(200)의 냉각수는 제1라디에이터(120) 또는 제2라디에이터(220)를 바이패스하여 통합라인(300)의 칠러(500)로 유입될 수 있다.
이에 따라, 냉각수는 전장부품 또는 고전압배터리에 의해 가열된 상태로 통합라인(300)으로 유입되어 폐열이 회수될 수 있다.
전장부품라인(100)에서 제1라디에이터(120)를 통과한 냉각수 및 배터리라인(200)에서 제2라디에이터(220)를 통과한 냉각수는 서로 분리된 상태로 리저버탱크(700)로 유동될 수 있다.
리저버탱크(700)는 전장부품라인(100) 및 배터리라인(200)과 연결될 수 있다. 특히, 리저버탱크(700)는 제1리저버파트 및 제2리저버파트로 서로 분리된 상태로 냉각수를 저장할 수 있다.
제1라디에이터(120) 및 제2라디에이터(220)를 통과한 냉각수가 각각 제1리저버파트 및 제2리저버파트로 유입되고, 제1리저버파트 및 제2리저버파트에 저장된 냉각수는 컨트롤밸브(600)로 유입되어, 다시 전장부품라인(100)의 전장부품 또는 배터리라인(200)의 고전압배터리로 유동될 수 있다.
컨트롤밸브(600)는 제1라디에이터(120)를 통과한 전장부품라인(100)의 냉각수와 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수 사이의 유량 비율을 조절할 수 있다.
컨트롤밸브(600)에는 제1라디에이터(120) 및 리저버탱크(700)를 순서대로 통과한 전장부품라인(100)의 냉각수와 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수가 선택적으로 유입되고, 전장부품라인(100)의 전장부품 측으로 배출될 수 있다. 제1펌프(130)는 컨트롤밸브(600)와 전장부품 사이의 전장부품라인(100)에 위치될 수 있다.
컨트롤밸브(600)는 제2라디에이터(220)를 통과한 배터리라인(200)의 냉각수와 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수 사이의 유량 비율을 조절할 수 있다.
컨트롤밸브(600)에는 제2라디에이터(220) 및 리저버탱크(700)를 순서대로 통과한 배터리라인(200)의 냉각수와 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수가 선택적으로 유입되고, 배터리라인(200)의 고전압배터리 측으로 배출될 수 있다. 제2펌프(230)는 컨트롤밸브(600)와 고전압배터리 사이의 배터리라인(200)에 위치될 수 있다.
더 구체적으로, 컨트롤밸브(600)에는 복수의 유입구 및 배출구가 형성되고, 유입구는 전장부품라인(100)의 제1라디에이터(120), 배터리라인(200)의 제2라디에이터(220) 및 통합라인(300)의 칠러(500)에 각각 연결되며, 배출구는 전장부품라인(100)의 전장부품 및 배터리라인(200)의 고전압배터리에 각각 연결될 수 있다.
일 실시예에 따른 컨트롤밸브(600)는 5-Way 밸브로, 유입구가 3개이고 배출구가 2개 형성될 수 있다.
구체적으로, 전장부품라인(100)의 제1라디에이터(120)에서 컨트롤밸브(600)로 유입된 냉각수는 전장부품라인(100)의 전장부품 측으로 유동되고, 배터리라인(200)의 제2라디에이터(220)에서 컨트롤밸브(600)로 유입된 냉각수는 배터리라인(200)의 고전압배터리 측으로 유동될 수 있다. 통합라인(300)의 칠러(500)에서 컨트롤밸브(600)로 유입된 냉각수는 전장부품라인(100)의 전장부품 측 또는 배터리라인(200)의 고전압배터리 측으로 선택적으로 유입되도록 조절될 수 있다.
특히, 컨트롤밸브(600)는 통합라인(300)의 칠러(500)에서 유입되는 냉각수의 비율이 증대될수록 전장부품라인(100)의 제1라디에이터(120) 또는 배터리라인(200)의 제2라디에이터(220)에서 유입되는 냉각수의 비율이 감소되도록 제어될 수 있다.
