KR102523026B1

KR102523026B1 - 차량용 배터리의 열관리 시스템

Info

Publication number: KR102523026B1
Application number: KR1020160014582A
Authority: KR
Inventors: 김철희; 김두훈; 한영흠; 한중만; 김현규; 류재춘; 이성제; 이세민
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2023-04-19
Also published as: KR20170094015A

Abstract

본 발명은 차량용 배터리의 열관리 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 냉매순환라인에 차량 배터리의 냉각을 위한 칠러를 연결하되, 상기 칠러의 출구측에 연결수단을 설치하여 배터리의 냉각 또는 가열모드에 따라 칠러와 증발기간의 연결을 직렬 또는 병렬로 구성함으로써, 상기 배터리의 냉각은 물론 가열이 가능하고, 배터리 가열을 위한 전기식 히터 등의 추가 부품이 필요 없어 비용 및 소모 전력을 감소하며, 시스템의 구성도 단순화 할 수 있는 차량용 배터리의 열관리 시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 배터리의 열관리 시스템{Thermal management system of battery for vehicle}

본 발명은 차량용 배터리의 열관리 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 냉매순환라인에 차량 배터리의 냉각을 위한 칠러를 연결하되, 상기 칠러의 출구측에 연결수단을 설치하여 배터리의 냉각 또는 가열모드에 따라 칠러와 증발기간의 연결을 직렬 또는 병렬로 구성함으로써, 상기 배터리의 냉각은 물론 가열이 가능한 차량용 배터리의 열관리 시스템에 관한 것이다.

최근 자동차는 연소식 엔진을 사용하는 자동차에서 환경친화적이고, 연비를 고려한 또 다른 형태의 자동차, 즉, 하이브리드 자동차나 전기자동차의 개발이 전 세계적으로 활발히 개발되고 있는 실정이다.

하이브리드 자동차는 기존의 엔진과 전기에너지로 구동되는 모터를 연계하여 두가지의 동력원으로 차량을 구동하고, 전기자동차는 전기에너지로 구동되는 모터만으로 구동하는 만큼, 배기가스에 의한 환경오염의 저감과 함께 연비향상의 효과로 인하여 미국과 일본을 중심으로 최근 각광을 받고있는 현실대안적인 차세대 자동차로 자리매김하고 있다.

이러한 하이브리드 자동차나 전기자동차에는 고용량 배터리가 장착되어 필요시 모터로 전력을 공급하고 차량의 감속, 정지시 재생동력원으로 부터 생성되는 전기에너지를 배터리로 충전하는 역할을 하고 있다.

그러나, 이와 같은 고용량 배터리는 충전과 방전을 반복하는 동안 발열하게 되고 온도가 급격히 상승할 경우 배터리의 수명을 단축시키게 됨은 물론 배터리를 최적의 상태로 사용할 수 없기 때문에, 배터리의 최적성능을 유지하기 위해서는 배터리를 적절히 냉각하는 시스템이 필요하게 된다.

이러한 배터리 냉각 시스템의 형태는 다양한 형태로 존재할 수 있으나, 대표적으로 공기 냉각식 또는 냉각수 냉각식의 방법을 채택하고 있다.

도 1은 종래 냉각수 냉각식 배터리 냉각 시스템을 나타낸 도면으로써, 에어컨 시스템의 냉매를 이용하여 배터리(8)를 순환하는 냉각수를 냉각하는 시스템이며, 구체적으로 설명하면,

압축기(1), 응축기(2), 팽창밸브(3), 증발기(4)가 냉매순환라인(R)으로 연결되고,

배터리(8), 워터펌프(7), 칠러(6)가 냉각수순환라인(W)으로 연결된다.

또한, 상기 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매를 이용하여 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 냉각시키기 위해, 상기 냉매순환라인(R)에는 상기 칠러(6)를 병렬로 연결시키는 냉매병렬라인(R1)이 설치된다.

상기 냉매병렬라인(R1)에는 보조 팽창밸브(5)가 설치된다.

따라서, 상기 압축기(1)에서 배출된 냉매가 응축기(2)를 통과한 후, 일부는 냉매순환라인(R)을 따라 팽창밸브(3), 증발기(4), 압축기(1)로 순환하게 되고, 일부는 상기 냉매병렬라인(R1)을 따라 보조 팽창밸브(5), 칠러(6), 압축기(1)로 순화하게 된다.

또한, 상기 워터펌프(7)에 의해 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수는 상기 칠러(6)와 배터리(8)를 순환하게 된다.

