KR102518177B1 - 차량의 공조시스템 - Google Patents

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Abstract

제1라디에이터와 고전압배터리코어를 열적으로 연결하며 제1펌프가 구비되어 냉각수가 흐르는 배터리라인; 압축기, 응축기 및 증발기가 구비되며 냉매가 흐르는 냉매라인; 실내공조용 냉방코어와 증발기를 열적으로 연결하며 제2펌프가 구비되어 냉각수가 흐르는 실내냉방라인; 실내공조용 난방코어와 응축기를 열적으로 연결하며 제3펌프가 구비되어 냉각수가 흐르는 실내난방라인; 배터리라인 중 고전압배터리코어의 일측지점과 타측지점에서 각각 분기되어 실내냉방라인과 연결됨으로써 증발기와 열교환된 냉각수가 고전압배터리코어에도 흐를 수 있도록 하는 배터리냉방라인; 배터리라인 중 고전압배터리코어의 일측지점과 타측지점에서 각각 분기되어 실내난방라인과 연결됨으로써 응축기와 열교환된 냉각수가 고전압배터리코어에도 흐를 수 있도록 하는 배터리난방라인; 및 배터리라인의 일측 분기지점 또는 타측 분기지점에 마련되어 배터리라인, 실내냉방라인 및 실내난방라인의 냉각수 흐름을 조절하는 제1밸브;를 포함하는 차량의 공조시스템이 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, 종래 전기차량의 복잡한 구성의 냉각수회로 및 폐열을 회수하기 위해 별도로 구성되는 히트펌프 시스템을 대체하는 통합열관리모듈을 구성함으로써, 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 제1라디에이터와 고전압배터리코어를 열적으로 연결하며 제1펌프가 구비되어 냉각수가 흐르는 배터리라인; 압축기, 응축기 및 증발기가 구비되며 냉매가 흐르는 냉매라인; 실내공조용 냉방코어와 증발기를 열적으로 연결하며 제2펌프가 구비되어 냉각수가 흐르는 실내냉방라인; 실내공조용 난방코어와 응축기를 열적으로 연결하며 제3펌프가 구비되어 냉각수가 흐르는 실내난방라인; 배터리라인 중 고전압배터리코어의 일측지점과 타측지점에서 각각 분기되어 실내냉방라인과 연결됨으로써 증발기와 열교환된 냉각수가 고전압배터리코어에도 흐를 수 있도록 하는 배터리냉방라인; 배터리라인 중 고전압배터리코어의 일측지점과 타측지점에서 각각 분기되어 실내난방라인과 연결됨으로써 응축기와 열교환된 냉각수가 고전압배터리코어에도 흐를 수 있도록 하는 배터리난방라인; 및 배터리라인의 일측 분기지점 또는 타측 분기지점에 마련되어 배터리라인, 실내냉방라인 및 실내난방라인의 냉각수 흐름을 조절하는 제1밸브;를 포함한다.
실내냉방라인에는 저온용 열교환기가 구비되어 냉매라인의 증발기와 열교환될 수 있다.
실내냉방라인에는 제2밸브가 구비되며, 일단은 제2밸브로부터 분기되고, 타단은 제1라디에이터와 연결된 후 다시 실내냉방라인과 연결되는 외기냉방라인이 더 포함될 수 있다.
제2밸브에 의해 실내냉방라인과 외기냉방라인은 제1라디에이터, 저온용 열교환기 및 실내공조용 냉방코어를 선택적으로 연결하여 고전압배터리코어의 냉각 또는 실내냉방을 수행할 수 있다.
외기냉방라인에는 제4밸브가 구비되며, 외기냉방라인에는 일단은 제4밸브로부터 분기되고, 타단은 제3라디에이터와 연결된 후 다시 외기냉방라인과 연결되되, 라인 상에는 전장부품코어가 구비되는 전장부품냉각라인이 더 포함될 수 있다.
전장부품냉각라인에는 제어부에 의해 구동 또는 정지되는 제4펌프가 구비될 수 있다.
외기냉각모드인 경우, 제어부가 제1밸브 및 제4밸브를 제어하여 냉각수가 배터리라인 및 전장부품냉각라인을 순환하도록 하여, 제1라디에이터에 의해 고전압배터리코어가 냉각되고, 제3라디에이터에 의해 전장부품코어가 냉각될 수 있다.