내부에 냉각수가 유동되고, 실내공조용 가열코어(820), 수가열히터(840) 및 냉매라인(400)의 냉매와 열교환 가능하게 연결된 수냉식컨덴서(430)가 구비된 실내가열라인(800); 및 각각이 실내가열라인(800)에서 분기되거나 실내가열라인(800)으로 합류되고, 고전압배터리를 기준으로 배터리라인(200)에서 고전압배터리의 상류 지점 및 하류 지점에 각각 연결된 제1배터리가열라인 및 제2배터리가열라인;을 더 포함하고, 실내가열라인(800)에서 제1배터리가열라인으로 분기되거나, 제2배터리가열라인에서 실내가열라인(800)으로 합류되는 지점에 가열제어밸브(810)가 구비될 수 있다.
실내가열라인(800)은 제1배터리가열라인 및 제2배터리가열라인을 통하여 배터리라인(200)에 연결될 수 있고, 분기되는 지점 또는 합류되는 지점에 구비된 가열제어밸브(810)에 의해 실내가열라인(800)과 배터리라인(200) 사이의 냉각수 유동이 허용되거나 차단될 수 있다.
실내가열라인(800)에는 제3펌프(830)가 구비되고, 제3펌프(830)의 구동에 의해 실내가열라인(800)의 냉각수가 순환될 수 있다.
도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 제1모드에 포함된 제어모드를 도시한 것이다.
도 3 내지 4를 더 참조하면, 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수가 전장부품라인(100) 또는 배터리라인(200)으로 유동되도록 조절하는 컨트롤밸브(600)를 제어하는 제어기(900);를 더 포함하고, 제어기(900)는, 전장부품의 폐열을 냉매로 회수하는 제1모드에서 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수가 전장부품라인(100)으로 유동되도록 컨트롤밸브(600)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 제1모드는 전장부품의 폐열을 칠러(500)에서 냉매로 회수하는 모드로, 칠러(500)를 통하여 전장부품라인(100)의 냉각수를 냉각하는 모드이다.
특히 도 3에 도시한 것과 같이, 제1모드에서는 실내가열라인(800)에 구비된 수냉식컨덴서(430)를 통하여 냉매에서 회수한 전장부품의 폐열을 이용하여 고전압배터리를 승온시키는 배터리 승온 모드로 제어할 수 있다.
배터리 승온 모드에서는 실내가열라인(800)의 냉각수가 제1배터리가열라인 및 제2배터리가열라인을 통하여 고전압배터리로 유동되도록 가열제어밸브(810)를 제어할 수 있고, 제2펌프(230)는 배터리라인(200)의 냉각수가 유동되지 않도록 구동되지 않을 수 있다.
배터리 승온 모드에서 추가적인 가열이 필요한 경우에는 실내가열라인(800)에 구비된 수가열히터(840)를 더 작동시킬 수 있다.
특히 도 4에 도시한 것과 같이, 제1모드에서는 실내가열라인(800)에 구비된 수냉식컨덴서(430)를 통하여 냉매에서 회수한 전장부품의 폐열을 이용하여 실내공조용 공기를 가열하는 실내 난방 모드로 제어할 수 있다.
실내가열라인(800)에서 수냉식컨덴서(430)에 의해 가열된 냉각수는 실내공조용 히터코어로 유동되어 차량의 실내로 유입되는 실내공조용 공기를 가열할 수 있다. 즉, 전장부품의 폐열을 회수하여 실내 공기를 가열할 수 있다.
실내 난방 모드에서 추가적인 가열이 필요한 경우에는 실내가열라인(800)에 구비된 수가열히터(840)를 더 작동시킬 수 있다.
실내 난방 모드에서는 실내가열라인(800)의 냉각수가 제1배터리가열라인 및 제2배터리가열라인으로 유동되지 않도록 가열제어밸브(810)를 제어할 수 있다. 또한, 제2펌프(230)는 배터리라인(200)의 냉각수가 유동되지 않도록 구동되지 않을 수 있다.
도 5 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 제2모드에 포함된 제어모드를 도시한 것이다.
도 5 내지 6을 더 참조하면, 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수가 전장부품라인(100) 또는 배터리라인(200)으로 유동되도록 조절하는 컨트롤밸브(600)를 제어하는 제어기(900);를 더 포함하고, 제어기(900)는, 고전압배터리의 폐열을 냉매로 회수하는 제2모드에서 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수가 배터리라인(200)으로 유동되도록 컨트롤밸브(600)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 제2모드는 고전압배터리의 폐열을 칠러(500)에서 냉매로 회수하는 모드로, 칠러(500)를 통하여 배터리라인(200)의 냉각수를 냉각하는 모드이다.
