KR102398876B1 - 차량의 공조시스템 - Google Patents

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Abstract

라디에이터를 지나고, 일단이 제1밸브에 연결되며 타단이 제2밸브에 연결된 제1냉각수라인; 실내공조코어와 고전압배터리코어를 지나고 일단이 상기 제1밸브에 연결되며 타단이 상기 제2밸브에 연결된 제2냉각수라인; 제1열교환기를 지나고 일단이 상기 제1밸브에 연결되며 타단이 상기 제2밸브에 연결된 제1냉각수교환라인; 제2열교환기를 지나고 일단이 상기 제1밸브에 연결되며 타단이 상기 제2밸브에 연결된 제2냉각수교환라인; 상기 제1열교환기와 제2열교환기 및 압축기를 순환하는 냉매라인; 상기 제1밸브와 제2밸브를 제어함으로써 상기 제1냉각수라인 또는 상기 제2냉각수라인이 상기 제1냉각수교환라인 또는 상기 제2냉각수교환라인과 선택적으로 연결되도록 하는 제어부;를 포함하는 차량의 공조시스템가 소개된다.

Description

차량의 공조시스템 {HVAC SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량에 적용되는 공조시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내 공조와 배터리의 냉난방에 필요한 에너지를 효율적으로 관리하여 주행거리 연장이 가능한 차량의 공조시스템에 관한 것이다.
최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 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.
또한, 전기자동차는 내연기관처럼 별도의 엔진에서 연소시 발생되는 폐열원이 없어 전기식 난방장치로 겨울철 차량 실내난방을 수행하고, 또한 혹한기 시 배터리 충방전 성능을 향상시키기 위해 웜업이 필요하므로, 별도의 냉각수 가열식 전기 히터를 각각 구성하여 사용한다. 즉, 배터리 모듈의 최적의 온도환경 유지를 위해 배터리 모듈 온도조절을 위한 냉난방 시스템을 차량 실내 공조를 위한 냉난방 시스템과는 별도로 운용하는 기술을 채택하고 있다. 다시 말하면, 독립된 2개의 냉난방 시스템을 구축하여 하나는 실내 냉난방에 사용하고, 다른 하나는 배터리 모듈 온도조절을 위한 용도로 활용하고 있는 것이다.
그러나 상기와 같은 방법으로 운영하는 경우 에너지를 효율적으로 관리하지 못하므로, 항속거리가 짧아 장거리 운행이 불가하며, 주행거리가 여름철 냉방시 30%, 겨울철 난방시 40% 이상 축소되어 내연기관에서 문제되지 않았던 겨울철 난방 문제가 더욱 심각해진다. 겨울철 난방 시 발생되는 문제점을 해소하기 위하여 고용량 PTC가 구비되는 경우 주행거리 단축 및 히트펌프의 사용으로 인한 원가 및 중량이 과다해지는 문제가 발생된다.
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.
KR10-1448656 (B1)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고용량 PTC가 구비되더라도 주행거리가 단축되지 않고, 원가 및 중량이 과다해지는 것을 방지할 수 있는 차량의 공조시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 공조시스템은 라디에이터를 지나고, 일단이 제1밸브에 연결되며 타단이 제2밸브에 연결된 제1냉각수라인; 실내공조코어와 고전압배터리코어를 지나고 일단이 상기 제1밸브에 연결되며 타단이 상기 제2밸브에 연결된 제2냉각수라인; 제1열교환기를 지나고 일단이 상기 제1밸브에 연결되며 타단이 상기 제2밸브에 연결된 제1냉각수교환라인; 제2열교환기를 지나고 일단이 상기 제1밸브에 연결되며 타단이 상기 제2밸브에 연결된 제2냉각수교환라인; 상기 제1열교환기와 제2열교환기 및 압축기를 순환하는 냉매라인; 상기 제1밸브와 제2밸브를 제어함으로써 상기 제1냉각수라인 또는 상기 제2냉각수라인이 상기 제1냉각수교환라인 또는 상기 제2냉각수교환라인과 선택적으로 연결되도록 하는 제어부;를 포함한다.
상기 제1밸브 및 제2밸브는 사방밸브로서, 개방 또는 폐쇄되도록 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.