배터리승온모드이되, 외기온이 일정온도 미만인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 제1밸브, 제2밸브 및 제4밸브를 제어하여 냉매라인과 전장부품코어가 열적으로 연결되어 전장부품코어의 폐열이 회수되고, 냉매라인과 열적으로 연결된 실내난방라인의 일부가 배터리난방라인 및 배터리라인과 연결됨으로써, 회수된 폐열에 의해 승온된 냉각수가 순환되어 고전압배터리코어를 승온할 수 있다.
배터리승온모드이되, 외기온이 일정온도 이상인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 제1밸브, 제2밸브 및 제4밸브를 제어하여 냉각수가 전장부품냉각라인을 순환함과 동시에 냉매라인과 전장부품코어가 열적으로 연결되어 전장부품코어의 폐열이 회수되고, 냉매라인과 열적으로 연결된 실내난방라인의 일부가 배터리난방라인 및 배터리라인과 연결됨으로써, 회수된 폐열에 의해 승온된 냉각수가 순환되어 고전압배터리코어를 승온할 수 있다.
실내난방모드이되, 외기온이 일정온도 미만인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 제1밸브, 제2밸브 및 제4밸브를 제어하여 냉매라인과 전장부품코어가 열적으로 연결되어 전장부품코어의 폐열이 회수되고, 회수된 폐열에 의해 승온된 냉각수가 냉매라인과 열적으로 연결된 실내난방라인을 순환함으로써, 실내난방을 수행할 수 있다.
실내난방모드이되, 외기온이 일정온도 이상인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 제1밸브, 제2밸브 및 제4밸브를 제어하여 냉각수가 전장부품냉각라인을 순환함과 동시에 냉매라인과 전장부품코어가 열적으로 연결되어 전장부품코어의 폐열이 회수되고, 회수된 폐열에 의해 승온된 냉각수가 냉매라인과 열적으로 연결된 실내난방라인을 순환함으로써, 실내난방을 수행할 수 있다.
실내난방라인에는 고온용 열교환기가 구비되어 냉매라인의 응축기와 열교환될 수 있다.
실내난방라인에는 제3밸브가 구비되며, 일단은 제3밸브로부터 분기되고, 타단은 제2라디에이터와 연결된 후 다시 실내난방라인과 연결되는 외기난방라인이 더 포함될 수 있다.
제3밸브에 의해 실내난방라인과 외기난방라인은 제2라디에이터, 고온용 열교환기 및 실내공조용 난방코어를 선택적으로 연결하여 고전압배터리코어의 승온 또는 실내난방을 수행할 수 있다.
배터리냉각모드인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키며, 제1밸브 및 제3밸브를 제어하여 냉매라인과 열적으로 연결된 외기난방라인에 냉각수를 순환시키고 냉매라인과 열적으로 연결된 배터리냉방라인과 배터리라인 및 실내냉방라인의 일부와 연결함으로써, 냉각된 냉각수가 순환되어 고전압배터리코어의 냉각을 수행할 수 있다.
실내냉방 및 배터리냉각모드인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키며, 제1밸브 및 제3밸브를 제어하여 냉매라인과 열적으로 연결된 외기난방라인에 냉각수를 순환시키고 냉매라인과 열적으로 연결된 배터리냉방라인을 배터리라인 및 실내냉방라인의 일부와 연결하되, 실내냉방라인에 냉각수를 순환시킴으로써, 실내냉방 및 고전압배터리코어의 냉각을 수행할 수 있다.
실내냉방모드인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키며, 제3밸브를 제어하여 냉매라인과 열적으로 연결된 외기난방라인에 냉각수를 순환시키고 냉매라인과 열적으로 연결된 실내냉방라인에 냉각수를 순환시킴으로써, 실내냉방을 수행할 수 있다.
제습모드인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키며, 제3밸브를 제어하여 냉매라인과 열적으로 연결된 실내난방라인에 냉각수를 순환시키고 냉매라인과 열적으로 연결된 실내냉방라인에 냉각수를 순환시킴으로써, 제습을 수행할 수 있다.
실내공조용 냉방코어와 실내공조용 난방코어는 인접한 지점에 위치될 수 있다.
