KR102417551B1 - 전기자동차의 열관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 냉매 배관의 단순화 및 배관 수 축소를 도모할 수 있고, PE 룸 내 부품 배치 및 레이아웃은 물론 조립성이 개선될 수 있는 전기자동차의 열관리 시스템을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 내부 응축기와 열교환기 사이의 냉매 라인으로부터 분기되어 증발기 전단의 냉매 라인으로 연결되고 상기 내부 응축기와 열교환기 사이의 냉매 라인으로부터 분배된 냉매가 흐르는 제습 라인, 및 상기 제습 라인에 설치되어 개폐 작동되는 제1 밸브를 포함하고, 상기 제습 라인과 제1 밸브가, 전력전자 부품이 설치되는 차량의 PE 룸 내에서 차량 전후 방향 기준으로 후방 위치인 대시 패널 측 주변에 배치되는 전기자동차의 열관리 시스템이 개시된다.

Description

전기자동차의 열관리 시스템{Thermal management system for electric vehicle}

본 발명은 전기자동차의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매 배관의 단순화 및 배관 수 축소를 도모할 수 있고, PE 룸 내 부품 배치 및 레이아웃은 물론 조립성이 개선될 수 있는 전기자동차의 열관리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 실내를 난방하거나 냉방하는 공기조화장치가 탑재된다. 자동차에서 공기조화장치는 외부 온도의 변화에 관계없이 차량 실내 온도를 항상 적정 온도로 유지해줌으로써 쾌적한 실내 환경을 제공한다.

자동차용 공기조화장치는 냉매를 순환시키는 에어컨 시스템을 포함한다. 에어컨 시스템은 냉매를 압축하는 압축기, 압축기에서 압축된 냉매를 응축하여 액화시키는 응축기, 응축기에서 응축되어 액화된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 그리고 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 차량 실내로 송풍되는 공기를 냉각하는 증발기 등을 주요한 구성요소로 포함한다.

에어컨 시스템에서는 여름철 냉방 모드 시 압축기에 의해 압축된 고온, 고압의 기상 냉매를 응축기를 통해 응축한 뒤 팽창밸브와 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환시키는데, 증발기에서 냉매와의 열교환에 의해 냉각된 공기를 자동차 실내로 토출함으로써 실내 냉방이 이루어지도록 한다.

한편, 최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 증가하면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 이루어지고 있다. 친환경 자동차는 연료전지나 배터리를 동력원으로 이용하여 구동하는 전기자동차(FCEV,BEV)와, 엔진과 모터를 구동원으로 이용하여 구동하는 하이브리드 자동차(HEV,PHEV)로 구분할 수 있다. 이들 친환경 자동차는 모두 배터리에 충전된 전력으로 모터를 구동하여 주행하는 모터 구동 차량(전동화 차량)이라는 공통점을 가진다.

또한, 전기자동차에는 차량 전반의 열관리를 수행하기 위한 열관리 시스템이 탑재된다. 열관리 시스템은 공기조화장치의 에어컨 시스템, 그리고 전력계통의 열관리와 냉각을 위해 냉각수나 냉매를 이용하는 냉각 시스템. 그리고 히트 펌프 시스템을 포함하는 넓은 의미의 시스템으로 정의할 수 있다. 여기서, 냉각 시스템은 전력계통을 순환하는 냉각수를 냉각하거나 가열하여 전력계통의 열을 관리할 수 있는 구성들을 포함한다. 또한, 히트 펌프 시스템은 전기 히터(PTC 히터)에 더하여 보조 난방 장치로 이용되는 것으로, 전력전자(Power Electronic, PE) 부품이나 배터리 등의 폐열을 회수하여 난방에 이용하도록 구성된 시스템이다.

공지의 냉각 시스템은, 냉각수가 저장되는 리저버 탱크, 냉각수를 순환시키기 위해 압송하는 전동식 워터펌프, 냉각수의 방열을 위한 라디에이터 및 쿨링팬, 냉각수의 냉각을 위한 칠러(chiller), 냉각수의 가열을 위한 냉각수 히터, 냉각수의 압송을 위한 전동식 워터펌프, 냉각수의 유동을 제어하기 위한 밸브들, 그리고 이들 부품 사이를 연결하는 냉각수 라인을 포함하여 구성되는 냉각 회로, 상기 냉각 회로의 냉각수 온도 및 냉각수 유동 제어를 수행하는 제어기로 구성된다.

전기자동차의 냉각 시스템은 차량 구동을 위한 전력전자 부품, 및 이 전력전자 부품에 작동 전력을 공급하는 배터리의 냉각수 유로를 따라 냉각수를 순환시켜 전력전자 부품과 배터리의 온도를 제어한다. 또한, 냉각 시스템은 필요에 따라 전력전자 부품과 배터리를 분리하여 개별 냉각하거나 또는 전력전자 부품과 배터리를 통합하여 냉각하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 냉각 시스템은 3-웨이(3-way) 밸브의 작동을 제어하여 냉각수의 유동 방향을 제어할 수 있다.

최근 전기자동차에서는, 차량의 항속거리를 증가시키고 전비를 향상시키기 위해, 차량 전단부에 2개의 라디에이터를 배치하고 각 라디에이터를 순환하는 병렬의 냉각수 라인을 구성하여, 전력전자 부품과 배터리를 분리하여 냉각하는 냉각 시스템이 개발되고 있다.

그러나 공지의 병렬형 분리 냉각 시스템에서는 부품의 모듈화 관점에서 어느 정도 최적화되어 있으나, 배관이 복잡하여 배관 경로의 간섭이 발생할 수 있고, 이에 한정된 PE 룸 안에 배관을 배치하는데 어려움이 있다. 또한, 모듈화를 통해 중량 저감 및 사이즈 축소는 달성하였으나, 배관 과다 및 복잡성으로 인해 조립성 측면에서 불리함이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 냉매 배관의 단순화 및 배관 수 축소를 도모할 수 있고, PE 룸 내 부품 배치 및 레이아웃은 물론 조립성이 개선될 수 있는 전기자동차의 열관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 압축기, 외부 응축기, 제1 팽창밸브, 증발기를 포함하는 에어컨 시스템, 라디에이터와 전동식 워터펌프를 포함하고 냉각수를 이용하여 전력전자 부품을 냉각하는 냉각 시스템, 및 에어컨 시스템의 냉매를 이용하여 차량 실내를 난방하는 히트 펌프 시스템을 포함하는 전기자동차의 열관리 시스템에 있어서, 상기 히트 펌프 시스템은, 압축기에 의해 압축된 냉매가 통과하도록 구비되어 압축된 냉매와의 열교환을 통해 공조용 공기를 가열하는 내부 응축기, 내부 응축기와 외부 응축기 사이의 냉매 라인에 설치되고 냉각 시스템의 냉각수 라인이 통과하도록 구비되어 냉각수와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기, 및 내부 응축기와 열교환기 사이의 냉매 라인에 설치되는 제2 팽창밸브를 포함하며, 상기 내부 응축기와 열교환기 사이의 냉매 라인으로부터 분기되어 증발기 전단의 냉매 라인으로 연결되고 상기 내부 응축기와 열교환기 사이의 냉매 라인으로부터 분배된 냉매가 흐르는 제습 라인, 및 상기 제습 라인에 설치되어 개폐 작동되는 제1 밸브를 더 포함하고, 상기 제습 라인과 제1 밸브는 전력전자 부품이 설치되는 차량의 PE(Power Electronic) 룸 내에서 차량 전후 방향 기준으로 후방 위치인 대시 패널 측 주변에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 열관리 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 열관리 시스템은, 상기 열교환기의 출구 또는 이 출구에서 외부 응축기로 연결된 냉매 라인에 설치되는 3-웨이 밸브 형태의 제2 밸브, 및 상기 열교환기와 외부 응축기 사이의 냉매 라인에서 상기 제2 밸브를 통해 분기되어 압축기 전단의 냉매 라인으로 연결되는 연결 라인을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 밸브 및 제2 팽창밸브는 열교환기와 모듈화된 상태로 상기 PE 룸 내에서 차량 전후 방향 기준으로 전방 위치에 배치될 수 있다.

또한, 상기 PE 룸 내에서 차량 전후 방향 기준으로 후방 위치에 배치되는 내부 응축기와 상기 제2 팽창밸브 사이를 연결하는 냉매 라인이, 상기 PE 룸 내에서 차량 전후 방향으로 연장될 수 있다.

또한, 상기 제1 팽창밸브는 밸브 바디를 관통하는 바이패스 통로를 가지며, 상기 제습 라인은 상기 내부 응축기와 제2 팽창밸브 사이의 냉매 라인으로부터 분기되어 상기 증발기 전단에 위치한 제1 팽창밸브의 바이패스 통로 입구에 직결됨으로써, 상기 제습라인을 통해 바이패스 통로로 유입된 냉매가 바이패스 통로를 통과하는 동안 팽창되어 증발기에 공급될 수 있도록 된 것일 수 있다.

또한, 상기 제1 팽창밸브는, 상기 바이패스 통로를 가지는 바이패스 팽창밸브에, 외부 응축기로부터 연장된 냉매 라인이 연결되는 솔레노이드 밸브가 일체로 결합된, 솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브일 수 있다.

또한, 상기 제습 라인은 내부 응축기와 제2 팽창밸브 사이의 냉매 라인으로부터 분기되어 제1 팽창밸브와 증발기 사이의 냉매 라인으로 연결되고, 상기 제습 라인에는 오리피스부가 설치되어, 제습 라인에서 냉매가 오리피스부를 통과하는 동안 팽창되어 증발기에 공급될 수 있도록 된 것일 수 있다.