상기의 과정에서 상기 칠러(6)에서는 상기 보조 팽창밸브(5)를 통과한 저온의 냉매와 상기 냉각수가 열교환하게 되면서 냉각수가 냉각되고, 이렇게 냉각된 냉각수가 상기 배터리(8)로 공급되어 배터리(8)를 냉각시키게 된다.

그러나, 상기 종래기술은, 배터리(8)의 냉각은 가능하지만, 배터리(8)의 가열은 불가능한 문제가 있고, 특히 배터리(8)의 가열을 위해서는 별도의 전기식 히터를 설치해야 하므로 비용 및 소모 전력이 증가하는 문제가 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 냉매순환라인에 차량 배터리의 냉각을 위한 칠러를 연결하되, 상기 칠러의 출구측에 연결수단을 설치하여 배터리의 냉각 또는 가열모드에 따라 칠러와 증발기간의 연결을 직렬 또는 병렬로 구성함으로써, 상기 배터리의 냉각은 물론 가열이 가능하고, 배터리 가열을 위한 전기식 히터 등의 추가 부품이 필요 없어 비용 및 소모 전력을 감소하며, 시스템의 구성도 단순화 할 수 있는 차량용 배터리의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축기와, 응축기와, 팽창수단 및 증발기를 순차적으로 연결하여 냉매를 순환시키는 냉매순환라인과, 차량 배터리와 칠러를 연결하여 상기 칠러와 배터리간에 냉각수를 순환시키는 냉각수순환라인과, 상기 냉매순환라인과 상기 칠러의 입구측을 연결하여 냉매를 상기 칠러측으로 분기하는 냉매분기라인과, 상기 칠러의 출구측에 구비되며, 상기 냉매순환라인과 냉매분기라인을 통한 상기 칠러와 증발기간의 연결을 직렬 또는 병렬로 구성하는 연결수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 냉매순환라인에 차량 배터리의 냉각을 위한 칠러를 연결하되, 상기 칠러의 출구측에 연결수단을 설치하여 배터리 냉각모드시에는 칠러와 증발기를 병렬로 구성하고, 배터리 가열모드시에는 칠러와 증발기를 직렬로 구성함으로써, 상기 배터리의 냉각은 물론 가열이 가능하여 배터리를 최적의 상태로 유지할 수 있다.

또한, 상기 배터리 가열을 위한 전기식 히터 등의 추가 부품이 필요 없어 비용 및 소모 전력을 감소하고, 시스템의 구성도 단순화 할 수 있다.

그리고, 냉매순환라인과 리어 증발기를 연결하는 리어 냉매라인의 입구측에 솔레노이드 밸브를 설치함으로써, 리어 증발기의 미작동시 냉매에 포함된 오일이 상기 리어 냉매라인에 갇히는 오일 트랩(Oil trap)을 방지하여 성능 저하 및 압축기의 내구성 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 차량용 배터리 냉각 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 배터리의 열관리 시스템의 배터리 냉각모드를 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 배터리의 열관리 시스템의 배터리 가열모드를 나타내는 구성도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 차량용 배터리의 열관리 시스템은, 냉매순환라인(R)과, 냉각수순환라인(W)과, 냉매분기라인(R1)과, 연결수단(60)을 포함하여 이루어지며, 하이브리드 자동차 또는 전기자동차 뿐만 아니라 배터리(70)를 사용하는 자동차에 모두 적용될 수 있다.

상기 냉매순환라인(R)에는, 압축기(10)와, 응축기(20), 팽창수단(30), 증발기(40)가 순차적으로 연결되어 냉매가 순환하게 된다.

상기 압축기(10)는, 엔진(내연기관) 또는 전기모터(미도시) 등으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하게 된다.

상기 응축기(20)는, 상기 압축기(10)에서 배출되어 상기 냉매순환라인(R)을 유동하는 냉매와 프런트 공조케이스(100)의 내부를 유동하는 공기를 열교환시켜 응축시키게 되며, 이 과정에서 가열된 공기를 차실내로 공급하여 난방하게 된다.

즉, 상기 응축기(20)는 프런트 공조케이스(100) 내부의 온풍통로(102)에 설치되며, 난방시에는 응축기(20)를 통과하면서 가열된 공기를 차실내로 공급하게 되고, 냉방시에는 응축기(20)를 통과하면서 가열된 공기를 외부로 방출하게 된다.

상기 팽창수단(30)은 팽창밸브로 이루어져 상기 응축기(20)에서 배출되어 증발기(40)로 향하는 냉매를 팽창시킴은 물론 유량 조절을 하게 된다.