실내난방라인에는 제어부에 의해 제어되는 수가열히터가 더 포함될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 공조시스템에 따르면, 종래 전기차량의 복잡한 구성의 냉각수회로 및 폐열을 회수하기 위해 별도로 구성되는 히트펌프 시스템을 대체하는 통합열관리모듈(Thermal Management Module)을 구성함으로써, 원가 및 중량이 감소되는 효과가 있다. 또한, 통합열관리모듈을 세컨더리 루프(Secondary Loop)로 구성함으로써, 콤팩트하게 형성되어 레이아웃이 유리하고 공조시스템이 콤팩트하게 되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 공조시스템을 도시한 도면.
도 2는 전장부품 및 배터리의 외기냉각모드를 도시한 도면.
도 3은 배터리냉각모드를 도시한 도면.
도 4는 실내냉각 및 배터리냉각모드를 도시한 도면.
도 5는 배터리승온모드를 도시한 도면.
도 6은 실내냉방모드를 도시한 도면.
도 7은 실내난방모드를 도시한 도면.
도 8은 제습모드를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 공조시스템을 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 내지 도 8은 도 1의 각 모드별 냉각수의 흐름을 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 공조시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량의 공조시스템은 제1라디에이터(610)와 고전압배터리코어(100)를 열적으로 연결하며 제1펌프(710)가 구비되어 냉각수가 흐르는 배터리라인(10); 압축기(210), 응축기(230) 및 증발기(250)가 구비되며 냉매가 흐르는 냉매라인(20); 실내공조용 냉방코어(310)와 증발기(250)를 열적으로 연결하며 제2펌프(720)가 구비되어 냉각수가 흐르는 실내냉방라인(30); 실내공조용 난방코어(330)와 응축기(230)를 열적으로 연결하며 제3펌프(730)가 구비되어 냉각수가 흐르는 실내난방라인(40); 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(100)의 일측지점과 타측지점에서 각각 분기되어 실내냉방라인(30)과 연결됨으로써 증발기(250)와 열교환된 냉각수가 고전압배터리코어(100)에도 흐를 수 있도록 하는 배터리냉방라인(50); 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(100)의 일측지점과 타측지점에서 각각 분기되어 실내난방라인(40)과 연결됨으로써 응축기(230)와 열교환된 냉각수가 고전압배터리코어(100)에도 흐를 수 있도록 하는 배터리난방라인(60); 및 배터리라인(10)의 일측 분기지점 또는 타측 분기지점에 마련되어 배터리라인(10), 실내냉방라인(30) 및 실내난방라인(40)의 냉각수 흐름을 조절하는 제1밸브(810);를 포함한다.
보다 상세하게는 배터리라인(10)에는 고전압배터리코어(100)가 구비되고, 고전압배터리코어(100)를 외기를 이용하여 냉각하기 위한 제1라디에이터(610)와 제어부(미도시)에 의해 구동 및 정지가 제어되며 냉각수의 순환을 위한 제1펌프(710)가 구비된다.
압축기(210), 응축기(230) 및 증발기(250)가 구비되는 냉매라인(20)에는 냉매가 순환하면서 다른 라인들과 열적으로 연결된다. 냉매라인(20)에는 팽창밸브(미도시)도 포함되어 있으나, 본 명세서에서는 생략하였다. 압축기(210)는 제어부에 의해 구동이 제어되며, 냉매가 압축기(210), 응축기(230), 팽창밸브 및 증발기(250)를 순환하면서 방열 및 흡열을 통해 다른 라인들과 열교환 가능하게 된다.