또한, 상기 제2 밸브가 열교환기와 모듈화된 상태로 상기 PE 룸 내에서 차량 전후 방향 기준으로 전방 위치에 배치되는 것일 수 있다.

또한, 상기 제2 팽창밸브가 상기 PE 룸 내에서 차량 전후 방향 기준으로 후방 위치인 대시 패널 측 주변에 배치되는 것일 수 있다.

또한, 상기 PE 룸 내에서 열교환기와 제2 팽창밸브 사이를 연결하는 냉매 라인이 PE 룸 내에서 차량 전후 방향으로 연장되는 것일 수 있다.

또한, 상기 제습 라인은 제2 팽창밸브와 열교환기 사이의 냉매 라인으로부터 분기되어 제1 팽창밸브와 증발기 사이의 냉매 라인으로 연결되는 것일 수 있다.

또한, 상기 수냉식 냉각 시스템은, 배터리를 제외한 전력전자 부품을 냉각하기 위한 제1 냉각 회로; 및 상기 배터리를 냉각하기 위한 제2 냉각 회로를 포함하고, 상기 제1 냉각 회로와 제2 냉각 회로는 냉각수 방열을 위한 라디에이터와 냉각수 순환을 위한 전동식 워터펌프를 각각 별도로 가지는 것일 수 있다.

또한, 상기 제1 냉각 회로에 의해 냉각되는 전력전자 부품은 차량 구동하는 모터, 상기 모터를 구동하기 위한 인버터, 배터리 충전을 위한 차량 내 충전장치(OBC) 및 저전압 DC-DC 컨버터 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.

이로써, 본 발명에 따른 전기자동차의 열관리 시스템에 의하면, 냉매 배관의 단순화 및 배관 수 축소를 도모할 수 있고, PE 룸 내 부품 배치 및 레이아웃은 물론 조립성이 개선될 수 있게 된다. 특히, 제습 라인과 이 제습 라인의 유로를 개폐하는 밸브, 또는 이에 더하여 열교환기 입구 측의 팽창밸브까지 PE 룸 내 후방의 대시 패널 측 인근에 배치하여 패키징함으로써, 냉매 라인의 배관 한 가닥만이 PE 룸 내 전후로 배치될 수 있고, 이를 통해 PE 룸 내 냉매 라인과 제습 라인의 배관 두 가닥이 PE 룸 내 전후로 배치될 경우에 비해 배관 경로의 간섭 발생을 방지할 수 있게 된다. 또한, 제습 라인의 길이 축소로 중량 및 원가 절감이 가능해진다.

도 1은 비교예의 전기자동차용 열관리 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 비교예의 열관리 시스템에서 차량의 냉방모드 및 난방모드에 따른 작동 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 비교예의 열관리 시스템이 가지는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 여러 실시예에 따른 열관리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 6 및 도 7의 실시예에서 PE 룸 패키지 레이아웃 구성을 나타내는 도면이다.
도 10과 도 11은 본 발명의 실시예에서 이용될 수 있는 솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브를 도시한 도면이다.
도 12는 도 8의 실시예에서 PE 룸 패키지 레이아웃 구성을 나타내는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 전기자동차에서 차량 전반의 열관리를 수행하기 위한 열관리 시스템에 관한 것으로서, 냉매 배관의 단순화 및 배관 수 축소를 도모할 수 있고, PE 룸 내 부품 배치 및 레이아웃은 물론 조립성이 개선될 수 있는 전기자동차의 열관리 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해 비교예의 열관리 시스템의 구성과 문제점에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 비교예의 전기자동차용 열관리 시스템을 도시한 구성도로서, 열관리를 수행하는 부품들, 그리고 냉각수와 냉매가 흐르는 냉각수 라인(114,127)과 냉매 라인(155)을 포함하는 냉각 회로가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 전기자동차의 열관리 시스템은, 공기조화장치의 에어컨 시스템(140)과 함께, 차량 구동력을 제공하는 전력전자 부품(Power Electronic, PE)(여기서는 배터리를 포함하는 의미임)의 열관리와 냉각을 수행하는 수냉식 냉각 시스템을 포함한다. 여기서, 냉각 시스템은 전력전자 부품을 순환하는 냉각수를 냉각하거나 가열하여 전력계통의 열을 관리할 수 있도록 구성된다.

냉각 시스템은, 냉각수가 저장되는 리저버 탱크(111,121), 냉각수 순환을 위해 냉각수를 압송하는 전동식 워터펌프(112,122,123), 냉각수의 방열을 위한 라디에이터(113,124) 및 쿨링팬(130), 냉각수의 냉각을 위한 칠러(125), 냉각수의 가열을 위한 냉각수 히터(126), 냉각수의 유동을 제어하기 위한 밸브(116,129)들, 그리고 이들 부품 사이를 연결하는 냉각수 라인(114,127)을 포함하여 구성되는 냉각 회로(110,120)와, 상기 냉각 회로(110,120)의 냉각수 온도 및 냉각수 유동 제어를 수행하는 제어기(미도시)를 포함한다. 여기서, 제어기는 전동식 워터펌프(112,122,123), 냉각수 히터(126), 후술하는 내부 히터(142), 압축기(144), 쿨링팬(130), 개폐 도어(143) 등의 작동을 제어하고, 더불어 열관리 시스템의 밸브(116,129,147,159,162)들을 제어한다. 예컨대, 제어기는 3-웨이(3-way) 밸브인 제3 밸브(116)와 제4 밸브(129)의 작동을 제어하여 냉각수의 유동 방향을 제어할 수 있다.

상기 냉각 시스템은 차량 구동을 위한 전력전자 부품(171-175), 및 이 전력전자 부품에 작동 전력을 공급하는 배터리(176)의 냉각수 유로를 따라 냉각수를 통과시켜 전력전자 부품(171-175)과 배터리(176)의 온도를 제어한다. 또한, 냉각 시스템은 필요에 따라 전력전자 부품(171-175)과 배터리(176)를 분리하여 개별 냉각하거나 또는 전력전자 부품과 배터리를 통합하여 냉각하도록 구성될 수 있다.

도 1의 열관리 시스템에서, 냉각 시스템은, 차량의 항속거리를 증가시키고 전비를 향상시키기 위해, 차량 전단부에 2개의 라디에이터(111,121)를 배치하고, 각 라디에이터를 순환하는 병렬의 냉각수 라인(114,127)을 구성하여, 전력전자 부품(PE)(171-175)과 배터리(176)를 분리하여 냉각할 수 있도록 한 병렬형 분리 냉각 시스템이다.

여기서, 냉각 대상이 되는 전력전자 부품은, 차량을 구동하기 위한 구동원인 전륜 모터(175)와 후륜 모터(174), 이 전륜 모터(175)와 후륜 모터(174)를 각각 구동하고 제어하기 위한 전륜 인버터(171)와 후륜 인버터(172), 배터리(176)를 충전하기 위한 차량 내 충전장치(On-Board Charger, OBC) 및 저전압 DC-DC 컨버터(Low voltage DC-DC Conveter, LDC)(173)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 두 개의 라디에이터, 즉 제1 라디에이터(113)와 제2 라디에이터(124)에 개별적으로 냉각수 라인(114,127)이 연결됨을 볼 수 있다. 제1 라디에이터(113)와 제2 라디에이터(124)는 쿨링팬(130)에 의해 흡입되는 외기와 각 라디에이터 내 냉각수 사이의 열교환에 의해 각 냉각수 라인(114,127)을 순환하는 냉각수로부터 열을 방출하고 냉각수를 냉각한다.

병렬형 분리 냉각 시스템에서, 운전 온도(냉각수 온도)에 따라, 상기 제1 라디에이터(113)는 상대적으로 고온의 냉각수를 통과시켜 방열 및 냉각하는 고온 라디에이터이다. 상기 제2 라디에이터(124)는 제1 라디에이터(113)에 비해 상대적으로 저온의 냉각수를 통과시켜 방열 및 냉각하는 저온 라디에이터이다. 이때, 저온 라디에이터인 제2 라디에이터(124)가 고온 라디에이터인 제1 라디에이터(113)의 전방에 배치될 수 있다.

상기 제1 라디에이터(113)와 제1 리저버 탱크(111), 전륜 인버터(171)와 후륜 인버터(172), 차량 내 충전장치(OBC) 및 저전압 DC-DC 컨버터(LDC)(173), 후륜 모터(174) 및 전륜 모터(175) 등의 전력전자 부품 사이에는 냉각수가 순환될 수 있도록 제1 냉각수 라인(114)이 연결된다. 또한, 제1 냉각수 라인(114)에는 냉각수 순환을 위해 냉각수를 압송하는 제1 전동식 워터펌프(112)가 설치되고, 제1 라디에이터(113) 전단 및 후단의 냉각수 라인 사이를 연결하는 제1 바이패스 라인(115), 및 제1 라디에이터(113)로 냉각수를 선택적으로 흐르게 하기 위한 제3 밸브(116)가 설치된다. 여기서, 제3 밸브(116)는 유량 분배가 가능한 3-웨이(3-way) 밸브일 수 있다. 이로써, 제1 냉각수 라인(114)을 통해 냉각수를 순환시켜 전력전자 부품(171-175)들을 냉각하는 제1 냉각 회로(110)가 구성된다. 상기 제1 냉각 회로(110)에 의해 냉각되는 전력전자 부품은 차량 구동하는 모터, 상기 모터를 구동하기 위한 인버터, 배터리 충전을 위한 차량 내 충전장치(OBC) 및 저전압 DC-DC 컨버터 중 적어도 하나를 포함하는 것이 될 수 있다.