상기 팽창밸브로는 전자팽창밸브를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 증발기(40)는 상기 팽창수단(30)에서 배출된 냉매와 프런트 공조케이스(100)의 내부를 유동하는 공기를 서로 열교환시켜 증발시키게 되며, 이 과정에서 냉각된 공기를 차실내로 공급하여 냉방하게 된다.

즉, 상기 증발기(40)는 프런트 공조케이스(100) 내부의 냉풍통로(101)에 설치되며, 냉방시에는 증발기(40)를 통과하면서 냉각된 공기를 차실내로 공급하게 되고, 난방시에는 증발기(40)를 통과하면서 냉각된 공기를 외부로 방출하게 된다.

이와 같이, 상기 압축기(10)에서 압축된 후 배출된 고온의 냉매는 상기 응축기(20)에서 프런트 공조케이스(100)내 공기와 열교환을 통해 응축된 후 상기 팽창수단(30)으로 유입되고, 상기 팽창수단(30)에서 팽창된 후 배출된 저온 냉매는 상기 증발기(40)에서 프런트 공조케이스(100)내 공기와 열교환을 통해 증발된 후 다시 상기 압축기(10)로 순환하게 되는 것이다.

상기 프런트 공조케이스(100)는, 상기 응축기(20)가 설치되는 온풍통로(102)와, 상기 증발기(40)가 설치되는 냉풍통로(101)를 구비하여 차실내로 냉,온풍을 공급하게 된다.

도면에서는 편의상 상기 프런트 공조케이스(100)에 대해서 응축기(20)가 설치된 부분과 증발기(40)가 설치된 부분을 별도로 분리하여 도시하고 있지만, 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 하나의 프런트 공조케이스(100)의 내부에 온풍통로(102)와 냉풍통로(101)가 구획 형성되고, 상기 온풍통로(102)에 응축기(20)가 설치되고, 냉풍통로(101)에 증발기(40)가 설치되는 것이다.

또한, 상기 응축기(20)는, 제1응축부(21)와 제2응축부(22)로 구성된다. 이때, 하나의 응축기(20)를 두 개의 응축부로 나누어 제1응축부(21)와 제2응축부(22)로 구성할 수도 있고, 별도의 두 개의 응축기(20)를 설치하여 제1응축부(21)와 제2응축부(22)로 구성할 수도 있다.

상기 제1응축부(21)와 제2응축부(22)의 사이에는 제1응축부(21)에서 배출된 냉매로부터 기상 냉매와 액상 냉매를 분리한 후 액상 냉매를 제2응축부(22)로 공급하는 리시버드라이어(25)가 설치된다.

상기 제1응축부(21)와 제2응축부(22)의 사이에 리시버드라이어(25)를 설치하게 되면, 상기 제2응축부(22)를 과냉영역으로 사용할 수 있다.

한편, 상기 응축기(20)의 하류측 온풍통로(102)에는 전기가열식 히터(120)가 설치될 수 있다.

또한, 상기 증발기(40)의 하류측 냉풍통로(101)에는, 상기 증발기(40)를 통과한 공기를 차실내로 공급하거나 외부로 방출하도록 공기의 유동방향을 제어하는 냉풍모드도어(110)가 설치되고,

상기 응축기(20)의 하류측 온풍통로(102)에는, 상기 응축기(20)를 통과한 공기를 차실내로 공급하거나 외부로 방출하도록 공기의 유동방향을 제어하는 온풍모드도어(111)가 설치된다.

상기 냉풍모드도어(110)와 온풍모드도어(111)를 제어하여, 냉방모드시에는 증발기(40)를 통과한 공기는 차실내로 공급하고 응축기(20)를 통과한 공기는 외부로 방출하며, 난방모드시에는 증발기(40)를 통과한 공기는 외부로 방출하고, 응축기(20)를 통과한 공기는 차실내로 공급하게 된다.

한편, 상기 프런트 공조케이스(100)에는 내기 또는 외기를 냉풍통로(101)와 온풍통로(102)로 송풍하는 송풍장치(130)가 설치된다.

그리고, 차량의 뒷좌석 냉방을 위해 리어 증발기(211)를 구비한 리어 공조케이스(200)가 구비된다.

상기 리어 공조케이스(200)에는 리어 송풍장치(210)와, 상기 리어 증발기(211)의 하류측에 전기가열식 히터(212)가 설치된다.

상기 전기가열식 히터는, 차량 뒷좌석 난방시 작동하게 된다.