냉매라인(20)은 실내냉방라인(30) 및 실내난방라인(40)과 열적으로 연결된다. 실내냉방라인(30)에는 실내공조용 냉방코어(310)와 냉매라인(20)의 증발기(250)를 열적으로 연결하고, 제어부에 의해 구동 및 정지가 제어되며 냉각수의 순환을 위한 제2펌프(720)가 구비되며, 제어부에 의해 제어되어 선택적으로 유로를 연결하거나 유량을 제어하기 위한 제2밸브(820)가 구비된다. 특히, 실내냉방라인(30)에는 저온용 열교환기(530)가 구비되어 냉매라인(20)의 증발기(250)와 열교환함으로써, 냉매라인(20)과 열적으로 연결된다. 또한, 실내냉방라인(30)에는 일단은 제2밸브(820)로부터 분기되고, 타단은 제1라디에이터(610)와 연결된 후 다시 실내냉방라인(30)과 연결되는 외기냉방라인(70)이 더 포함된다. 따라서, 제2밸브(820)에 의해 실내냉방라인(30)과 외기냉방라인(70)은 제1라디에이터(610), 저온용 열교환기(530) 및 실내공조용 냉방코어(310)를 선택적으로 연결하여 고전압배터리코어(100)의 냉각 또는 실내냉방을 수행하는 것이다. 외기냉방라인(70)에는 제어부에 의해 제어되어 선택적으로 유로를 연결하거나 유량을 제어하기 위한 제4밸브(840)가 구비된다. 또한, 외기냉방라인(70)에는 일단은 제4밸브(840)로부터 분기되고, 타단은 제3라디에이터(630)와 연결된 후 다시 외기냉방라인(70)과 연결되되, 라인 상에는 전장부품코어(400)가 구비되는 전장부품냉각라인(90)이 더 포함되어 전장부품코어(400)의 냉각을 수행하거나 또는 전장부품코어(400)에서 발생되는 열을 회수하여 고전압배터리코어(100)의 승온을 수행한다. 특히, 전장부품냉각라인(90)에는 제어부에 의해 구동 또는 정지되는 제4펌프(740)가 구비되어 전장부품냉각라인(90) 및 외기순환라인의 냉각수가 순환된다.
실내난방라인(40)에는 실내공조용 난방코어(330)와 냉매라인(20)의 응축기(230)를 열적으로 연결하고, 제어부에 의해 구동 및 정지가 제어되며 냉각수의 순환을 위한 제3펌프(730)가 구비되며, 제어부에 의해 제어되어 선택적으로 유로를 연결하기 위한 제3밸브(830)가 구비된다. 특히, 실내난방라인(40)에는 고온용 열교환기(510)가 구비되어 냉매라인(20)의 응축기(230)와 열교환함으로써, 냉매라인(20)과 열적으로 연결된다. 또한, 실내난방라인(40)에는 일단은 제3밸브(830)로부터 분기되고, 타단은 제2라디에이터(620)와 연결된 후 다시 실내난방라인(40)과 연결되는 외기난방라인(80)이 더 포함된다. 따라서, 제3밸브(830)에 의해 실내난방라인(40)과 외기난방라인(80)은 제2라디에이터(620), 고온용 열교환기(510) 및 실내공조용 난방코어(330)를 선택적으로 연결하여 고전압배터리코어(100)의 승온 또는 실내난방을 수행하는 것이다. 특히, 본 발명에서는 실내공조용 냉방코어(310)와 실내공조용 난방코어(330)는 인접한 지점에 위치되는 것이 바람직할 것이다.
배터리냉방라인(50)은 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(100)의 일측지점과 타측지점에서 각각 분기되어 실내냉방라인(30)과 연결됨으로써 증발기(250)와 열교환된 냉각수가 고전압배터리코어(100)에도 흐를 수 있도록 한다. 배터리난방라인(60)은 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(100)의 일측지점과 타측지점에서 각각 분기되어 실내난방라인(40)과 연결됨으로써, 응축기(230)와 열교환된 냉각수가 고전압배터리코어(100)에도 흐를 수 있도록 한다. 특히, 제1밸브(810)는 배터리라인(10)의 일측 분기지점 또는 타측 분기 지점에 마련되어 배터리라인(10), 실내냉방라인(30) 및 실내난방라인(40)의 냉각수의 흐름을 조절하는 역할을 한다. 그러나 제2밸브(820), 제3밸브(830) 및 제4밸브(840)를 통해 냉각수의흐름을 제어할 수 있으므로, 경우에 따라서는 제1밸브(810)의 생략이 가능할 것이다.
도면을 통해 제어부에 의해 제어되는 각 모드별 냉각수의 흐름을 살펴보도록 한다.