제1 냉각 회로(110)에서는 제1 전동식 워터펌프(112)에 의해 압송된 냉각수가 제1 냉각수 라인(114)을 따라 순환하면서 전륜 인버터(171), 후륜 인버터(172), 충전장치(OBC) 및 저전압 DC-DC 컨버터(LDC)(173), 후륜 모터(174), 전륜 모터(175) 등의 전력전자 부품들을 차례로 통과한다. 냉각수가 전력전자 부품(171-175)들을 통과하는 동안 각 전력전자 부품을 차례로 냉각하며, 전력전자 부품(171-175)들을 냉각한 고온의 냉각수는 제1 라디에이터(113)를 통과하는 동안 공기와의 열교환 및 방열을 통해 냉각된다.

한편, 제2 라디에이터(124)와 제2 리저버 탱크(121), 배터리(176), 냉각수 히터(126), 칠러(125) 사이에 냉각수가 순환되도록 제2 냉각수 라인(127)이 연결된다. 여기서, 배터리(176)는 전륜 모터(175)와 후륜 모터(174) 등 전력전자 부품들에 작동 전력을 공급한다. 이를 위해, 도면에 전기 배선에 대해서는 도시를 생략하였으나, 배터리(176)가 전력전자 부품(171-175)들에 전기 배선을 통해 연결된다. 예를 들면, 배터리(176)는 전륜 인버터(171)와 후륜 인버터(172)를 통해 각각 전륜 모터(175)와 후륜 모터(174)에 충방전 가능하게 연결된다. 또한, 배터리(176)는 차량 내 충전장치(OBC) 및 저전압 DC-DC 컨버터(173)에 전기 배선을 통해 연결된다.

또한, 제2 냉각수 라인(127)에는 냉각수 순환을 위해 냉각수를 압송하는 전동식 워터펌프(122,123)가 설치되고, 제2 라디에이터(124) 전단 및 후단의 냉각수 라인 사이를 연결하는 제2 바이패스 라인(128), 및 제2 라디에이터(124)로 냉각수를 선택적으로 흐르게 하기 위한 제4 밸브(129)가 설치된다. 여기서, 제4 밸브(129)는 유량 분배가 가능한 3-웨이 밸브일 수 있다. 이로써, 제2 냉각수 라인(127)을 통해 냉각수를 순환시켜 배터리(176)를 냉각하는 제2 냉각 회로(120)가 구성된다. 제2 냉각 회로(120)에서는 복수 개의 전동식 워터펌프, 즉 제2 전동식 워터펌프(122)와 제3 전동식 워터펌프(123)가 제2 냉각수 라인(127)에 설치될 수 있다.

이러한 제2 냉각 회로(120)에서는 전동식 워터펌프(122,123)에 의해 압송된 냉각수가 제2 냉각수 라인(127)을 따라 순환하면서 배터리(176)를 통과하고, 냉각수가 배터리(176)를 통과하는 동안 냉각수에 의해 배터리(176)가 냉각된다. 또한, 배터리(176)를 냉각한 고온의 냉각수는 제2 라디에이터(124)를 통과하는 동안 공기와의 열교환 및 방열을 통해 냉각된다.

이와 같이 배터리(176)를 냉각한 냉각수의 온도는 전력전자 부품(171-175)을 냉각한 냉각수의 온도에 비해서는 상대적으로 저온이다. 따라서, 상대적으로 저온의 냉각수 방열이 이루어지는 제2 라디에이터(124)는 저온 라디에이터라 할 수 있고, 상대적으로 고온의 냉각수 방열이 이루어지는 제1 라디에이터(113)는 고온 라디에이터라 할 수 있다.

도 1에서 도면부호 126은 냉각수 히터(126)로서, 이는 배터리(176)와 칠러(125) 사이의 제2 냉각수 라인(127)에 설치된다. 냉각수 히터(126)는 배터리(176)의 승온이 요구될 경우 온(on) 작동되며, 제2 냉각수 라인(127)을 따라 순환되는 냉각수를 가열하여 가열된 냉각수가 배터리(176) 내 냉각수 유로로 유입될 수 있도록 한다. 냉각수 히터(126)는 전력을 공급받아 작동하는 전기식 히터일 수 있다.

또한, 비교예의 열관리 시스템은 에어컨 시스템(140)을 포함할 수 있다. 에어컨 시스템(140)은, 냉매를 압축하는 압축기(144), 압축기(144)에서 압축된 냉매를 응축하여 액화시키는 외부 응축기(146), 외부 응축기(146)에서 응축되어 액화된 냉매를 급속히 팽창시키는 제1 팽창밸브(147), 그리고 제1 팽창밸브(147)에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 자동차 실내로 송풍되는 공기를 냉각하는 증발기(153) 등을 주요한 구성요소로 포함한다.

여기서, 외부 응축기(146)는 차량 전단부에 배치되어 외기가 통과하도록 구비된다. 이때, 공조 케이스(141)의 내부에서 증발기(153)의 후방으로 내부 응축기(145)가 배치되고, 이에 미도시된 공조 블로어에 의해 송풍되는 공기가 증발기(153)와 내부 응축기(145)를 차례로 통과한 뒤 차량 실내로 토출될 수 있도록 되어 있다. 도면부호 142는 선택적으로 작동하는 내부 히터(PTC 히터)(142)를 나타내고, 내부 히터(142)는 실내 난방을 위한 것이다.

이로써, 난방 모드에서는 내부 히터(142)를 작동시켜 공조 블로어에 의해 송풍되는 공기가 내부 히터에 의해 가열된 뒤 차량 실내로 토출되도록 하고, 이에 차량 실내 난방이 이루어질 수 있다. 반면, 냉방 모드에서는 압축기(144)를 작동시켜 냉매를 순환시킴으로써 공조 블로어에 의해 송풍되는 공기가 증발기(153)에 의해 냉각(냉매와의 열교환)된 뒤 차량 실내로 토출되도록 하고, 이에 차량 실내 냉방이 이루어질 수 있다.

또한, 공조 케이스(141) 내에서 증발기(153)와 내부 응축기(145) 사이에는 개폐 도어(143)가 배치되고, 이 개폐 도어(143)는 내부 응축기(145)를 통과하는 통로를 선택적으로 개폐한다. 개폐 도어(143)의 작동에 있어서, 차량의 난방 모드에서는 증발기(153)를 통과한 공기가 내부 응축기(145)와 내부 히터(142)를 통과하도록 개방되고, 차량의 냉방 모드에서는 증발기(153)를 통과하면서 냉각된 공기가 내부 응축기(145)와 내부 히터(142)를 거치지 않고 바로 차량 실내로 토출되도록 내부 응축기(145)와 내부 히터(142) 측을 폐쇄한다.

에어컨 시스템(140)에서, 압축기(144), 외부 응축기(146), 제1 팽창밸브(147), 증발기(153) 사이에는 냉매가 순환되도록 냉매 라인(155)이 연결되며, 외부 응축기(146)는 차량 전단부에서 제1 라디에이터(113) 및 제2 라디에이터(124)의 전방에 배치될 수 있다. 또한, 압축기(144)와 증발기(153) 사이의 냉매 라인(155)에는 어큐뮬레이터(accumulator)(154)가 설치될 수 있다.

또한, 내부 응축기(145)가 냉매 라인(155)을 통해 외부 응축기(146)에 연결될 수 있고, 내부 응축기(145)는 압축기(144)와 외부 응축기(146) 사이의 냉매 라인(155)에 배치될 수 있다. 내부 응축기(145)는 공조 케이스(141)의 내부에서 증발기(153)의 후방 및 내부 히터(142)의 전방으로 배치될 수 있는데, 도 1을 참조하면 증발기(153)와 내부 히터(142) 사이에 내부 응축기(145)가 배치됨을 볼 수 있다.

결국, 에어컨 시스템(140)에서는 냉매가 압축기(144), 내부 응축기(145), 외부 응축기(146), 제1 팽창밸브(147), 증발기(153), 어큐뮬레이터(154), 그리고 다시 압축기(144)의 경로로 순환하게 된다. 압축기(144)는 내부 응축기(145)와 증발기(153) 사이의 냉매 라인(155)에 설치되어 기체 상태의 냉매를 고온, 고압으로 압축한다. 어큐뮬레이터(154)는 압축기(144)와 증발기(153) 사이의 냉매 라인(155)에 설치되어 압축기(144)에 기체 상태의 냉매만이 공급되도록 함으로써 압축기(144)의 효율 및 내구성을 향상시킨다.

외부 응축기(146)는 내부 응축기(145)와 냉매 라인(155)을 통해 연결되고, 압축기(144)로부터 압축된 냉매를 내부 응축기(145)를 통해 공급받아 쿨링팬(130)에 의해 흡입된 외기와 상호 열교환시켜 응축한다. 제1 팽창밸브(147)는 외부 응축기(146)에 의해 응축된 냉매를 공급받아 팽창시키며, 제1 팽창밸브(147)를 통과한 저온, 저압의 냉매는 증발기(153)로 공급된다. 이에 증발기(153)에서 제1 팽창밸브(147)에 의해 팽창된 냉매와 공조 블로어에 의해 송풍되는 공기 간 열교환이 이루어지며, 열교환을 통해 냉각된 공기가 차량 실내로 토출되어 실내 냉방이 이루어지게 된다. 제1 팽창밸브(147)는 솔레노이드 밸브 일체형 팽창밸브가 될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 비교예의 열관리 시스템은 배터리(176)의 냉각을 위해 제2 냉각수 라인(127)을 따라 순환하는 냉각수를 냉매와의 열교환을 통해 냉각하는 칠러(chiller)(125)를 포함한다. 상기 칠러(125)는 제2 냉각수 라인(127)과 냉매 라인(155)에 설치될 수 있다. 보다 구체적으로는, 칠러(125)는 배터리(176)를 냉각하기 위한 제2 냉각수 라인(127)과 에어컨 시스템(140)의 냉매 라인(155)에 설치될 수 있다. 여기서, 칠러(125)가 설치되는 냉매 라인(155)은 에어컨 시스템(140)의 냉매 라인(155)으로부터 분기된 별도의 분기 냉매 라인(156,157)이 될 수 있다.