또한, 상기 리어 증발기(211)를 상기 냉매순환라인(R)에 병렬로 연결하는 리어 냉매라인(R4)이 더 구비된다.

상기 리어 냉매라인(R4)의 입구는 상기 응축기(20)의 하류측 냉매순환라인(R)과 연결되고, 출구는 상기 압축기(10)의 입구측 냉매순환라인(R)과 연결되는데 좀더 상세하게는 후술하는 연결수단(60)의 제2라인(R3)과 연결된다.

따라서, 상기 응축기(20)에서 배출된 냉매의 일부가 상기 리어 냉매라인(R4)을 통해 상기 리어 증발기(211)로 공급되어 리어 공조케이스(200)내를 유동하는 공기를 냉각하게 되며, 이후 상기 압축기(10)로 순환하게 된다.

한편, 상기 응축기(20)와 리어 증발기(211) 사이의 리어 냉매라인(R4)에는, 솔레노이드 밸브(80)와, 상기 리어 증발기(211)로 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(81)가 설치된다.

이때, 상기 솔레노이드 밸브(80)는, 상기 리어 냉매라인(R4)의 입구측에 인접하여 설치된다.

즉, 상기 리어 증발기(211)의 미작동시 냉매에 포함된 오일이 상기 리어 냉매라인(R4)에 갇히는 오일 트랩(Oil trap) 문제가 발생할 수 있는데, 상기 리어 냉매라인(R4)의 입구측에 솔레노이드 밸브(80)를 설치함으로써 오일 트랩을 방지하여 성능 저하 및 압축기(10)의 내구성 저하를 방지하게 된다.

한편, 차량 뒷좌석 냉방시에는, 상기 응축기(20)에서 배출된 냉매가 상기 리어 냉매라인(R4)으로 유동하여 팽창밸브(81)에서 팽창된 후 상기 리어 증발기(211)로 공급되고, 이후 상기 리어 공조케이스(200)내를 유동하는 공기가 리어 증발기(211)를 통과하면서 냉각된 후 뒷좌석으로 공급되어 냉방하게 된다.

물론, 앞좌석과 뒷좌석 모두 냉방시에는 상기 응축기(20)에서 배출된 냉매가 양분되어 프런트 공조케이스(100)의 증발기(40)와 리어 공조케이스(200)의 리어 증발기(211)로 모두 공급되게 된다.

그리고, 상기 압축기(10)와 응축기(20) 사이의 냉매순환라인(R)에는 냉매병렬라인(R5)이 병렬로 연결 설치되고, 상기 냉매순환라인(R)과 냉매병렬라인(R5)의 분기지점에는 냉매의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브(85)가 설치된다.

또한, 상기 냉매병렬라인(R5)에는 차량 전장품(91)을 순환하는 냉각수와 상기 냉매병렬라인(R5)의 냉매를 열교환시키는 냉매-냉각수 열교환기(90)가 설치된다.

상기 차량 전장품(91)은 보조 냉각수순환라인(W1)을 통해 상기 냉매-냉각수 열교환기(90)와 연결되며, 상기 보조 냉각수순환라인(W1)에는 냉각수를 냉각하는 라디에이터(92)와, 냉각수를 순환시키는 워터펌프(93)가 설치된다.

따라서, 상기 냉매병렬라인(R5) 및 냉매-냉각수 열교환기(90)를 통해 차량 전장품(91)의 폐열을 회수함으로써 난방 성능을 더욱 향상할 수 있다. 이 때 상기 방향전환밸브(85)를 통해 전장품(91) 폐열의 회수 여부를 결정할 수 있다.

일예로, 상기 전장품(91)의 폐열이 충분한 경우에는 상기 냉매병렬라인(R5)으로 냉매를 유동시키고, 그렇지 않은 경우에는 상기 냉매병렬라인(R5)으로의 냉매 유동을 차단하게 된다.

그리고, 상기 차량 배터리(70)의 냉각을 위한 냉각수순환라인(W)은, 차량 배터리(70)와 칠러(50)를 연결하여 상기 칠러(50)와 배터리(70)간에 냉각수를 순환시켜 배터리(70)를 냉각시키게 된다.

도면에는 도시하지 않았지만, 상기 냉각수순환라인(W)에는, 냉각수를 순환시키는 워터펌프가 설치된다.

이처럼, 상기 냉각수순환라인(W)에는 칠러(50), 배터리(70), 워터펌프가 연결된다.