특히 도 5에 도시한 것과 같이, 제2모드에서는 배터리라인(200)의 냉각수를 칠러(500)에서 냉각시키고, 냉매라인(400)의 냉매가 칠러(500)로 유동시킴으로써 고전압배터리의 폐열을 회수하는 배터리 냉각 모드로 제어할 수 있다.
전장부품라인(100)은 배터리 냉각 모드에서 제1라디에이터(120)에 의해 냉각될 수 있다.
특히 도 6에 도시한 것과 같이, 제2모드에서는 실내공조용 냉각코어(440)로 냉매를 유동시켜 실내 공기를 냉각시키는 실내 냉각 모드로 제어할 수 있다.
실내 냉각 모드에서는 컨덴서를 통과하여 응축된 냉매가 칠러(500)와 실내공조용 냉각코어(440)로 분기되어 유동될 수 있다. 응축된 냉매는 칠러(500)와 실내공조용 냉각코어(440)에서 각각 증발하면서 열을 흡수할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로의 제3모드에 포함된 제어모드를 도시한 것이다.
도 7을 더 참조하면, 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수가 전장부품라인(100) 또는 배터리라인(200)으로 유동되도록 조절하는 컨트롤밸브(600)를 제어하는 제어기(900);를 더 포함하고, 제어기(900)는, 전장부품 또는 고전압배터리의 폐열을 회수하지 않는 제3모드에서 통합라인(300)의 냉각수 유동을 차단하도록 컨트롤밸브(600)를 제어할 수 있다.
제3모드에서는 통합라인(300)의 냉각수가 유동되지 않도록 차단될 수 있다. 또한, 컨트롤밸브(600)는 전장부품라인(100) 및 배터리라인(200)의 냉각수는 각각 연통되도록 조절될 수 있다.
제3모드에서는 전장부품라인(100) 및 배터리라인(200)의 냉각수가 각각 제1라디에이터(120) 및 제2라디에이터(220)로 냉각되는 외기 냉각 모드로 제어할 수 있다. 외기 냉각 모드에서는 제1펌프(130) 및 제2펌프(230)의 구동 여부에 따라 전장부품라인(100) 및 배터리라인(200)은 냉각수의 유동이 별도로 제어될 수 있다. 즉, 전장 외기 냉각 모드 및 배터리 외기 냉각 모드로 제어될 수 있다.
추가로, 제3모드에서는 냉매라인(400)의 냉매를 유동시킴으로써, 실내공조용 냉각코어(440)를 이용하여 실내를 냉방시키는 냉방모드를 구현할 수 있다.
또한, 고온의 냉매를 수냉식컨덴서(430)로 유동시키고, 수냉식컨덴서(430)의 열을 실내가열라인(800)에서 흡수하며, 실내공조용 난방코어를 통하여 실내를 난방하는 난방모드를 구현할 수 있다.
또한, 고온의 냉매를 수냉식컨덴서(430)로 유동시키고, 수냉식컨덴서(430)의 열을 실내가열라인(800)에서 흡수하며, 제1배터리가열라인 및 제2배터리가열라인으로 실내가열라인(800)의 냉각수를 유동시킴으로써 배터리를 승온시키는 승온모드를 구현할 수 있다.
추가로, 실내 공기를 제습하기 위한 제습모드를 구현하기 위하여 냉매라인(400)의 냉매를 활용하여 실내공조용 냉각코어(440)로 냉각을 수행하고, 실내가열라인(800)의 냉각수를 활용하여 실내공조용 가열코어(820)로 가열을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 배터리의 냉각을 위해 제1배터리가열라인 및 제2배터리가열라인을 통한 실내가열라인(800)의 냉각수를 고전압배터리로 유동시킬 수 있다. 특히, 이 경우는 동절기와 같이 외부 온도가 낮은 경우이고, 고전압배터리의 온도가 가열될 수 있는 배터리 급속 충전시에 이용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로를 도시한 회로도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로에는 전장부품라인(100) 또는 배터리라인(200)에서 분기되어 통합라인(300)으로 합류되는 지점에 위치되어 냉각수의 유동을 차단하거나 허용하는 차단밸브(140,240);가 더 포함될 수 있다.