상기 실내공조코어는 상기 고전압배터리코어의 상류 지점에 위치될 수 있다.
상기 실내공조코어는 상기 고전압배터리코어와 상기 제2냉각수라인 상에서 병렬로 연결될 수 있다.
상기 실내공조코어는 상기 고전압배터리코어의 상류 지점에 위치되고, 상기 고전압배터리코어와 상기 실내공조코어 사이에는 냉각수가 상기 고전압배터리코어를 바이패스할 수 있도록 하는 바이패스라인이 구비되고, 상기 바이패스라인에는 바이패스밸브가 구비되어 냉각수가 상기 고전압배터리코어 측으로 선택적으로 공급될 수 있다.
상기 제1냉각수라인에는 제1펌프가 구비되고, 상기 제2냉각수라인에는 제2펌프가 구비되어 상기 제어부의 제어에 의해 상기 제1펌프 및 제2펌프가 구동 또는 정지될 수 있다.
상기 압축기는 상기 제1열교환기의 상류지점에 위치되고, 상기 제1열교환기는 핫익스체인저일 수 있다.
상기 제1열교환기는 핫익스체인저이고, 상기 제2열교환기는 콜드익스체인저일 수 있다.
상기 제1냉각수라인에는 전장부품코어가 더 포함되고, 상기 라디에이터, 제1열교환기 또는 제2열교환기에 의해 열교환된 냉각수가 상기 전장부품코어를 냉각할 수 있다.
상기 제어부는 콜드모드인 경우, 상기 컴프레서를 작동하여 상기 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 상기 제1밸브와 제2밸브를 제어하여 상기 제1냉각수라인과 제1냉각수교환라인을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인과 제2냉각수교환라인을 연결시킴으로써, 상기 전장부품코어를 냉각하고, 실내를 냉방하며 선택적으로 상기 고전압배터리코어를 냉각할 수 있다.
상기 제어부는 핫모드인 경우, 상기 컴프레서를 작동하여 상기 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 상기 제1밸브와 제2밸브를 제어하여 상기 제1냉각수라인과 제2냉각수교환라인을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인과 제1냉각수교환라인이 연결시킴으로써, 상기 전장부품코어를 냉각하고, 실내를 난방하며 선택적으로 상기 고전압배터리코어를 승온할 수 있다.
상기 제어부는 쿨모드인 경우, 상기 컴프레서를 작동시키지 않으며, 상기 제1밸브와 제2밸브를 제어하여 상기 제1냉각수라인과 제1냉각수교환라인을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인과 제2냉각수교환라인을 연결시킴으로써, 상기 전장부품코어를 냉각하고, 실내를 공조하며 선택적으로 상기 고전압배터리코어를 냉각할 수 있다.
상기 제어부는 웜모드인 경우, 상기 컴프레서를 작동시키지 않으며, 상기 제1밸브와 제2밸브를 제어하여 상기 제1냉각수라인과 제2냉각수교환라인을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인과 제1냉각수교환라인을 연결시킴으로써, 상기 전장부품코어를 냉각하고, 실내를 난방하며 선택적으로 상기 고전압배터리를 냉각할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 공조시스템에 따르면, 통합열관리모듈의 독자적인 회로를 구성함으로써, 원천기술을 보유할 수 있게 되며, 수가열 PTC 및 공기가열 PTC를 삭제할 수 있고, 히트 펌프 시스템을 삭제할 수 있어 주행거리가 향상되며, 원가 및 중량이 감소되는 효과가 있다. 또한, 통합열관리모듈은 싱글 유닛 통합모듈 구조로서, 콤팩트하게 형성된 통합열관리모듈을 라디에이터에 설치하면 레이아웃이 유리하고 공조시스템이 콤팩트하게 되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 공조시스템을 도시한 도면.
도 2는 도 1이 콜드모드일 때를 도시한 도면.
도 3은 도 1이 핫모드일 때를 도시한 도면.
도 4는 도 1이 쿨모드일 때를 도시한 도면.
도 5는 도 1이 웜모드일 때를 도시한 도면.
도 6은 도 1의 공조시스템의 실내공조코어와 고전압배터리코어가 병렬로 연결된 것을 도시한 도면.