여기서, 칠러(125)가 설치되는 분기 냉매 라인(156,157)은 외부 응축기(146)와 제1 팽창밸브(147) 사이의 냉매 라인(155)으로부터 분기되어 증발기(153)와 어큐뮬레이터(154) 사이의 냉매 라인(155)으로 연결되는 분기 라인일 수 있다. 이때, 칠러(125)의 냉매 입구는 제3 팽창밸브(152) 및 입구측 분기 냉매 라인(156)을 통해 외부 응축기(146)와 제1 팽창밸브(147) 사이의 냉매 라인(155)으로 연결된다. 또한, 칠러(125)의 냉매 출구는 출구측 분기 냉매 라인(157)을 통해 증발기(153)와 어큐뮬레이터(154) 사이의 냉매 라인(155)으로 연결된다. 상기 입구측 분기 냉매 라인(156)은 외부 응축기(146)와 제1 팽창밸브(147) 사이의 냉매 라인(155)으로부터 분기되어 제3 팽창밸브(152)를 통해 칠러(125)의 냉매 입구로 연결되는 분기 냉매 라인(156,157)이고, 출구측 분기 냉매 라인(157)은 증발기(153)와 어큐뮬레이터(154) 사이의 냉매 라인(155)으로부터 분기되어 칠러(125)의 냉매 출구로 연결되는 분기 냉매 라인(156,157)이다.

제3 팽창밸브(152)는 칠러(125)의 냉매 입구나 입구측 분기 냉매 라인(156)에 설치될 수 있고, 냉방 모드 시 냉매 라인(155)으로부터 분기된 입구측 분기 냉매 라인(156)을 통해 칠러(125)로 유입되는 냉매를 팽창시킨다. 이에 입구측 분기 냉매 라인(156)을 통해 제3 팽창밸브(152)로 유입된 냉매가 팽창과 동시에 온도가 저하된 상태로 칠러(125)에 유입될 수 있게 된다. 이에 따라 외부 응축기(146)에 의해 응축된 냉매가 냉매 라인(155)으로부터 입구측 분기 냉매 라인(156)을 통해 제3 팽창밸브(152)로 유입되고, 제3 팽창밸브(152)를 통과하는 동안 팽창된 저온, 저압의 냉매가 칠러(125)로 유입되면, 이어 냉매는 칠러(125)의 내부를 통과한 뒤 출구측 분기 냉매 라인(157)을 통해 다시 냉매 라인(155)으로 배출된다.

전술한 바와 같이, 칠러(125)는 제2 냉각수 라인(127)에 설치된다. 이에 칠러(125)의 내부에는 배터리(176)의 냉각을 위해 제2 냉각수 라인(127)을 따라 순환하는 냉각수가 통과하도록 되어 있다. 결국, 칠러(125)의 내부를 통과하는 냉각수와 저온의 냉매 사이에 열교환이 이루어질 수 있고, 칠러(125)에서 냉매와의 열교환에 의해 냉각된 냉각수가 제2 냉각수 라인(127)을 따라 순환될 수 있으며, 냉각된 냉각수에 의해 배터리(176)가 냉각될 수 있다.

그리고 비교예의 열관리 시스템은, 제2 냉각수 라인(127)에 설치되어 냉각수와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기, 즉 상기 칠러(125)와 별도로, 상기 제1 냉각수 라인(114) 및 제2 냉각수 라인(127)과 냉매 라인(155) 사이에 설치되어 냉각수와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기(158)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 냉각수 라인(114)에서 열교환기(158)가 설치되는 위치는 전력전자 부품(171-175)들을 통과한 냉각수가 제1 라디에이터(113)로 흐르는 냉각수 라인, 즉 전력전자 부품(171-175)들로부터 제1 라디에이터(113)의 입구로 연결되는 라디에이터 전단의 냉각수 라인이 될 수 있다. 또한, 제2 냉각수 라인(127)에서 열교환기(158)가 설치되는 위치는 칠러(125)를 통과한 냉각수가 제2 라디에이터(124)로 흐르는 냉각수 라인, 즉 칠러(125)로부터 제2 라디에이터(124)의 입구로 연결되는 라디에이터 전단의 냉각수 라인이 될 수 있다.

또한, 냉매 라인(155)에서 열교환기(158)가 설치되는 위치는 내부 응축기(145)와 외부 응축기(146) 사이의 냉매 라인이 될 수 있다. 이때, 열교환기(158)의 입구가 냉매 라인(155)을 통해 내부 응축기(145)에 연결되고, 열교환기(158)의 출구가 냉매 라인(155)을 통해 외부 응축기(146)에 연결된다.

또한, 열교환기(158)의 입구에 연결된 입구측 냉매 라인(155)에 제2 팽창밸브(151)가 설치될 수 있다. 또한, 입구측 냉매 라인(155)에서 제습 라인(161)이 분기되어 제1 팽창밸브(147)와 증발기(153) 사이의 냉매 라인(155)으로 연결될 수 있다. 상기 입구측 냉매 라인(155)에서 제습 라인(161)이 분기되는 위치는 열교환기(158)의 입구와 제2 팽창밸브(151) 사이의 냉매 라인이 될 수 있다. 이에 제습 라인(161)은 열교환기(158)의 입구와 제2 팽창밸브(151) 사이의 냉매 라인(155)으로부터 제1 팽창밸브(147)와 증발기(153) 사이의 냉매 라인(155)으로 연결되는 별도 냉매 라인이 된다.

그리고 상기 열교환기(158)의 출구 또는 이 출구에서 외부 응축기(146)로 연결되는 냉매 라인(155)에는 제2 밸브(159)가 설치될 수 있고, 제2 밸브(159)는 3-웨이(3-way) 밸브일 수 있다. 또한, 열교환기(158)의 입구측 냉매 라인(155)으로부터 분기된 제습 라인(161)에는 제1 밸브(162)가 설치될 수 있고, 제1 밸브(162)는 냉매 라인(155)을 개폐하는 2-웨이(2-way) 밸브일 수 있다.

또한, 상기 제2 밸브(159)에는 증발기(153)와 어큐뮬레이터(154) 사이의 냉매 라인(155)으로 연결되는 별도의 연결 라인(160)이 연결된다. 즉, 열교환기(158)의 출구측에 위치되는 상기 제2 밸브(159)에는 열교환기(158)의 출구와 상기 연결 라인(160), 그리고 외부 응축기(146)로의 냉매 라인(155)이 연결된다.

이와 같은 제2 밸브(159)는 열교환기(158)를 통과한 냉매의 유동 방향을 제어하는데, 열교환기(158)를 통과한 냉매를 연결 라인(160)과 외부 응축기(146)로의 냉매 라인(155) 중 선택된 하나로만 흐르도록 냉매의 유동 방향을 제어할 수 있다. 상기 연결 라인(160)은 열교환기(158)를 통과한 냉매를 외부 응축기(146)를 통과하지 않도록 바이패스 시키는 일종의 바이패스 라인이라 할 수 있다.

열관리 시스템에서 상기한 열교환기(158), 제2 팽창밸브(151), 그리고 3-웨이 밸브인 제2 밸브(159)와 2-웨이 밸브인 제1 밸브(162)는 회로상 모두 인접하게 배치되므로 전체가 모듈화될 수 있다.

또한, 열관리 시스템에서 열교환기(158)는 냉방 모드 시 수냉식 응축기의 역할을 한다. 즉, 냉각수에 의해 냉매의 응축이 이루어지도록 하는 것이다. 냉방 모드 시, 제1 냉각수 라인(114)과 제2 냉각수 라인(127)을 따라 흐르는 냉각수가 열교환기(158)를 통과하고, 내부 응축기(145)를 통과한 냉매가 냉매 라인(155) 및 제2 팽창밸브(151)를 통해 열교환기(158)를 통과하는 동안, 냉각수와 냉매 간의 열교환이 이루어지는데, 이때의 열교환은 열이 냉매에서 냉각수로 전달되어 냉각수에 의한 냉매의 추가적인 응축(냉매 냉각)이 이루어지도록 하는 열교환이다.

반면, 난방 모드 시, 제1 냉각수 라인(114)과 제2 냉각수 라인(127)을 따라 흐르는 냉각수가 열교환기(158)를 통과하고, 내부 응축기(145)를 통과한 뒤 냉매 라인(155) 및 제2 팽창밸브(151)를 통해 공급된 냉매가 열교환기(158)를 통과하는 동안, 냉각수와 냉매 간의 열교환이 이루어지는데, 이때의 열교환은 열이 냉각수에서 냉매로 전달되어 냉각수에 의한 냉매의 가열이 이루어지도록 하는 열교환이다. 이와 같이 난방 모드 시에는 열교환기(158)가 냉각수의 열이 냉매로 전달되도록 하여 냉각수 및 냉매를 통해 폐열을 회수하는 폐열 회수 칠러의 역할을 한다. 또한, 난방 모드 시에는 열관리 시스템에서 냉각수와 냉매가 순환하는 구성들이 히트 펌프 시스템으로 작동하고, 히트 펌프 시스템으로 작동하는 동안 전력전자 부품(171-175)과 배터리(176)의 폐열을 냉각수와 냉매를 통해 회수하여 내부 응축기(145)를 통해 차량 실내 난방에 이용할 수 있게 된다.