도 2는 전장부품 및 배터리의 외기냉각모드를 도시한 도면이다. 외기냉각모드인 경우, 제어부가 제1밸브(810) 및 제4밸브(840)를 제어하여 냉각수가 배터리라인(10) 및 전장부품냉각라인(90)을 순환하도록 하여, 제1라디에이터(610)에 의해 고전압배터리코어(100)가 냉각되고, 제3라디에이터(630)에 의해 전장부품코어(400)가 냉각되도록 한다. 따라서, 냉각수는 제1밸브(810)에 의해 배터리라인(10) 내에서 순환하되, 제1라디에이터(610)에서 외기와 열교환하여 냉각된 냉각수가 고전압배터리코어(100)를 냉각한다. 또한, 냉각수는 제4밸브(840)에 의해 외기냉방라인(70)의 일부와 전장부품냉각라인(90)을 연결한 라인 내에서 순환하되, 제3라디에이터(630)에서 외기와 열교환하여 냉각된 냉각수가 전장부품코어(400)를 냉각한다.
도 3은 배터리냉각모드를 도시한 도면이다. 배터리냉각모드인 경우, 제어부가 압축기(210)를 작동하여 냉매라인(20)의 냉매를 순환시키며, 제1밸브(810), 제2밸브(820) 및 제3밸브(830)를 제어하여 냉매라인(20)과 열적으로 연결된 외기난방라인(80)에 냉각수를 순환시키고 냉매라인(20)과 열적으로 연결된 배터리냉방라인(50)을 배터리라인(10)과 연결한다. 즉, 외기난방라인(80)에 구비된 고온용 열교환기(510)와 냉매라인(20)의 응축기(230)가 열교환하여 열적으로 연결되고, 고온용 열교환기(510)에서 승온된 냉각수는 제2라디에이터(620)에서 외기와 열교환하여 냉각된 후 다시 고온용 열교환기(510)를 순환한다. 따라서, 고온용 열교환기(510)와 열적으로 연결된 응축기(230)에 의해 저온용 열교환기(530)가 구비된 실내냉방라인(30)의 일부, 배터리냉방라인(50) 및 배터리라인(10)을 연결하여 냉각수를 순환시킴으로써, 냉각된 냉각수가 순환되어 고전압배터리코어(100)의 냉각이 수행된다.
도 4는 실내냉각 및 배터리냉각모드를 도시한 도면이다. 실내냉방 및 배터리냉각모드인 경우, 제어부가 압축기(210)를 작동하여 냉매라인(20)의 냉매를 순환시키며, 제1밸브(810), 제2밸브(820) 및 제3밸브(830)를 제어하여 냉매라인(20)과 열적으로 연결된 외기난방라인(80)에 냉각수를 순환시키고 냉매라인(20)과 열적으로 연결된 배터리냉방라인(50)을 배터리라인(10)과 연결한다. 즉, 외기난방라인(80)에 구비된 고온용 열교환기(510)와 냉매라인(20)의 응축기(230)가 열교환하여 열적으로 연결되고, 고온용 열교환기(510)에서 승온된 냉각수는 제2라디에이터(620)에서 외기와 열교환하여 냉각된 후 다시 고온용 열교환기(510)를 순환한다. 따라서, 고온용 열교환기(510)와 열적으로 연결된 응축기(230)에 의해 저온용 열교환기(530)가 구비된 실내냉방라인(30)에 냉각수를 순환시켜 실내를 냉방하고, 실내냉방라인(30)의 일부, 배터리냉방라인(50) 및 배터리라인(10)을 연결하여 냉각수를 순환시킴으로써, 냉각된 냉각수가 순환되어 고전압배터리코어(100)의 냉각이 수행된다.
도 5는 배터리승온모드를 도시한 도면이다. 배터리승온모드에서는 전장부품코어(400)의 폐열을 회수하여 배터리승온을 수행한다. 먼저, 배터리승온모드이되, 외기온이 일정온도 미만인 경우, 제어부가 압축기(210)를 작동하여 냉매라인(20)의 냉매를 순환시키고, 제1밸브(810), 제2밸브(820), 제3밸브(830) 및 제4밸브(840)를 제어한다. 따라서, 냉매라인(20)과 전장부품코어(400)가 열적으로 연결되어 전장부품코어(400)의 폐열이 회수되고, 냉매라인(20)과 열적으로 연결된 실내난방라인(40)의 일부, 배터리난방라인(60) 및 배터리라인(10)과 연결됨으로써, 회수된 폐열에 의해 승온된 냉각수가 순환되어 고전압배터리코어(100)를 승온한다. 즉, 냉각수가 저온용 열교환기(530)를 포함하는 외기냉방라인(70)의 일부 및 전장부품냉각라인(90)을 순환하여 전장부품코어(400)를 냉각하여 전장부품코어(400)의 폐열을 회수한다. 또한, 냉매라인(20)과 열적으로 연결된 고온용 열교환기(510)를 포함하는 실내난방라인(40)의 일부, 배터리난방라인(60) 및 배터리라인(10)과 연결되어 고전압배터리코어(100)를 승온한다.