도 7은 도 1의 차량 레이아웃을 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 공조시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 공조시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1이 콜드모드일 때를 도시한 도면이며, 도 3은 도 1이 핫모드일 때를 도시한 도면이고, 도 4는 도 1이 쿨모드일 때를 도시한 도면이며, 도 5는 도 1이 웜모드일 때를 도시한 도면이다. 또한, 도 6은 도 1의 공조시스템의 실내공조코어와 고전압배터리코어가 병렬로 연결된 것을 도시한 도면이고, 도 7은 도 1의 차량 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량의 공조시스템은 라디에이터(100)를 지나고, 일단이 제1밸브(310)에 연결되며 타단이 제2밸브(330)에 연결된 제1냉각수라인(10); 실내공조코어(400)와 고전압배터리코어(500)를 지나고 일단이 상기 제1밸브(310)에 연결되며 타단이 상기 제2밸브(330)에 연결된 제2냉각수라인(30); 제1열교환기(610)를 지나고 일단이 상기 제1밸브(310)에 연결되며 타단이 상기 제2밸브(330)에 연결된 제1냉각수교환라인(50); 제2열교환기(630)를 지나고 일단이 상기 제1밸브(310)에 연결되며 타단이 상기 제2밸브(330)에 연결된 제2냉각수교환라인(70); 상기 제1열교환기(610)와 제2열교환기(630) 및 압축기(800)를 순환하는 냉매라인(90); 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)를 제어함으로써 상기 제1냉각수라인(10) 또는 상기 제2냉각수라인(30)이 상기 제1냉각수교환라인(50) 또는 상기 제2냉각수교환라인(70)과 선택적으로 연결되도록 하는 제어부(900);를 포함한다.
상기 제1냉각수라인(10)에는 전장부품코어(200)가 더 포함된다. 따라서, 상기 제1냉각수라인(10)에는 상기 전장부품코어(200)와 라디에이터(100)가 포함되고, 상기 전장부품코어(200)에는 EPCU(Electric Power Control Unit), 모터 및 OBC(On Board Charger) 등이 포함되어 냉각될 수 있다. 상기 라디에이터(100)는 상기 전장부품코어(200)을 냉각하여야 하므로, 상기 전장부품코어(200)의 상류지점에 위치되는 것이 바람직할 것이다. 또한, 상기 제1냉각수라인(10)에는 제1펌프(710)가 구비되고, 상기 제어부(900)의 제어에 의해 상기 제1펌프(710)가 구동 또는 정지된다. 상기 제1펌프(710)가 구동됨으로써, 상기 제1냉각수라인(10)의 냉각수가 순환하게 된다. 상기 제1냉각수라인(10)에 상기 전장부품코어(200)를 병렬로 연결할 수도 있으며, 그렇게 구성하는 경우 상기 제1냉각수라인(10)의 유동저항이 감소하게 된다.
상기 제2냉각수라인(30)에는 상기 실내공조코어(400)와 상기 고전압배터리코어(500)가 포함되고, 상기 실내공조코어(400)는 상기 고전압배터리코어(500)의 상류 지점에 위치된다. 그러나 도 6에 도시한 것처럼 상기 실내공조코어(400)와 상기 고전압배터리코어(500)가 병렬로 연결될 수도 있을 것이다. 또한, 상기 고전압배터리코어(500)와 상기 실내공조코어(400) 사이에는 냉각수가 상기 고전압배터리코어(500)를 바이패스(By-Pass)할 수 있도록 하는 바이패스라인(80)이 구비된다. 상기 바이패스라인(80)에는 바이패스밸브(350)가 구비되어 냉각수가 상기 고전압배터리코어(500) 측으로 선택적으로 공급된다. 상기 바이패스밸브(350)는 상기 제어부(900)에 의해 제어될 수도 있고, 냉각수의 온도에 따라 상기 제어부(900)의 개입없이도 자동으로 개폐되는 밸브일 수도 있으나, 어떠한 밸브를 사용하더라도 상기 고전압배터리코어(500) 측으로 유량이 분배되도록 하는 유량제어의 기능을 가지면 모두 적용할 수 있을 것이다. 상기 제2냉각수라인(30)에는 제2펌프(730)가 구비되어 상기 제어부(900)의 제어에 의해 구동 또는 정지된다. 상기 제2펌프(730)가 구동됨으로써, 상기 제2냉각수라인(30)의 냉각수가 순환하게 된다.