상기 히트 펌프 시스템은, 공조 케이스(141) 내에 설치되어 에어컨 시스템의 압축기(144)에 의해 압축된 냉매가 통과하도록 구비된 내부 응축기(145), 상기 냉각 시스템의 냉각수 라인(114,127)과 상기 내부 응축기(145)에서 외부 응축기(146)로 연결되는 냉매 라인(155)이 통과하도록 구비되어 냉각수와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기(158), 및 상기 내부 응축기(145)와 열교환기(158) 사이의 냉매 라인(155)에 설치되는 제2 팽창밸브(151)를 포함한다.

한편, 도 2 내지 도 4는 비교예의 열관리 시스템에서 차량의 냉방모드 및 난방모드에 따른 작동 상태를 나타내는 도면이다.

도 2는 차량의 냉방 모드에서 열관리 시스템의 작동 상태를 나타낸 것으로, 제1 냉각 회로(110)와 제2 냉각 회로(120)를 통해 냉각수가 순환되고, 이러한 냉각수의 순환을 통하여 전륜 인버터(171), 후륜 인버터(172), 충전장치(OBC) 및 저전압 DC-DC 컨버터(LDC)(173), 전륜 모터(175) 및 후륜 모터(174) 등 전력전자 부품들과 배터리(176)의 냉각이 이루어지게 된다.

또한, 차량 실내 냉방을 위해 에어컨 시스템(140)이 작동하며, 냉방 시 압축기(144)가 작동하는 동안 냉매가 냉매 라인(155)을 통해 순환하게 된다. 이때, 냉매가 압축기(144)에 의해 고온, 고압으로 압축된 뒤 내부 응축기(145)를 거쳐 열교환기(158)와 외부 응축기(146)를 차례로 통과하는데, 냉매가 열교환기(158)와 외부 응축기(146)를 통과하는 동안 응축된다. 이어 응축된 냉매는 제1 팽창밸브(147)를 통과하면서 저온, 저압으로 팽창되고, 저온, 저압으로 팽창된 냉매는 증발기(153)를 통과한 뒤 어큐뮬레이터(154)를 거쳐 다시 압축기(144)로 순환된다. 이와 같이 냉매가 증발기(153)를 통과하는 동안, 증발기(153)에서는 공조 블로어에 의해 송풍되는 공기와 냉매 간의 열교환이 이루어진다. 이때, 증발기(153)에서 냉매의 증발이 이루어지는 동안 냉매의 증발 잠열에 의해 공기가 냉각되고, 냉각된 공기가 차량 실내로 토출됨으로서 차량 실내 냉방이 이루어지게 된다.

상기와 같이 냉방 모드 시 냉매가 압축기(144), 내부 응축기(145), 열교환기(158), 외부 응축기(146), 제1 팽창밸브(147), 증발기(153), 어큐뮬레이터(154) 사이의 냉매 라인(155)을 따라 순환하는 동안, 열교환기(158)에서는 압축기(144)에 의해 고온, 고압으로 압축된 냉매가 통과하면서 제1 냉각 회로(110) 및 제2 냉각 회로(120)의 냉각수에 의해 냉각 및 응축된다. 또한, 압축기(144)에 의해 고온, 고압으로 압축된 냉매는 내부 응축기(145), 열교환기(158), 외부 응축기(146)를 통과한 뒤 제1 팽창밸브(147)를 통과하기 전까지는 고압 상태를 유지하다가 제1 팽창밸브(147)에서 저온, 저압 상태가 되어 증발기(153)로 공급된다. 상기 증발기(153)를 통과한 냉매는 저압 상태로 어큐뮬레이터(154)를 거쳐 압축기(144)로 순환된다.

그리고 냉방 모드에서는 외부 응축기(146)를 통과한 냉매 중 일부가 분기 냉매 라인(156)으로 분배되어 제3 팽창밸브(152)를 통해 칠러(125)로 공급되며, 이때 냉매는 제3 팽창밸브(152)를 통과하는 동안 저온, 저압 상태가 되어 칠러(125)로 유입되고, 칠러(125)에서 저온, 저압 상태의 냉매와 제2 냉각 회로(120)의 냉각수 간 열교환이 이루어진다. 이에 제2 냉각 회로(120)의 냉각수가 칠러(125)에서 냉매에 의해 냉각될 수 있으며, 이때 냉각된 냉각수가 배터리(176)를 냉각하는데 이용된다.

도 2를 참조하면, 냉방 모드에서 개폐 도어(143)가 내부 응축기(145) 및 내부 히터(142)측 통로를 폐쇄함을 볼 수 있다. 즉, 차량의 냉방 모드에서는 제1 팽창밸브(147)에 의해 저온, 저압으로 팽창된 냉매가 증발기(153)를 통과하므로 공조 블로어에 의해 송풍된 공기가 증발기(153)를 통과하면서 냉각되고, 이때 냉각된 공기가 내부 응축기(145)와 내부 히터(142)를 거치지 않고 바로 차량 실내로 토출될 수 있도록 개폐 도어(143)가 내부 응축기(145) 및 내부 히터(142)측 통로를 폐쇄한다.

다음으로, 도 3은 차량의 난방 모드에서 열관리 시스템의 작동 상태를 나타낸 것으로, 난방 모드에서도 제1 냉각 회로(110)와 제2 냉각 회로(120)를 통해 냉각수가 순환되고, 이러한 냉각수의 순환을 통해 전륜 인버터(171), 후륜 인버터(172), 충전장치(OBC) 및 저전압 DC-DC 컨버터(LDC)(173), 전륜 모터(175) 및 후륜 모터(174) 등 전력전자 부품들과 배터리(176)의 냉각이 이루어지게 된다. 또한, 난방 모드에서 내부 히터(142)를 선택적으로 작동시킬 수 있는데, 내부 히터(142)의 작동시에는 공조 블로어에 의해 송풍되는 공기가 내부 히터(142)에 의해 가열된 뒤 차량 실내로 토출될 수 있고, 이에 차량 실내 난방이 이루어질 수 있다.

또한, 난방 모드 동안 압축기(144)가 작동하여 냉매를 냉매 라인(155)을 통해 순환시키는데, 이때 냉매가 압축기(144)에서 내부 응축기(145), 제2 팽창밸브(151), 열교환기(158), 다시 압축기(144)로 순환된다. 난방 모드 시 압축기(144)에 의해 고온, 고압으로 압축된 냉매는 내부 응축기(145)를 통과하는 동안 공조 블로어에 의해 송풍되는 공기와 열교환을 하게 되며, 이때 공기가 고온, 고압의 냉매에 의해 가열된 뒤 차량 실내로 토출되면서 차량 실내 난방이 이루어지게 된다.

이어 내부 응축기(145)를 통과하는 동안 응축된 냉매는 제2 팽창밸브(151)로 공급되며, 제2 팽창밸브(151)에서 냉매는 저온, 저압 상태로 팽창되고, 이어 팽창된 저온, 저압 상태의 냉매는 열교환기(158)로 유입되어 열교환기(158)에서 제1 냉각 회로(110) 및 제2 냉각 회로(120)의 냉각수와 열교환을 하게 된다. 이와 같이 열교환기(158)에서 냉각수와의 열교환을 통해 열을 흡수한 냉매는 증발된 후 연결 라인(160) 및 냉매 라인(155)을 거쳐 압축기(144)로 공급되고, 이후 압축기(144)에서 다시 고온, 고압으로 압축된 뒤 내부 응축기(145)로 공급되어 내부 응축기(145)를 통과하는 공조용 공기를 가열하게 된다. 이와 같이 난방 모드에서는 전력전자 부품 및 배터리(176)에서 회수되는 폐열을 이용하여 차량 실내를 난방할 수 있게 된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 열교환기(158)를 통과하는 동안 냉각수의 열에 의해 증발된 냉매는 저압 기체 상태로 제2 밸브(159)와 연결 라인(160), 냉매 라인(155)을 차례로 통과하고, 이후 압축기(144)에서 다시 고온, 고압 상태로 압축된 뒤 다시 냉매 라인(155)을 따라 내부 응축기(145) 및 열교환기(158)를 통과하게 된다.

또한, 도 3을 참조하면, 난방 모드에서 개폐 도어(143)가 내부 응축기(145) 및 내부 히터(142)측 통로를 개방함을 볼 수 있다. 즉, 차량의 난방 모드에서는 제1 팽창밸브(147)에서 증발기(153)로 냉매가 공급되지 못하고 차단되는데, 이때 공조 블로어에 의해 송풍된 공기가 증발기(153)를 통과한다. 이와 같이 증발기(153)를 통과한 공기는 내부 응축기(145)와 내부 히터(142)를 통과하는 동안 가열된 뒤 차량 실내로 토출되는데, 이를 위해 개폐 도어(143)가 내부 응축기(145)와 내부 히터(142)측 통로를 개방한다.

다음으로, 도 4는 차량의 난방 및 제습 모드에서 열관리 시스템의 작동 상태를 나타낸 것으로, 도 3의 난방 모드와 비교하여 제습 라인(161)을 통해서도 추가로 냉매가 순환될 수 있도록 하고 있다.

제습을 위해 제1 밸브(162)가 개방되며, 제1 밸브(162)가 개방되면 압축기(144)에 의해 압축된 고온, 고압의 냉매가 내부 응축기(145)와 제2 팽창밸브(151)를 차례로 통과한 뒤 열교환기(158)로 공급된다. 이때, 제2 팽창밸브(151)를 통과하는 동안 냉매는 저온, 저압 상태로 팽창되고, 이어 저온, 저압 상태의 냉매 중 일부는 도 3의 난방 모드 시와 마찬가지로 열교환기(158)를 통과하지만, 나머지 일부는 제1 밸브(162)를 통해 제습 라인(161)으로 분배되어 흐르게 된다.