상기 칠러(50)는, 냉각수와 냉매를 열교환시키는 열교환기로서, 후술하는 냉매분기라인(R1)의 냉매가 유동하는 냉매유로부(51)와, 상기 냉각수순환라인(W)의 냉각수가 유동하는 냉각수유로부(52)가 열교환 가능하게 구성되어 이루어진다.

그리고, 상기 냉매분기라인(R1)은, 상기 냉매순환라인(R)과 상기 칠러(50)의 입구측을 연결하여 냉매를 상기 칠러(50)측으로 분기하게 되며, 좀더 상세하게는, 상기 응축기(20)의 하류측 냉매순환라인(R)과 상기 칠러(50)의 입구측을 연결하게 된다.

상기 칠러(50)의 입구측 냉매분기라인(R1)에는, 보조 팽창수단(35)이 설치되어, 상기 칠러(50)로 공급되는 냉매를 팽창시키게 된다.

상기 보조 팽창수단(35)은 전자팽창밸브로 이루어져, 상기 냉매분기라인(R1)을 유동하는 냉매의 유량 조절과 팽창 기능을 하게 되며, 물론 팽창이 필요없는 경우에는 냉매를 팽창시키지 않고 바이패스 하게 된다.

이처럼, 상기 응축기(20)의 하류측 냉매순환라인(R)으로부터 분기되는 상기 리어 냉매라인(R4)과 냉매분기라인(R1)을 통해, 상기 응축기(20)에서 배출된 냉매는 상기 프런트 공조케이스(100)의 증발기(40)와, 상기 리어 공조케이스(200)의 리어 증발기(211) 및 상기 칠러(50)로 분기되어 공급되며, 각각의 전단에 설치된 팽창수단(30)과, 보조 팽창수단(35) 및 팽창밸브(81)를 통해 냉매의 유량 배분을 하게 된다.

그리고, 상기 칠러(50)의 출구측에는 상기 냉매순환라인(R)과 냉매분기라인(R1)을 통한 상기 칠러(50)와 증발기(40)간의 연결을 직렬 또는 병렬로 구성하는 연결수단(60)이 구비된다.

즉, 상기 냉매분기라인(R1)과 연결수단(60)을 통해 상기 칠러(50)와 증발기(40)가 직렬로 연결될 수도 있고, 병렬로 연결될 수도 있는 것이다.

상기 연결수단(60)은, 상기 칠러(50)의 출구측에 설치되어 냉매의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브(61)와, 상기 방향전환밸브(61)와 상기 팽창수단(30)의 입구측 냉매순환라인(R)을 연결하여 상기 칠러(50)와 증발기(40)가 직렬로 연결되도록 하는 제1라인(R2)과, 상기 방향전환밸브(61)와 상기 증발기(40)의 출구측 냉매순환라인(R)을 연결하여 상기 칠러(50)와 증발기(40)가 병렬로 연결되도록 하는 제2라인(R3)으로 이루어진다.

여기서, 상기 제1라인(R2)은 상기 방향전환밸브(61)와 상기 팽창수단(30)의 입구측 냉매순환라인(R)을 연결하게 된다.

따라서, 배터리 냉각모드시에는 상기 칠러(50)와 증발기(40)가 병렬로 연결되는 모드로서, 상기 방향전환밸브(61)는 상기 칠러(50)를 통과한 냉매가 상기 제2라인(R3)으로 유동하도록 방향이 전환되고, 상기 보조 팽창수단(35)은 상기 응축기(20)에서 배출된 냉매를 팽창시키도록 작동하게 된다.

이로인해, 상기 응축기(20)에서 배출되어 상기 냉매분기라인(R1)으로 유동하는 냉매는 상기 보조 팽창수단(35)에서 팽창된 후 상기 칠러(50)로 공급되고, 상기 칠러(50)로 공급된 냉매는 상기 냉각수순환라인(W)을 통해 상기 칠러(50)를 순환하는 냉각수를 냉각시킴으로써 배터리(70)를 냉각하게 되며, 이후 상기 칠러(50)에서 배출된 냉매는 상기 제2라인(R3)을 통해 압축기(10)로 순환하게 된다.

배터리 가열모드시에는 상기 칠러(50)와 증발기(40)가 직렬로 연결되는 모드로서, 상기 방향전환밸브(61)는 상기 칠러(50)를 통과한 냉매가 상기 제1라인(R2)으로 유동하도록 방향이 전환되고, 상기 보조 팽창수단(35)은 상기 응축기(20)에서 배출된 냉매를 바이패스시키도록 작동하게 된다.