상기 제1냉각수교환라인(50)은 상기 제1열교환기(610)의 양단이 상기 제1밸브(310) 및 제2밸브(330)에 각각 연결되도록 구성된다. 상기 제2냉각수교환라인(70)은 상기 제2열교환기(630)의 양단이 상기 제1밸브(310) 및 제2밸브(330)에 각각 연결되도록 구성된다. 상기 제1밸브(310) 및 제2밸브(330)는 사방밸브(4-way valve)로서, 상기 제어부(900)에 의해 개방 또는 폐쇄되도록 제어됨으로써, 상기 제1냉각수라인(10) 또는 상기 제2냉각수라인(30)이 상기 제1냉각수교환라인(50) 또는 상기 제2냉각수교환라인(70)과 선택적으로 연결되도록 한다.
상기 냉매라인(90)은 상기 제1열교환기(610)와 제2열교환기(630) 및 압축기(800)를 포함하여 구성되며 냉매가 순환하도록 구성된다. 상기 제1열교환기(610)는 핫익스체인저(Hot Exchanger)이고, 상기 제2열교환기(630)는 콜드익스체인저(Cold Exchanger)이다. 따라서, 냉매의 순환 및 바람직한 열교환을 위하여 상기 압축기(800)는 핫익스체인저인 상기 제1열교환기(610)의 상류지점에 위치되는 것이 바람직할 것이다.
따라서, 본 발명의 차량용 공조시스템은 제1펌프(710), 제2펌프(730), 제1밸브(310), 제2밸브(330), 제1열교환기(610), 제2열교환기(630)를 포함하는 냉매라인(90)을 하나의 통합열관리모듈(1)로 구성함으로써, 콤팩트한 사이즈를 갖도록 함으로써, 레이아웃을 유리하게 할 수 있는 장점이 있다.
도 2 내지 도 5를 통해 각 모드에서의 냉매와 냉각수의 흐름을 살펴보도록 한다. 본 발명의 차량용 공조시스템은 여름철 냉방을 위한 콜드모드(Cold Mode), 겨울철 난방을 위한 핫모드(Hot Mode), 봄/가을철 시원한 날씨의 쿨모드(Cool Mode) 및 봄/가을철 쌀쌀한 날씨의 웜모드(Warm Mode)의 크게 4가지 모드로 구분할 수 있다.
먼저, 도 2를 통해 여름철 콜드모드인 경우를 살펴보도록 한다. 상기 제어부(900)는 콜드모드인 경우, 상기 압축기(800)를 작동하여 상기 냉매라인(90)의 냉매를 순환시킨다. 냉매는 상기 압축기(800)를 통과하여 고온 고압의 가스 상태가 되며, 상기 제1열교환기(610)를 통과하면서 방열하면서 냉각수를 가열하고, 냉매 자신의 온도는 떨어지게 되어 액화된다. 이러한 액화된 상태에서 리시버드라이어(830)에 일시 저장되었다가 상기 제2열교환기(630)를 통해 흡열하면서 냉각수를 냉각한다. 상기한 바와 같은 냉매의 흐름은 도 2에 1점쇄선으로 표시하였다.
상기 제어부(900)는 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)를 제어하여 상기 제1냉각수라인(10)과 제1냉각수교환라인(50)을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인(30)과 제2냉각수교환라인(70)을 연결시킨다. 즉, 상기 제1냉각수라인(10)과 제1냉각수교환라인(50)이 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)에 의해 연결되어 상기 제1펌프(710) - 제1밸브(310) - 제1열교환기(610) - 제2밸브(330) - 라디에이터(100) - 전장부품코어(200) - 제1펌프(710)로 순환되는 냉각수 유로가 형성된다. 따라서, 냉각수가 상기 제1밸브(310)를 통하여 상기 제1열교환기(610)에서 가열되며, 상기 제2밸브(330)를 통해 상기 라디에이터(100)로 공급된다. 상기 라디에이터(100)에서 외기에 의해 냉각된 냉각수는 상기 전장부품코어(200)를 냉각하고 다시 상기 제1펌프(710)를 통해 상기 제1밸브(310)를 거쳐 순환된다. 상기한 바와 같은 냉각수의 흐름은 도 2에 실선으로 표시하였다.