결국, 제1 밸브(162)를 통과한 저온, 저압 상태의 냉매는 제습 라인(161) 및 냉매 라인(155)을 거쳐 증발기(153)로 흐르고, 이어 냉매는 증발기(153)에서 증발된 뒤 다시 냉매 라인(155)을 따라 압축기(144)로 흐른다. 이와 동시에 공조 블로어에 의해 송풍되는 공기가 증발기(153)와 내부 응축기(145), 내부 히터(142)를 통과한 후 차량 실내로 토출된다. 이때, 공기는 증발기(153)를 통과하는 동안 저온 상태의 냉매에 의해 제습되고, 내부 응축기(145)를 통과하는 동안 고온 상태의 냉매에 의해 가열된 뒤, 이어 선택적으로 작동하는 내부 히터(142)를 통과하여 차량 실내로 토출됨으로써 차량 실내를 난방 및 제습하게 된다.

또한, 도 4를 참조하면, 난방 및 제습 모드에서 개폐 도어(143)가 내부 응축기(145) 및 내부 히터(142)측 통로를 개방함을 볼 수 있다. 즉, 차량의 난방 및 제습 모드에서는 제1 팽창밸브(147)에서 증발기(153)로 냉매가 공급되는데, 이때 공조 블로어에 의해 송풍된 공기가 증발기(153)를 통과하는 동안 제습된다. 또한, 증발기를 통과한 공기가 내부 응축기(145)와 내부 히터(142)를 통과하는 동안 가열된 뒤 차량 실내로 토출되는데, 이를 위해 개폐 도어(143)가 내부 응축기(145)와 내부 히터(142)측 통로를 개방한다.

도 4의 난방 및 제습 모드에서 냉매는 제습 라인(161)을 따라 이동하는 동안, 그리고 증발기(153)와 어큐뮬레이터(154)를 거쳐 압축기(144)로 공급되는 동안 저압 상태를 유지하고, 이후 압축기(144)에서 다시 압축되어 고온, 고압 상태가 된다.

이상으로 비교예의 열관리 시스템에 대해 설명하였는바, 이러한 비교예의 열 관리 시스템이 가지는 문제점에 대해 설명하기로 한다.

전술한 바와 같이, 제2 팽창밸브(151), 3-웨이 밸브인 제2 밸브(159), 그리고 2-웨이 밸브인 제1 밸브(162)는 열교환기(158)에 인접하여 배치되고, 이에 열교환기(158)와 이들 3개 밸브는 모듈화될 수 있다. 이때, 도 1 내지 도 4에 예시된 바와 같이, 내부 응축기(145)로부터 제2 팽창밸브(151)에 연결된 냉매 라인(155), 및 제1 밸브(162)가 설치된 제습 라인(161)은, 각각 나란하게 연장되어 내부 응축기(145)의 출구와 증발기(153)의 전단(입구측) 냉매 라인(155)으로 연결된다. 즉, 제2 팽창밸브(151)와 제1 밸브(162)로부터 냉매 라인(155)과 제습 라인(161)의 2가닥 배관이 대체로 나란하게 배치되어 연장되고 있다.

통상의 전기자동차에서는 도 1 내지 도 4에 도시된 다수의 냉각용 부품들과 배관(냉각수와 냉매가 흐르는 배관)들을 차량의 좁은 PE 룸 내에 배치하고 있다. 이때, 제2 팽창밸브(151)와 제2 밸브(159), 제1 밸브(162)를 포함하는 열교환기 모듈은 모듈화 관점에서 최적화되어 있긴 하지만, 다수의 냉각용 부품들과 배관들이 공간이 한정되어 있는 좁은 PE 룸 내에 배치되어 복잡한 PE 룸 패키지 레이아웃을 형성하고 있다. 따라서, 복잡한 PE 룸 패키지 레이아웃을 고려한다면 배관들의 수, 특히 전술한 바와 같이 제습 라인(161)과 이 제습 라인(161)과 같은 경로 배치되는 냉매 라인(155)의 배관을 더 줄이는 것이 요구되고 있다.

도 5는 비교예의 열관리 시스템이 가지는 문제점을 설명하기 위한 도면으로, 전기자동차의 PE 룸 내 열관리 시스템의 부품 배치 및 패키지 레이아웃을 보여주고 있다. PE 룸 내(도 5의 '모터 공간')에는 전륜 모터가 배치된다. 최근 전륜 모터의 용량을 증대시키는 것이 요구되고 있고, 모터의 용량이 커질 경우 PE 룸 내 배관 축소는 절대적으로 필요하다. 종래와 같이 복잡한 PE 룸 패키지 레이아웃을 그대로 유지할 경우, 호스나 배관의 간섭 발생으로 레이아웃 구성에 어려움이 있게 되고, 특히 모터의 용량을 증대시킬 경우 배관 등 부품 사이의 간섭 발생으로 인해 레이아웃 구성 자체가 불가능하다.

따라서, 도 1 내지 도 4에 나타낸 열관리 시스템과 비교하여 냉방 및 난방, 냉각 성능은 동등하게 유지하면서 배관의 수를 축소할 수 있는 방안이 절실하다. 특히, 용량이 증대된 모터의 레이아웃을 고려할 때 간섭 발생 방지를 위하여 열교환기 모듈로부터 연장되는 2가닥의 배관(제습 라인과 냉매 라인)을 반드시 1가닥으로 변경하는 것이 필요하다.

이 점을 고려하여, 이하의 설명에서와 같이 제습 라인(161)과 냉매 라인(155)으로 이용되고 있는 2가닥의 배관을 1가닥으로 축소할 수 있는 열관리 시스템의 구성이 개시된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 열관리 시스템의 구성에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 6 내지 도 8은 본 발명의 여러 실시예에 따른 열관리 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 6과 도 7의 실시예에서는 제2 밸브(159) 및 제2 팽창밸브(151)만이 열교환기(158)에 모듈화되어 열교환기 모듈을 구성한다. 이때, 제습 라인(161) 및 제1 밸브(162)의 위치는 차량의 PE 룸 내부에서, 전방이 아닌, 후방의 대시 패널(dash panel) 측에 인접한 위치로 변경되는데, 이 PE 룸 내에서 대시 패널 측에 인접한 위치에는 에어컨 시스템(140)의 부품들 중 일부가 위치된다. 즉, 에어컨 시스템(140)에서 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning)과 제1 팽창밸브(147)가 PE 룸 내에서 대시 패널 측에 인접한 후방에 위치된다. 여기서, HVAC 모듈은 공조 케이스(141), 공조 블로어, 공조 케이스(141) 내 증발기(153)와 도어, 내부 응축기(145), 내부 히터(142) 등을 포함하여 구성된다.

도 9는 도 6 및 도 7의 실시예에서 PE 룸 패키지 레이아웃 구성을 나타내는 도면으로서, 2-웨이 밸브인 제1 밸브(162)가 PE 룸 내에서 대시 패널 인근의 후방(차체 방향 기준 후방)에 위치된 상태를 보여주고 있다. 도 9를 참조하면, 제2 밸브(159) 및 제2 팽창밸브(151)가 열교환기(158)와 모듈화되어 구성된 열교환기 모듈은 PE 룸 내 전방에 위치됨을 볼 수 있다.

먼저, 도 6의 실시예에 대해 더 구체적으로 설명하면, 내부 응축기(145)의 출구에 연결된 냉매 라인(155), 즉 내부 응축기(145)와 제2 팽창밸브(151)로 연결되는 냉매 라인(155)에서 제습 라인(161)이 분기되고, 이 제습 라인(161)은 제1 팽창밸브(147)로 직결된다. 또한, 냉매 라인(155)에서 분기되어 제1 팽창밸브(147)로 직결되는 제습 라인(161)에 2-웨이 밸브인 제1 밸브(162)가 설치된다.

이때, 제1 팽창밸브(147)는 솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브일 수 있다. 이와 같이 제1 팽창밸브(147)로 이용되는 솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브는 내부를 별도로 관통하도록 형성된 바이패스 통로를 가지며, 이 바이패스 통로는 제습 라인(161)을 통과한 냉매를 팽창밸브의 내부 유로(팽창부 내부 유로)를 거치지 않도록 바이패스(bypass) 시킬 수 있는 통로이다.

도 10과 도 11은 본 발명의 실시예에서 이용될 수 있는 솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브를 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 열관리 시스템에서 제1 팽창밸브(147)로는 도시된 솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브가 이용될 수 있다. 솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브는 도 10에 나타낸 바와 같이 바이패스 통로가 구비된 바이패스 팽창밸브(149)와 솔레노이드 밸브(148)가 일체로 결합된 구성을 가진다.

도 10을 참조하면, 솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브(제1 팽창밸브)(147)의 일측에 솔레노이드 밸브(148)가 일체로 구비됨을 볼 수 있다. 이와 같이 솔레노이드 밸브(148)가 일체로 결합된 바이패스 팽창밸브(149)는, 내부 팽창부의 구성에 있어서는 공지의 팽창밸브와 비교하여 차이가 없으나, 팽창부의 내부 유로와 별도로 밸브 바디에 정해진 단면적의 바이패스 통로가 추가로 관통하여 형성된다. 상기 솔레노이드 밸브(148)의 입구에는 외부 응축기(146)로부터 연장된 냉매 라인(155)이 연결되고, 이에 외부 응축기(146)에서 배출된 냉매가 냉매 라인(155)을 따라 솔레노이드 밸브(148)의 입구로 유입되도록 되어 있다.