다음으로, 배터리승온모드이되, 외기온이 일정온도 이상인 경우에는 상기한 배터리승온모드이되, 외기온이 일정온도 미만인 경우에 추가로 외기냉방라인(70)을 냉각수가 순환하도록 연결하여 제3라디에이터(630)를 통해 전장부품코어(400)의 냉각을 보조하게 된다. 이때, 제4밸브(840)는 외기냉방라인(70)과 전장부품냉각라인(90)에 적절하게 유량을 분배하도록 제어된다.
도 6은 실내냉방모드를 도시한 도면이다. 실내냉방모드인 경우, 제어부가 압축기(210)를 작동하여 냉매라인(20)의 냉매를 순환시키며, 제2밸브(820) 및 제3밸브(830)를 제어하여 냉매라인(20)과 열적으로 연결된 외기난방라인(80)에 냉각수를 순환시키고 냉매라인(20)과 열적으로 연결된 실내냉방라인(30)에 냉각수를 순환시킨다. 즉, 외기난방라인(80)에 구비된 고온용 열교환기(510)와 냉매라인(20)의 응축기(230)가 열교환하여 열적으로 연결되고, 고온용 열교환기(510)에서 승온된 냉각수는 제2라디에이터(620)에서 외기와 열교환하여 냉각된 후 다시 고온용 열교환기(510)를 순환한다. 따라서, 고온용 열교환기(510)와 열적으로 연결된 응축기(230)에 의해 저온용 열교환기(530)가 구비된 실내냉방라인(30)에 냉각수를 순환시킴으로써, 냉각된 냉각수가 순환되어 실내냉방을 수행한다.
도 7은 실내난방모드를 도시한 도면이다. 먼저, 실내난방모드이되, 외기온이 일정온도 미만인 경우, 제어부가 압축기(210)를 작동하여 냉매라인(20)의 냉매를 순환시키고, 제2밸브(820), 제3밸브(830) 및 제4밸브(840)를 제어한다. 따라서, 냉매라인(20)과 전장부품코어(400)가 열적으로 연결되어 전장부품코어(400)의 폐열이 회수되고, 냉매라인(20)과 열적으로 연결되고, 고온용 열교환기(510)와 실내공조용 난방코어(310)를 포함하는 실내난방라인(40)에 냉각수가 순환되어 실내난방을 수행한다.
다음으로, 실내난방모드이되, 외기온이 일정온도 이상인 경우에는 상기한 배터리승온모드이되, 외기온이 일정온도 미만인 경우에 추가로 외기냉방라인(70)을 냉각수가 순환하도록 연결하여 제3라디에이터(630)를 통해 전장부품코어(400)의 냉각을 보조하게 된다. 이때, 제4밸브(840)는 외기냉방라인(70)과 전장부품냉각라인(90)에 적절하게 유량을 분배하도록 제어된다.
도 8은 제습모드를 도시한 도면이다. 제습모드인 경우, 제어부가 압축기(210)를 작동하여 냉매라인(20)의 냉매를 순환시키며, 제2밸브(820) 및 제3밸브(830)를 제어하여 냉매라인(20)과 열적으로 연결된 실내난방라인(40)에 냉각수를 순환시키고 냉매라인(20)과 열적으로 연결된 실내냉방라인(30)에 냉각수를 순환킴으로써, 제습이 수행된다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 공조시스템을 도시한 도면으로서, 실내난방라인(40)에 제어부에 의해 제어되는 수가열히터(600)가 더 포함되는 것을 도시하였다. 따라서, 한랭지에서 차량을 운행하는 경우 실내난방라인(40)의 냉각수를 추가로 가열할 수 있는 장점이 있다. 또한, 별도로 도시하지는 않았지만, 냉각수를 공급하는 리저버탱크를 라인 상에 별도로 구비하여 냉각수를 공급할 수도 있을 것이다.