또한, 상기 제2냉각수라인(30)과 제2냉각수교환라인(70)이 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)에 의해 연결되어 상기 제2펌프(730) - 제2밸브(330) - 제2열교환기(630) - 제1밸브(310) - 실내공조코어(400) - (고전압배터리코어(500)) - 제2펌프(730)로 순환되는 냉각수 유로가 형성된다. 따라서, 냉각수가 상기 제2펌프(730)를 통하여 상기 제2밸브(330)를 거쳐 상기 제2열교환기(630)에서 냉각되어 상기 제1밸브(310)를 통해 상기 실내공조코어(400)로 공급된다. 따라서, 실내는 냉방된다. 여기서, 상기 고전압배터리코어(500)의 냉방이 필요한 경우에는 상기 고전압배터리코어(500) 측 상기 바이패스밸브(350)가 개방되어 상기 고전압배터리코어(500)를 냉각하게 되고, 상기 고전압배터리코어(500)의 냉방이 필요하지 않은 경우에는 상기 바이패스라인(80) 측 상기 바이패스밸브(350)가 개방되어 냉각수가 상기 고전압배터리코어(500)를 거치지 않고 바이패스되게 된다. 상기한 바와 같은 냉각수의 흐름은 도 2에 점선으로 표시하였으며, 도면에서는 상기 고전압배터리코어(500) 측으로 상기 바이패스밸브(350)가 일부만 개방되어 상기 바이패스라인(80)과 상기 고전압배터리코어(500) 측 모두에 냉각수가 흐르는 것을 도시였다.
도 3을 통해 겨울철 핫모드인 경우를 살펴보도록 한다. 상기 제어부(900)는 핫모드인 경우, 상기 압축기(800)를 작동하여 상기 냉매라인(90)의 냉매를 순환시킨다. 냉매는 상기 압축기(800)를 통과하여 고온 고압의 가스 상태가 되며, 상기 제1열교환기(610)를 통과하면서 방열하면서 냉각수를 가열하고, 냉매 자신의 온도는 떨어지게 되어 액화된다. 이러한 액화된 상태에서 리시버드라이어(830)에 일시 저장되었다가 상기 제2열교환기(630)를 통해 흡열하면서 냉각수를 냉각한다. 상기한 바와 같은 냉매의 흐름은 도 3에 1점쇄선으로 표시하였다.
상기 제어부(900)는 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)를 제어하여 상기 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수교환라인(70)을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인(30)과 제1냉각수교환라인(50)을 연결시킨다. 즉, 상기 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수교환라인(70)이 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)에 의해 연결되어 상기 제1펌프(710) - 제1밸브(310) - 제2열교환기(630) - 제2밸브(330) - 라디에이터(100) - 전장부품코어(200) - 제1펌프(710)로 순환되는 냉각수 유로가 형성된다. 따라서, 냉각수가 상기 제1밸브(310)를 통하여 상기 제2열교환기(630)에서 냉각되며, 상기 제2밸브(330)를 통해 상기 라디에이터(100)로 공급된다. 상기 라디에이터(100)에서 외기에 의해 승온된 냉각수는 상기 전장부품코어(200)를 냉각하고 다시 상기 제1펌프(710)를 통해 상기 제1밸브(310)를 거쳐 순환된다. 상기한 바와 같은 냉각수의 흐름은 도 3에 점선으로 표시하였다.