본 발명에서 바이패스 통로는 제습용으로 이용될 수 있는데, 이는 제습 라인(161)을 통과한 냉매를 팽창시키기 위한 오리피스의 역할을 하게 된다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 바이패스 팽창밸브(149)의 전면에 바이패스 통로의 출구(150b)가 위치되고, 바이패스 팽창밸브(149)의 후면에 바이패스 통로의 입구(150a)가 위치된다.

도 6을 참조하면, 내부 응축기(145)와 제2 팽창밸브(151) 사이의 냉매 라인(155)에서 분기된 제습 라인(161)이 제1 팽창밸브(147)에 연결되고 있는데, 구체적으로 제습 라인(161)은 제1 팽창밸브(솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브)(147)의 바이패스 통로 입구(150a)에 연결된다. 이때, 제1 팽창밸브(147)의 바이패스 통로 출구(150b)는 냉매 라인(155)을 통해 증발기(153)의 입구로 연결된다.

이때, 바이패스 팽창밸브(150b)의 밸브 바디 내부에서는 냉매가 팽창되는 팽창부의 내부 유로가 바이패스 통로에 연결되고, 이 팽창부의 내부 유로는 솔레노이드 밸브(148)의 출구와 연결된다. 즉, 팽창부의 내부 유로가 바이패스 통로에 합쳐지며, 이에 솔레노이드 밸브(148)의 내부 유로 및 팽창부의 내부 유로를 통과한 냉매(팽창된 냉매)가 바이패스 통로로 이동한 뒤 바이패스 통로의 출구(150b)를 통해 배출될 수 있다.

도 11은 솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브인 제1 팽창밸브(147)에서 솔레노이드 밸브(148)의 구성을 나타내는 도면으로, 솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브에서 솔레노이드 밸브의 구성이 공지인바, 작동 원리만 설명하면, 먼저 솔레노이드(Magnetic coil)에 전류가 흐르지 않는 무통전 상태에서는 코일 스프링(Coil spring) 1, 2에 의해 플런저(Plunger)와 디스크(Disk)가 위로 밀어 올려지므로 내부 유로가 개방된 상태로 유지된다. 이때, 외부 응축기(146)에서 냉매 라인(155)을 통해 이동한 냉매가 솔레노이드 밸브(148)의 입구로 유입된 뒤 상기 개방된 내부 유로를 통해 출구로 배출되고, 이때 배출된 냉매가 바이패스 통로를 통과한 뒤 바이패스 통로의 출구(150b)를 통해 배출된 후, 냉매 라인(155)을 통해 증발기(153)로 흐르게 된다.

반면, 솔레노이드에 전류가 흐르는 통전 상태가 되면 기자력에 의해 플런저가 하강하여 스테이터(Stator)에 흡착되고, 하강하는 플런저에 의해 디스크 또한 하강하면서 내부 유로(Main port)가 폐쇄된다.

본 발명의 실시예에서, 냉방 모드에서는 솔레노이드 밸브(148)의 솔레노이드를 통전시켜 솔레노이드 밸브의 내부 유로가 개방되도록 한다. 이러한 개방 상태에서 압축기(144)에 의해 냉매 라인(155)을 따라 순환되는 냉매는 내부 응축기(145), 제2 팽창밸브(151), 열교환기(158), 제2 밸브(159), 외부 응축기(146)를 차례로 거친 뒤 솔레노이드 밸브(148)의 내부 통로를 통과한다. 또한, 솔레노이드 밸브(148)의 내부 통로를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브(147)의 바이패스 통로를 통과하고, 이어 바이패스 통로의 출구(150b)에서 배출된 뒤 냉매 라인(155)을 따라 증발기(153)로 공급된다. 이때, 제1 밸브(162)는 닫힌 상태이므로 제습 라인(161)으로는 냉매가 흐르지 않게 된다.

또한, 제습 모드에서는 압축기(144)가 구동되는 동시에 제1 밸브(162)가 개방되고, 제1 팽창밸브(147)의 솔레노이드 밸브(148)은 닫힘 상태를 유지한다. 이에 압축기(144)에 의해 압축된 냉매는 내부 응축기(145)와 제2 팽창밸브(151) 사이의 냉매 라인(155)에서 고압의 냉매가 제습 라인(161)으로 분배되어 흐른다. 제습 라인(161)으로 분배된 고압의 냉매는 오리피스 역할을 하는 제1 팽창밸브(147)의 바이패스 통로를 통과하면서 팽창되어 저온, 저압의 냉매로 변환된다. 또한, 이렇게 저온, 저압으로 팽창된 냉매는 증발기(153)로 흐른 뒤 어큐뮬레이터(154)를 거쳐 다시 압축기(144)로 흐르게 된다. 결국, 도 6의 실시예에서도 도 4와 같은 난방 및 제습 모드의 작동이 이루어질 수 있다. 난방은 도 4의 비교예에서 설명한 바와 동일하게 히트 펌프 시스템의 작동을 통해, 또는 히트 펌프 시스템과 내부 히터(142)의 작동을 통해 이루어질 수 있다.

물론, 제습 작동 없이 난방만 작동될 때에는 도 3에서 설명한 바와 같이 제1 밸브(162)를 닫은 상태로 제습 라인(161)을 통해서는 냉매가 흐르지 않도록 한다.

이와 같이 도 6의 실시예에서는 제습 라인(161)이 내부 응축기(145)의 출구측 냉매 라인(155)으로부터 분기되어 제1 팽창밸브(147)의 바이패스 통로에 직결되고, 이러한 제습 라인(161)에 제1 밸브(162)가 설치된 상태로, 제습 라인(161)과 제1 밸브(162)가 모두 PE 룸 내 후방의 대시 패널 측에 위치된 HVAC 모듈 가까이 인접하도록 패키징된다.

따라서, 도 9에 나타낸 바와 같이, PE 룸에서 전후로 나란히 배치되는 두 가닥의 배관 중 제습 라인(161)이 삭제될 수 있고, 한 가닥의 배관(냉매 라인(155))만이 PE 룸 내에서 전후로 배치되는바, 좁고 복잡한 PE 룸 내에서 배관과 타 부품 사이의 간섭 문제가 해결될 수 있게 된다.

다음으로, 도 7의 실시예에서는 내부 응축기(145)의 출구측 냉매 라인(155)에서 분기된 제습 라인(161)이 제1 팽창밸브(147)와 증발기(153) 사이의 냉매 라인(155)으로 연결되고, 이 제습 라인(161)에 제1 밸브(162)가 설치된다. 또한, 제습 라인(161)에는 오리피스부(163)가 구비되며, 이에 제1 밸브(162)가 개방된 상태에서 제습 라인(161)으로 분배된 고압의 냉매가 오리피스부(163)를 거치면서 저온, 저압 상태의 냉매로 팽창된 후, 냉매 라인(155)을 통해 증발기(153)로 흐를 수 있게 된다.

도 6의 실시예에서는 제습 라인(161)이 제1 팽창밸브(147)에 직결되어 제습 라인(161)을 통과한 냉매의 팽창이 제1 팽창밸브(147)의 바이패스 통로에서 이루어지지만, 도 7의 실시예에서는 제습 라인(161)이 제1 팽창밸브(147)와 증발기(153) 사이의 냉매 라인(155)에 연결되고 제습 라인(161)을 통과한 냉매의 팽창이 별도의 오리피스부(163)에서 이루어지는 차이가 있다. 하지만, 이를 제외하고는 냉방 모드의 작동(제1 밸브(162) 차단) 상태, 난방과 제습의 동시 작동(제1 밸브(162) 개방) 상태, 난방만 작동(제1 밸브(162) 차단)하는 상태가 도 2 내지 4를 참조로 설명한 각 모드 작동 상태, 및 도 6의 실시예에서 설명한 작동 상태와 비교하여 차이가 없다.

또한, 도 7의 실시예에서 제습 라인(161)이 내부 응축기(145)의 출구측 냉매 라인(155)으로부터 분기되어 오리피스부(163)를 통해 제1 팽창밸브(147)와 증발기(153) 사이의 냉매 라인(155)으로 연결되고, 이러한 제습 라인(161)에 제1 밸브(162)가 설치된 상태로, 제습 라인(161)과 제1 밸브(162)가 모두 대시 패널 측에 위치된 HVAC 모듈 가까이 인접하도록 패키징된다.

따라서, 도 7의 실시예에서도, 도 9에 나타낸 바와 같이, PE 룸에서 전후로 나란히 배치되는 두 가닥의 배관 중 제습 라인(161)이 삭제될 수 있고, 한 가닥의 배관(냉매 라인(155))만이 PE 룸 내에서 전후로 배치되는바, 좁고 복잡한 PE 룸 내에서 배관과 타 부품 사이의 간섭 문제가 해결될 수 있게 된다.

다음으로, 도 8의 실시예에서는 제2 밸브(159)만이 열교환기(158)에 모듈화되어 열교환기 모듈을 구성한다. 이때, 제습 라인(161) 및 제1 밸브(162)와 함께 제2 팽창밸브(151)의 위치도 차량의 PE 룸 내부에서, 차량 전후 방향 기준의 전방이 아닌, 후방의 대시 패널(dash panel) 측에 인접한 위치로 변경된다.