따라서, 상기한 바와 같은 본 발명의 차량의 공조시스템에 의하면, 종래 전기차량의 복잡한 구성의 냉각수회로 및 폐열을 회수하기 위해 별도로 구성되는 히트펌프 시스템을 대체하는 통합열관리모듈(Thermal Management Module)을 구성함으로써, 원가 및 중량이 감소되는 효과가 있다. 또한, 통합열관리모듈을 세컨더리 루프(Secondary Loop)로 구성함으로써, 콤팩트하게 형성되어 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.
10 : 배터리라인 20 : 냉매라인
30 : 실내냉방라인 40 : 실내난방라인
50 : 배터리냉방라인 60 : 배터리난방라인
70 : 외기냉방라인 80 : 외기난방라인
90 : 전장부품냉각라인 100 : 고전압배터리코어
210 : 압축기 230 : 응축기
250 : 증발기 310 : 실내공조용 냉방코어
330 : 실내공조용 난방코어 400 : 전장부품코어
510 : 고온용 열교환기 530 : 저온용 열교환기
600 : 수가열히터 610 : 제1라디에이터
620 : 제2라디에이터 630 : 제3라디에이터
710 : 제1펌프 720 : 제2펌프
730 : 제3펌프 740 : 제4펌프
810 : 제1밸브 820 : 제2밸브
830 : 제3밸브 840 : 제4밸브

Claims (20)

  1. 제1라디에이터와 고전압배터리코어를 열적으로 연결하며 제1펌프가 구비되어 냉각수가 흐르는 배터리라인;
    압축기, 응축기 및 증발기가 구비되며 냉매가 흐르는 냉매라인;
    실내공조용 냉방코어와 증발기를 열적으로 연결하며 제2펌프가 구비되어 냉각수가 흐르는 실내냉방라인;
    실내공조용 난방코어와 응축기를 열적으로 연결하며 제3펌프가 구비되어 냉각수가 흐르는 실내난방라인;
    배터리라인 중 고전압배터리코어의 일측지점과 타측지점에서 각각 분기되어 실내냉방라인과 연결됨으로써 증발기와 열교환된 냉각수가 고전압배터리코어에도 흐를 수 있도록 하는 배터리냉방라인;
    배터리라인 중 고전압배터리코어의 일측지점과 타측지점에서 각각 분기되어 실내난방라인과 연결됨으로써 응축기와 열교환된 냉각수가 고전압배터리코어에도 흐를 수 있도록 하는 배터리난방라인; 및
    배터리라인의 일측 분기지점 또는 타측 분기지점에 마련되어 배터리라인, 실내냉방라인 및 실내난방라인의 냉각수 흐름을 조절하는 제1밸브;를 포함하는 차량의 공조시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    실내냉방라인에는 저온용 열교환기가 구비되어 냉매라인의 증발기와 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    실내냉방라인에는 제2밸브가 구비되며, 일단은 제2밸브로부터 분기되고, 타단은 제1라디에이터와 연결된 후 다시 실내냉방라인과 연결되는 외기냉방라인이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제2밸브에 의해 실내냉방라인과 외기냉방라인은 제1라디에이터, 저온용 열교환기 및 실내공조용 냉방코어를 선택적으로 연결하여 고전압배터리코어의 냉각 또는 실내냉방을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    외기냉방라인에는 제4밸브가 구비되며, 외기냉방라인에는 일단은 제4밸브로부터 분기되고, 타단은 제3라디에이터와 연결된 후 다시 외기냉방라인과 연결되되, 라인 상에는 전장부품코어가 구비되는 전장부품냉각라인이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    전장부품냉각라인에는 제어부에 의해 구동 또는 정지되는 제4펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    외기냉각모드인 경우, 제어부가 제1밸브 및 제4밸브를 제어하여 냉각수가 배터리라인 및 전장부품냉각라인을 순환하도록 하여, 제1라디에이터에 의해 고전압배터리코어가 냉각되고, 제3라디에이터에 의해 전장부품코어가 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    배터리승온모드이되, 외기온이 일정온도 미만인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 제1밸브, 제2밸브 및 제4밸브를 제어하여 냉매라인과 전장부품코어가 열적으로 연결되어 전장부품코어의 폐열이 회수되고, 냉매라인과 열적으로 연결된 실내난방라인의 일부가 배터리난방라인 및 배터리라인과 연결됨으로써, 회수된 폐열에 의해 승온된 냉각수가 순환되어 고전압배터리코어를 승온하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  9. 청구항 5에 있어서,