또한, 상기 제2냉각수라인(30)과 제1냉각수교환라인(50)이 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)에 의해 연결되어 상기 제2펌프(730) - 제2밸브(330) - 제1열교환기(610) - 제1밸브(310) - 실내공조코어(400) - (고전압배터리코어(500)) - 제2펌프(730)로 순환되는 냉각수 유로가 형성된다. 따라서, 냉각수가 상기 제2펌프(730)를 통하여 상기 제2밸브(330)를 거쳐 상기 제1열교환기(610)에서 냉각되어 상기 제1밸브(310)를 통해 상기 실내공조코어(400)로 공급된다. 따라서, 실내는 난방된다. 여기서, 상기 고전압배터리코어(500)의 난방이 필요한 경우에는 상기 고전압배터리코어(500) 측 상기 바이패스밸브(350)가 개방되어 상기 고전압배터리코어(500)를 승온하게 되고, 상기 고전압배터리코어(500)의 난방이 필요하지 않은 경우에는 상기 바이패스라인(80) 측 상기 바이패스밸브(350)가 개방되어 냉각수가 상기 고전압배터리코어(500)를 거치지 않고 바이패스되게 된다. 상기한 바와 같은 냉각수의 흐름은 도 3에 실선으로 표시하였으며, 도면에서는 상기 고전압배터리코어(500) 측으로 상기 바이패스밸브(350)가 일부만 개방되어 상기 바이패스라인(80)과 상기 고전압배터리코어(500) 측 모두에 냉각수가 흐르는 것을 도시였다.
세번째로, 도 4를 통해 봄/가을철 쿨모드인 경우를 살펴보도록 한다. 상기 제어부(900)는 쿨모드인 경우, 상기 압축기(800)를 작동하지 않는다. 상기 제어부(900)는 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)를 제어하여 상기 제1냉각수라인(10)과 제1냉각수교환라인(50)을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인(30)과 제2냉각수교환라인(70)을 연결시킨다. 즉, 상기 제1냉각수라인(10)과 제1냉각수교환라인(50)이 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)에 의해 연결되어 상기 제1펌프(710) - 제1밸브(310) - 제1열교환기(610) - 제2밸브(330) - 라디에이터(100) - 전장부품코어(200) - 제1펌프(710)로 순환되는 냉각수 유로가 형성된다. 따라서, 냉각수가 상기 제1밸브(310)를 통하여 상기 제1열교환기(610)에서 가열되며, 상기 제2밸브(330)를 통해 상기 라디에이터(100)로 공급된다. 상기 라디에이터(100)에서 외기에 의해 냉각된 냉각수는 상기 전장부품코어(200)를 냉각하고 다시 상기 제1펌프(710)를 통해 상기 제1밸브(310)를 거쳐 순환된다. 상기한 바와 같은 냉각수의 흐름은 도 4에 실선으로 표시하였다.
또한, 상기 제2냉각수라인(30)과 제2냉각수교환라인(70)이 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)에 의해 연결되어 상기 제2펌프(730) - 제2밸브(330) - 제2열교환기(630) - 제1밸브(310) - 실내공조코어(400) - (고전압배터리코어(500)) - 제2펌프(730)로 순환되는 냉각수 유로가 형성된다. 그러나 쿨모드에서는 외기온으로 실내 온도를 조정할 때에는 상기 제2펌프(730)를 구동하지 않는다. 즉, 상기 제2펌프(730)는 실내 공조 시 실내의 온도를 승온할 때에만 작동되며, 냉각수는 상기 제2밸브(330)를 거쳐 상기 제2열교환기(630)를 지나 상기 제1밸브(310)를 통해 상기 실내공조코어(400)로 공급된다. 이때, 냉각수는 상기 제1밸브(310), 제2밸브(330) 및 고전압배터리코어(500)를 지나면서 미량의 열을 흡수하고, 이러한 상태로 상기 실내공조코어(400)로 유입되므로, 실내는 믹스모드(Mix Mode)가 된다. 여기서, 상기 고전압배터리코어(500)의 냉방이 필요한 경우에는 상기 고전압배터리코어(500) 측 상기 바이패스밸브(350)가 개방되어 상기 고전압배터리코어(500)를 냉각하게 되고, 상기 고전압배터리코어(500)의 냉방이 필요하지 않은 경우에는 상기 바이패스라인(80) 측 상기 바이패스밸브(350)가 개방되어 냉각수가 상기 고전압배터리코어(500)를 거치지 않고 바이패스되게 된다. 상기한 바와 같은 냉각수의 흐름은 도 4에 점선으로 표시하였으며, 도면에서는 상기 고전압배터리코어(500) 측으로 상기 바이패스밸브(350)가 일부만 개방되어 상기 바이패스라인(80)과 상기 고전압배터리코어(500) 측 모두에 냉각수가 흐르는 것을 도시였다.