제1차단밸브(140)는 전장부품라인(100)에서 분기되어 통합라인(300)으로 합류되는 지점에 위치되고, 제2차단밸브(240)는 배터리라인(200)에서 분기되어 통합라인(300)으로 합류되기 이전 지점에 위치될 수 있다.
제1차단밸브(140) 및 제2차단밸브(240)는 전장부품라인(100)의 냉각수와 배터리라인(200)의 냉각수가 역방향으로 유동됨에 따라 혼합되는 문제를 해결할 수 있다.
일 실시예로, 제1차단밸브(140) 및 제2차단밸브(240)는 역방향 유동을 차단하는 체크밸브일 수 있다.
다른 실시예로, 제1차단밸브(140) 및 제2차단밸브(240)는 제어기(900)에 의해 냉각수의 유동이 허용되거나 차단되도록 제어되는 On/Off 제어 밸브일 수 있다.
이에 따라, 통합라인(300)으로 합류되어 통합되는 전장부품라인(100)과 배터리라인(200)의 냉각수가 서로 혼합되지 않도록 차단되는 효과를 갖는다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로를 도시한 회로도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로는 내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터(120)가 구비된 전장부품라인(100); 내부에서 유동되는 냉각수가 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터(220)가 구비된 배터리라인(200); 배터리라인(200)에서 분기되고, 제2라디에이터(220)를 바이패스하여 배터리라인(200)으로 합류되는 통합라인(300); 냉매가 내부에서 유동되고, 실내공조용 냉각코어(440)가 구비된 냉매라인(400); 통합라인(300) 및 냉매라인(400)과 연결되고, 전장부품라인(100) 또는 배터리라인(200)의 냉각수와 냉매라인(400)의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러(500); 및 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수와 제2라디에이터(220)를 통과한 배터리라인(200)의 냉각수 사이의 유량 비율을 조절하는 컨트롤밸브(600);를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 회로는 배터리라인(200)만이 통합라인(300)으로 분기되고, 전장부품라인(100)은 통합라인(300)과 별도로 구성된다.
즉, 통합라인(300) 및 칠러(500)는 전장부품의 폐열을 회수하지 않고, 고전압배터리의 폐열만을 회수하도록 구성될 수 있다.
전장부품라인(100)의 제1라디에이터(120)를 통과한 냉각수는 컨트롤밸브(600)를 통하여 전부 전장부품라인(100)의 전장부품 측으로 유동될 수 있다.
반면, 배터리라인(200)의 제2라디에이터(220)를 통과한 냉각수와 칠러(500)를 통과한 통합라인(300)의 냉각수는 컨트롤밸브(600)에 의해 선택적으로 배터리라인(200)의 고전압배터리 측으로 유동될 수 있다.
또한, 냉매라인(400)의 수냉식컨덴서(430)가 삭제되어 칠러(500)에서 흡수한 고전압배터리의 폐열을 실내가열라인(800)의 냉각수로 전달하는 Heat Pump가 삭제될 수 있다.
이에 따라, 전장부품의 폐열을 회수해야 하는 요구가 없는 경우에는 전장부품라인(100)과 칠러(500)를 연결하지 않도록 회로를 구성함으로써 통합 열관리 회로를 단순화시키는 효과를 갖는다.