    배터리승온모드이되, 외기온이 일정온도 이상인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 제1밸브, 제2밸브 및 제4밸브를 제어하여 냉각수가 전장부품냉각라인을 순환함과 동시에 냉매라인과 전장부품코어가 열적으로 연결되어 전장부품코어의 폐열이 회수되고, 냉매라인과 열적으로 연결된 실내난방라인의 일부가 배터리난방라인 및 배터리라인과 연결됨으로써, 회수된 폐열에 의해 승온된 냉각수가 순환되어 고전압배터리코어를 승온하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  10. 청구항 5에 있어서,
    실내난방모드이되, 외기온이 일정온도 미만인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 제1밸브, 제2밸브 및 제4밸브를 제어하여 냉매라인과 전장부품코어가 열적으로 연결되어 전장부품코어의 폐열이 회수되고, 회수된 폐열에 의해 승온된 냉각수가 냉매라인과 열적으로 연결된 실내난방라인을 순환함으로써, 실내난방을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  11. 청구항 5에 있어서,
    실내난방모드이되, 외기온이 일정온도 이상인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키고, 제1밸브, 제2밸브 및 제4밸브를 제어하여 냉각수가 전장부품냉각라인을 순환함과 동시에 냉매라인과 전장부품코어가 열적으로 연결되어 전장부품코어의 폐열이 회수되고, 회수된 폐열에 의해 승온된 냉각수가 냉매라인과 열적으로 연결된 실내난방라인을 순환함으로써, 실내난방을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    실내난방라인에는 고온용 열교환기가 구비되어 냉매라인의 응축기와 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    실내난방라인에는 제3밸브가 구비되며, 일단은 제3밸브로부터 분기되고, 타단은 제2라디에이터와 연결된 후 다시 실내난방라인과 연결되는 외기난방라인이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    제3밸브에 의해 실내난방라인과 외기난방라인은 제2라디에이터, 고온용 열교환기 및 실내공조용 난방코어를 선택적으로 연결하여 고전압배터리코어의 승온 또는 실내난방을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  15. 청구항 13에 있어서,
    배터리냉각모드인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키며, 제1밸브 및 제3밸브를 제어하여 냉매라인과 열적으로 연결된 외기난방라인에 냉각수를 순환시키고 냉매라인과 열적으로 연결된 배터리냉방라인과 배터리라인 및 실내냉방라인의 일부와 연결함으로써, 냉각된 냉각수가 순환되어 고전압배터리코어의 냉각을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  16. 청구항 13에 있어서,
    실내냉방 및 배터리냉각모드인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키며, 제1밸브 및 제3밸브를 제어하여 냉매라인과 열적으로 연결된 외기난방라인에 냉각수를 순환시키고 냉매라인과 열적으로 연결된 배터리냉방라인을 배터리라인 및 실내냉방라인의 일부와 연결하되, 실내냉방라인에 냉각수를 순환시킴으로써, 실내냉방 및 고전압배터리코어의 냉각을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  17. 청구항 13에 있어서,
    실내냉방모드인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키며, 제3밸브를 제어하여 냉매라인과 열적으로 연결된 외기난방라인에 냉각수를 순환시키고 냉매라인과 열적으로 연결된 실내냉방라인에 냉각수를 순환시킴으로써, 실내냉방을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  18. 청구항 1에 있어서,
    제습모드인 경우, 제어부가 압축기를 작동하여 냉매라인의 냉매를 순환시키며, 제3밸브를 제어하여 냉매라인과 열적으로 연결된 실내난방라인에 냉각수를 순환시키고 냉매라인과 열적으로 연결된 실내냉방라인에 냉각수를 순환시킴으로써, 제습을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  19. 청구항 1에 있어서,
    실내공조용 냉방코어와 실내공조용 난방코어는 인접한 지점에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  20. 청구항 1에 있어서,
    실내난방라인에는 제어부에 의해 제어되는 수가열히터가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
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