마지막으로, 도 5를 통해 봄/가을철 웜모드인 경우를 살펴보도록 한다. 상기 제어부(900)는 웜모드인 경우, 상기 압축기(800)를 작동하지 않는다. 상기 제어부(900)는 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)를 제어하여 상기 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수교환라인(70)을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인(30)과 제1냉각수교환라인(50)을 연결시킨다. 즉, 상기 제1냉각수라인(10)과 제2냉각수교환라인(70)이 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)에 의해 연결되어 상기 제1펌프(710) - 제1밸브(310) - 제2열교환기(630) - 제2밸브(330) - 라디에이터(100) - 전장부품코어(200) - 제1펌프(710)로 순환되는 냉각수 유로가 형성된다. 그러나 웜모드에서는 상기 전장부품코어(200)의 냉각이 필요한 경우에만 상기 제1펌프(710)를 구동한다. 상기 제1펌프(710)의 구동 시 냉각수가 상기 제1밸브(310)를 통하여 상기 제2열교환기(630)에서 냉각되며, 상기 제2밸브(330)를 통해 상기 라디에이터(100)로 공급된다. 상기 라디에이터(100)에서 외기에 의해 방열된 냉각수는 상기 전장부품코어(200)를 냉각하고 다시 상기 제1펌프(710)를 통해 상기 제1밸브(310)를 거쳐 순환된다. 상기한 바와 같은 냉각수의 흐름은 도 5에 점선으로 표시하였다.
또한, 상기 제2냉각수라인(30)과 제1냉각수교환라인(50)이 상기 제1밸브(310)와 제2밸브(330)에 의해 연결되어 상기 제2펌프(730) - 제2밸브(330) - 제1열교환기(610) - 제1밸브(310) - 실내공조코어 - 고전압배터리코어(500) - 제2펌프(730)로 순환되는 냉각수 유로가 형성된다. 이때, 실내는 난방모드가 된다. 여기서, 상기 고전압배터리코어(500)의 냉각이 필요한 경우에는 상기 고전압배터리코어(500) 측 상기 바이패스밸브(350)가 개방되어 상기 고전압배터리코어(500)를 냉각하게 되고, 상기 고전압배터리코어(500)의 냉각이 필요하지 않은 경우에는 상기 바이패스라인(80) 측 상기 바이패스밸브(350)가 냉각이 필 요한 경우보다 상대적으로 적게 일부 개방되어 냉각수가 상기 고전압배터리코어(500)를 거쳐 상기 고전압배터리코어(500)의 발열에너지를 흡열하게 된다. 그러므로 상기 고전압배터리(500)의 발열에너지를 상기 실내공조코어(400)의 난방에 이용한다. 상기한 바와 같은 냉각수의 흐름은 도 5에 실선으로 표시하였다.
따라서, 상기와 같은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 차량의 공조시스템은 통합열관리모듈(1)의 독자적인 회로를 구성함으로써, 원천기술을 보유할 수 있게 되며, 수가열 PTC 및 공기가열 PTC를 삭제할 수 있고, 히트 펌프 시스템을 삭제할 수 있어 주행거리가 향상되며, 원가 및 중량이 감소되는 효과가 있다. 또한, 통합열관리모듈(1)은 싱글 유닛 통합모듈 구조로서, 콤팩트하게 형성된 통합열관리모듈(1)을 라디에이터(100)에 설치하면 레이아웃이 유리하고 공조시스템이 콤팩트하게 되는 장점이 있다.
본 발명은 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.