도 12는 도 8의 실시예에서 PE 룸 패키지 레이아웃 구성을 나타내는 도면으로서, 2-웨이 밸브인 제1 밸브(162)와 제2 팽창밸브(151)가 PE 룸 내에서 대시 패널 인근의 후방에 위치된 상태를 보여주고 있다. 도 12를 참조하면, 제2 밸브(159)가 열교환기(158)와 모듈화되어 구성된 열교환기 모듈은 PE 룸 내 전방에 위치됨을 볼 수 있다. 제2 팽창밸브(151)가 내부 응축기(145)와 열교환기(158) 사이의 냉매 라인(155)에 설치되는 점은 앞에서 설명한 실시예와 비교하여 차이가 없으나, 냉매 라인(155)에서도 PE 룸 내 후방에 위치하도록 제2 팽창밸브(151)의 위치가 변경된다.

이때, 제습 라인(161)은 제2 팽창밸브(151) 후단의 냉매 라인(155)에서 분기되어 제1 팽창밸브(147) 후단 및 증발기(153) 전단의 냉매 라인(155)으로 연결된다. 즉, 제습 라인(161)은 제2 팽창밸브(151)와 열교환기(158) 사이의 냉매 라인(155)에서 분기되어 제1 팽창밸브(147)와 증발기(153) 사이의 냉매 라인(155)으로 연결되고, 이 제습 라인(161)에 제1 밸브(162)가 설치된다. 이와 같이 도 8의 실시예에서는 내부 응축기(145) 출구측의 냉매 라인(155)에서 제2 팽창밸브(151)에 의해 저온, 저압으로 팽창된 냉매가 제습 라인(161)으로 분배되어 흐르므로 도 7의 실시예와 같은 별도의 오리피스부가 필요 없게 된다.

또한, 도 8의 실시예에서 냉방 모드의 작동(제1 밸브(162) 차단) 상태, 난방과 제습의 동시 작동(제1 밸브(162) 개방) 상태, 난방만 작동(제1 밸브(162) 차단)하는 상태는 도 2 내지 4를 참조로 설명한 각 모드 작동 상태, 및 도 6 및 도 7의 실시예에서 설명한 작동 상태와 비교하여 차이가 없다.

다만, 압축기(144)가 작동되는 동시에 제1 밸브(162)가 개방되었을 때, 압축기(144)에 의해 압축된 고온, 고압의 냉매가 내부 응축기(145)를 거친 뒤 제2 팽창밸브(151)에서 저온, 저압의 냉매로 팽창되고, 제2 팽창밸브(151)에서 저온, 저압으로 팽창된 냉매가 제습 라인(161)을 통과하도록 한 점에서만 차이가 있다.

또한, 도 8의 실시예에서 제습 라인(161)이 내부 응축기(145)의 출구측 냉매 라인(155)으로부터 분기되어 제1 팽창밸브(147)와 증발기(153) 사이의 냉매 라인(155)으로 연결되고, 이러한 제습 라인(161)에 제1 밸브(162)가 설치된 상태로, 제습 라인(161)과 제1 밸브(162), 그리고 제2 팽창밸브(151)가 모두 대시 패널 측에 위치된 HVAC 모듈 가까이 인접하도록 패키징된다.

따라서, 도 8의 실시예에서, 도 12에 나타낸 바와 같이, PE 룸에서 전후로 나란히 배치되는 두 가닥의 배관 중 제습 라인(161)이 삭제될 수 있고, 한 가닥의 배관(냉매 라인(155))만이 PE 룸 내에서 전후로 배치되는바, 좁고 복잡한 PE 룸 내에서 배관과 타 부품 사이의 간섭 문제가 해결될 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

110 : 제1 냉각 회로 111 : 제1 리저버 탱크
112 : 제1 전동식 워터펌프 113 : 제1 라디에이터
114 : 제1 냉각수 라인 115 : 제1 바이패스 라인
116 : 제3 밸브 120 : 제2 냉각 회로
121 : 제2 리저버 탱크 122 : 제2 전동식 워터펌프
123 : 제3 전동식 워터펌프 124 : 제2 라디에이터
125 : 칠러 126 : 냉각수 히터
127 : 제2 냉각수 라인 128 : 제2 바이패스 라인
129 : 제4 밸브 130 : 쿨링팬
140 : 에어컨 시스템 141 : 공조 케이스
142 : 내부 히터 143 : 개폐 도어
144 : 압축기 145 : 내부 응축기
146 : 외부 응축기 147 : 제1 팽창밸브
148 : 솔레노이드 밸브 149 : 바이패스 팽창밸브
150a : 바이패스 통로 입구 150b : 바이패스 통로 출구
151 : 제2 팽창밸브 152 : 제3 팽창밸브
153 : 증발기 154 : 어큐뮬레이터
155 : 냉매 라인 156 : 입구측 분기 냉매 라인
157 : 출구측 분기 냉매 라인 158 : 열교환기
159 : 제2 밸브 160 : 연결 라인
161 : 제습 라인 162 : 제1 밸브
163 : 오리피스부 171 : 전륜 인버터
172 : 후륜 인버터 173 : 충전장치, 저전압 DC-DC 컨버터
174 : 후륜 모터 175 : 전륜 모터
176 : 배터리

Claims (13)

1. 압축기, 외부 응축기, 제1 팽창밸브, 증발기를 포함하는 에어컨 시스템, 라디에이터와 전동식 워터펌프를 포함하고 냉각수를 이용하여 전력전자 부품을 냉각하는 수냉식 냉각 시스템, 및 상기 에어컨 시스템의 냉매를 이용하여 차량 실내를 난방하는 히트 펌프 시스템을 포함하는 전기자동차의 열관리 시스템에 있어서,
   상기 히트 펌프 시스템은, 압축기에 의해 압축된 냉매가 통과하도록 구비되어 압축된 냉매와의 열교환을 통해 공조용 공기를 가열하는 내부 응축기, 내부 응축기와 외부 응축기 사이의 냉매 라인에 설치되고 냉각 시스템의 냉각수 라인이 통과하도록 구비되어 냉각수와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기, 및 내부 응축기와 열교환기 사이의 냉매 라인에 설치되는 제2 팽창밸브를 포함하며,
   상기 내부 응축기와 열교환기 사이의 냉매 라인으로부터 분기되어 증발기 전단의 냉매 라인으로 연결되고 상기 내부 응축기와 열교환기 사이의 냉매 라인으로부터 분배된 냉매가 흐르는 제습 라인, 및 상기 제습 라인에 설치되어 개폐 작동되는 제1 밸브를 더 포함하고,
   상기 제1 팽창밸브는 밸브 바디를 관통하는 바이패스 통로를 가지며, 상기 제습 라인은 상기 내부 응축기와 제2 팽창밸브 사이의 냉매 라인으로부터 분기되어 상기 증발기 전단에 위치한 제1 팽창밸브의 바이패스 통로 입구에 직결됨으로써, 상기 제습라인을 통해 바이패스 통로로 유입된 냉매가 바이패스 통로를 통과하는 동안 팽창되어 증발기에 공급될 수 있도록 구성되고,
   상기 제1 팽창밸브는, 상기 바이패스 통로를 가지는 바이패스 팽창밸브에, 외부 응축기로부터 연장된 냉매 라인이 연결되는 솔레노이드 밸브가 일체로 결합된, 솔레노이드 밸브 일체형 바이패스 팽창밸브인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 열관리 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제습 라인과 제1 밸브는 전력전자 부품이 설치되는 차량의 PE(Power Electronic) 룸 내에서 차량 전후 방향 기준으로 후방 위치인 대시 패널 측 주변에 배치되고, 상기 열교환기의 출구 또는 이 출구에서 외부 응축기로 연결된 냉매 라인에 설치되는 3-웨이 밸브 형태의 제2 밸브, 및 상기 열교환기와 외부 응축기 사이의 냉매 라인에서 상기 제2 밸브를 통해 분기되어 압축기 전단의 냉매 라인으로 연결되는 연결 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 열관리 시스템.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제2 밸브 및 제2 팽창밸브가 열교환기와 모듈화된 상태로 상기 PE 룸 내에서 차량 전후 방향 기준으로 전방 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 열관리 시스템.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 PE 룸 내에서 차량 전후 방향 기준으로 후방 위치에 배치되는 내부 응축기와 상기 제2 팽창밸브 사이를 연결하는 냉매 라인이, 상기 PE 룸 내에서 차량 전후 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 열관리 시스템.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 제2 밸브가 열교환기와 모듈화된 상태로 상기 PE 룸 내에서 차량 전후 방향 기준으로 전방 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 열관리 시스템.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제2 팽창밸브가 상기 PE 룸 내에서 차량 전후 방향 기준으로 후방 위치인 대시 패널 측 주변에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 열관리 시스템.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 PE 룸 내에서 열교환기와 제2 팽창밸브 사이를 연결하는 냉매 라인이 PE 룸 내에서 차량 전후 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 열관리 시스템.
    
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제습 라인은 제2 팽창밸브와 열교환기 사이의 냉매 라인으로부터 분기되어 제1 팽창밸브와 증발기 사이의 냉매 라인으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 열관리 시스템.
    
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 수냉식 냉각 시스템은,
    배터리를 제외한 전력전자 부품을 냉각하기 위한 제1 냉각 회로; 및
    상기 배터리를 냉각하기 위한 제2 냉각 회로를 포함하고,
    상기 제1 냉각 회로와 제2 냉각 회로는 냉각수 방열을 위한 라디에이터와 냉각수 순환을 위한 전동식 워터펌프를 각각 별도로 가지는 것임을 특징으로 하는 전기자동차의 열관리 시스템.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 냉각 회로에 의해 냉각되는 전력전자 부품은 차량 구동하는 모터, 상기 모터를 구동하기 위한 인버터, 배터리 충전을 위한 차량 내 충전장치(OBC) 및 저전압 DC-DC 컨버터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 열관리 시스템.

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