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 : 전장부품라인 200 : 배터리라인
300 : 통합라인 400 : 냉매라인
500 : 칠러 600 : 컨트롤밸브
700 : 리저버탱크 800 : 실내가열라인
900 : 제어기

Claims (13)

  1. 내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터가 구비된 전장부품라인;
    내부에서 유동되는 냉각수가 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터가 구비된 배터리라인;
    전장부품라인 및 배터리라인에서 각각 분기되어, 제1라디에이터 및 제2라디에이터를 바이패스한 후 다시 전장부품라인 및 배터리라인에 각각 합류되는 통합라인;
    냉매가 내부에서 유동되고, 실내공조용 냉각코어가 구비된 냉매라인;
    통합라인 및 냉매라인과 연결되고, 전장부품라인 또는 배터리라인의 냉각수와 냉매라인의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러;
    통합라인의 분기점에 위치되고, 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수 유동을 조절하는 컨트롤밸브; 및
    제1리저버파트와 제2리저버파트로 분리되어 전장부품 또는 고전압배터리를 냉각하는 냉각수를 저장하는 리저버탱크;를 포함하며,
    전장부품라인에서 제1라디에이터를 통과한 냉각수 및 배터리라인에서 제2라디에이터를 통과한 냉각수는 서로 분리된 상태로 리저버탱크로 유동되고,
    실내공조용 냉각코어와 칠러는 냉매라인에서 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    통합라인은 전장부품라인에서 전장부품을 통과한 냉각수가 제1라디에이터로 유동되기 이전 지점에서 분기된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    통합라인은 배터리라인에서 고전압배터리를 통과한 냉각수가 제2라디에이터로 유동되기 이전 지점에서 분기된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    컨트롤밸브는 제1라디에이터를 통과한 전장부품라인의 냉각수와 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수 사이의 유량 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  6. 청구항 1에 있어서,
    컨트롤밸브는 제2라디에이터를 통과한 배터리라인의 냉각수와 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수 사이의 유량 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  7. 청구항 1에 있어서,
    컨트롤밸브에는 복수의 유입구 및 배출구가 형성되고, 유입구는 전장부품라인의 제1라디에이터, 배터리라인의 제2라디에이터 및 통합라인의 칠러에 각각 연결되며, 배출구는 전장부품라인의 전장부품 및 배터리라인의 고전압배터리에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  8. 청구항 1에 있어서,
    내부에 냉각수가 유동되고, 실내공조용 가열코어, 수가열히터 및 냉매라인의 냉매와 열교환 가능하게 연결된 수냉컨덴서가 구비된 실내가열라인; 및
    각각이 실내가열라인에서 분기되거나 실내가열라인으로 합류되고, 고전압배터리를 기준으로 배터리라인에서 고전압배터리의 상류 지점 및 하류 지점에 각각 연결된 제1배터리가열라인 및 제2배터리가열라인;을 더 포함하고,
    실내가열라인에서 제1배터리가열라인으로 분기되거나, 제2배터리가열라인에서 실내가열라인으로 합류되는 지점에 가열제어밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  9. 청구항 1에 있어서,
    칠러를 통과한 통합라인의 냉각수가 전장부품라인 또는 배터리라인으로 유동되도록 조절하는 컨트롤밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하고,
    제어기는, 전장부품의 폐열을 냉매로 회수하는 제1모드에서 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수가 전장부품라인으로 유동되도록 컨트롤밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  10. 청구항 1에 있어서,
    칠러를 통과한 통합라인의 냉각수가 전장부품라인 또는 배터리라인으로 유동되도록 조절하는 컨트롤밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하고,
    제어기는, 고전압배터리의 폐열을 냉매로 회수하는 제2모드에서 칠러를 통과한 통합라인의 냉각수가 배터리라인으로 유동되도록 컨트롤밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  11. 청구항 1에 있어서,
    칠러를 통과한 통합라인의 냉각수가 전장부품라인 또는 배터리라인으로 유동되도록 조절하는 컨트롤밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하고,
    제어기는, 전장부품 또는 고전압배터리의 폐열을 회수하지 않는 제3모드에서 통합라인의 냉각수 유동을 차단하도록 컨트롤밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  12. 청구항 1에 있어서,
    전장부품라인 또는 배터리라인에서 분기되어 통합라인으로 합류되는 지점에 위치되어 냉각수의 유동을 차단하거나 허용하는 차단밸브;가 더 포함된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
  13. 내부에서 유동되는 냉각수가 전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터가 구비된 전장부품라인;
    내부에서 유동되는 냉각수가 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터가 구비된 배터리라인;
    배터리라인에서 분기되고, 제2라디에이터를 바이패스하여 배터리라인으로 합류되는 통합라인;
    냉매가 내부에서 유동되고, 실내공조용 냉각코어가 구비된 냉매라인;
    통합라인 및 냉매라인과 연결되고, 배터리라인의 냉각수와 냉매라인의 냉매가 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러;
    칠러를 통과한 통합라인의 냉각수와 제2라디에이터를 통과한 배터리라인의 냉각수 사이의 유량 비율을 조절하는 컨트롤밸브; 및
    제1리저버파트와 제2리저버파트로 분리되어 전장부품 또는 고전압배터리를 냉각하는 냉각수를 저장하는 리저버탱크;를 포함하고,
    실내공조용 냉각코어와 칠러는 냉매라인에서 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 회로.
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