1 : 통합열관리모듈 10 : 제1냉각수라인
30 : 제2냉각수라인 50 : 제1냉각수교환라인
70 : 제2냉각수교환라인 80 : 바이패스라인
90 : 냉매라인 100 : 라디에이터
200 : 전장부품코어 310 : 제1밸브
330 : 제2밸브 350 : 바이패스밸브
400 : 실내공조코어 500 : 고전압배터리코어
610 : 제1열교환기 630 : 제2열교환기
710 : 제1펌프 730 : 제2펌프
800 : 압축기 830 : 리시버드라이어
900 : 제어부

Claims (13)

  1. 라디에이터를 지나고, 일단이 제1밸브에 연결되며 타단이 제2밸브에 연결된 제1냉각수라인;
    실내공조코어와 고전압배터리코어를 지나고 일단이 상기 제1밸브에 연결되며 타단이 상기 제2밸브에 연결된 제2냉각수라인;
    제1열교환기를 지나고 일단이 상기 제1밸브에 연결되며 타단이 상기 제2밸브에 연결된 제1냉각수교환라인;
    제2열교환기를 지나고 일단이 상기 제1밸브에 연결되며 타단이 상기 제2밸브에 연결된 제2냉각수교환라인;
    상기 제1열교환기와 제2열교환기 및 압축기를 순환하는 냉매라인;
    상기 제1밸브와 제2밸브를 제어함으로써 상기 제1냉각수라인 또는 상기 제2냉각수라인이 상기 제1냉각수교환라인 또는 상기 제2냉각수교환라인과 선택적으로 연결되도록 하는 제어부;를 포함하며,
    상기 실내공조코어는 상기 고전압배터리코어의 상류 지점에 위치되고, 상기 고전압배터리코어와 상기 실내공조코어 사이에는 냉각수가 상기 고전압배터리코어를 바이패스할 수 있도록 하는 바이패스라인이 구비되고, 상기 바이패스라인에는 바이패스밸브가 구비되어 냉각수가 상기 고전압배터리코어 측으로 선택적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1밸브 및 제2밸브는 사방밸브로서, 개방 또는 폐쇄되도록 상기 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 실내공조코어는 상기 고전압배터리코어의 상류 지점에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 실내공조코어는 상기 고전압배터리코어와 상기 제2냉각수라인 상에서 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1냉각수라인에는 제1펌프가 구비되고, 상기 제2냉각수라인에는 제2펌프가 구비되어 상기 제어부의 제어에 의해 상기 제1펌프 및 제2펌프가 구동 또는 정지되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축기는 상기 제1열교환기의 상류지점에 위치되고, 상기 제1열교환기는 핫익스체인저인 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1열교환기는 핫익스체인저이고, 상기 제2열교환기는 콜드익스체인저인 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1냉각수라인에는 전장부품코어가 더 포함되고, 상기 라디에이터, 제1열교환기 또는 제2열교환기에 의해 열교환된 냉각수가 상기 전장부품코어를 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는 콜드모드인 경우, 상기 압축기를 작동하여 상기 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 상기 제1밸브와 제2밸브를 제어하여 상기 제1냉각수라인과 제1냉각수교환라인을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인과 제2냉각수교환라인을 연결시킴으로써, 상기 전장부품코어를 냉각하고, 실내를 냉방하며 선택적으로 상기 고전압배터리코어를 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는 핫모드인 경우, 상기 압축기를 작동하여 상기 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 상기 제1밸브와 제2밸브를 제어하여 상기 제1냉각수라인과 제2냉각수교환라인을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인과 제1냉각수교환라인이 연결시킴으로써, 상기 전장부품코어를 냉각하고, 실내를 난방하며 선택적으로 상기 고전압배터리코어를 승온하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는 쿨모드인 경우, 상기 압축기를 작동시키지 않으며, 상기 제1밸브와 제2밸브를 제어하여 상기 제1냉각수라인과 제1냉각수교환라인을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인과 제2냉각수교환라인을 연결시킴으로써, 상기 전장부품코어를 냉각하고, 실내를 공조하며 선택적으로 상기 고전압배터리코어를 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는 웜모드인 경우, 상기 압축기를 작동시키지 않으며, 상기 제1밸브와 제2밸브를 제어하여 상기 제1냉각수라인과 제2냉각수교환라인을 연결시키며, 상기 제2냉각수라인과 제1냉각수교환라인을 연결시킴으로써, 상기 전장부품코어를 냉각하고, 실내를 난방하며 선택적으로 상기 고전압배터리를 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
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