이로인해, 상기 응축기(20)에서 배출되어 상기 냉매분기라인(R1)으로 유동하는 냉매는 상기 보조 팽창수단(35)에서 팽창되지 않고 바이패스 된 후 상기 칠러(50)로 공급되고, 상기 칠러(50)로 공급된 냉매는 상기 냉각수순환라인(W)을 통해 상기 칠러(50)를 순환하는 냉각수를 가열시킴으로써 배터리(70)를 가열하게 되며, 이후 상기 칠러(50)에서 배출된 냉매는 상기 제1라인(R2)을 통해 팽창수단(30)으로 유동한 후 증발기(40)로 순환하게 된다.

이와 같이, 상기 냉매순환라인(R)에 연결된 증발기(40)와, 상기 냉매분기라인(R1) 및 연결수단(60)을 통해 상기 냉매순환라인(R)과 연결되는 칠러(50)를 구성하고, 상기 연결수단(60)을 제어하여 배터리 냉각모드시에는 칠러(50)와 증발기(40)를 병렬로 연결 구성하며, 배터리 가열모드시에는 칠러(50)와 증발기(40)를 직렬로 연결 구성함으로써, 상기 배터리(70)의 냉각은 물론 가열이 가능하여 배터리(70)를 최적의 상태로 유지할 수 있다.

또한, 상기 배터리(70) 가열을 위한 전기식 히터 등의 추가 부품이 필요 없어 비용 및 소모 전력을 감소하고, 시스템의 구성도 단순화 할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 차량용 배터리의 열교환리 시스템의 작용을 설명하기로 하며, 본 발명의 특징인 배터리 냉각모드와 배터리 가열모드에 대해서만 설명하고, 차실내의 앞좌석 냉,난방모드와 뒷좌석 냉,난방모드에 대해서는 생략하기로 한다.

가. 배터리 냉각모드

배터리 냉각모드는, 상기 칠러(50)와 증발기(40)가 병렬로 연결 구성되는 모드로서, 도 2와 같이 상기 보조 팽창수단(35)은 팽창기능을 하도록 작동하게 되고, 상기 연결수단(60)의 방향조절밸브(61)는 제2라인(R3)을 개방하여 상기 칠러(50)와 증발기(40)를 병렬로 구성하게 된다.

따라서, 상기 압축기(10)에서 압축된 후 배출된 고온의 냉매는 상기 응축기(20)에서 프런트 공조케이스(100)의 온풍통로(102)를 유동하는 공기와 열교환을 통해 응축되게 된다.

상기 응축기(20)에서 배출된 냉매는 양분되어 일부는 냉매순환라인(R)의 팽창수단(30)으로 유동하고, 일부는 냉매분기라인(R1)의 보조 팽창수단(35)으로 유동하게 된다.

상기 냉매순환라인(R)의 팽창수단(30)으로 유동한 냉매는 팽창된 후, 증발기(40)로 유동하여 프런트 공조케이스(100)의 냉풍통로(101)를 유동하는 공기와 열교환을 통해 증발된 후 압축기(10)로 유동하게 되고,

상기 냉매분기라인(R1)의 보조 팽창수단(35)으로 유동한 냉매는 팽창된 후, 칠러(50)로 유동하여 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수와 열교환을 통해 증발된 후 제2라인(R3)을 따라 압축기(10)로 유동하게 된다.

상기의 과정에서, 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수는 상기 칠러(50)에서 냉매와의 열교환에 의해 냉각된 후, 상기 배터리(70)로 순환하여 배터리(70)를 냉각시키게 된다.

나. 배터리 가열모드

배터리 가열모드는, 상기 칠러(50)와 증발기(40)가 직렬로 연결 구성되는 모드로서, 도 3과 같이 상기 보조 팽창수단(35)은 팽창기능을 하지 않고 냉매를 바이패스 하도록 작동하게 되고, 상기 연결수단(60)의 방향조절밸브(61)는 제1라인(R2)을 개방하여 상기 칠러(50)와 증발기(40)를 직렬로 구성하게 된다.

상기 냉매분기라인(R1)의 보조 팽창수단(35)으로 유동한 냉매는 팽창되지 않고 바이패스 된 후, 칠러(50)로 유동하여 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수와 열교환을 통해 재차 응축(과냉각)된 후 제1라인(R2)을 따라 팽창수단(30)으로 유동하게 된다.

계속해서, 상기 팽창수단(30)으로 유동한 냉매는 팽창된 후, 증발기(40)로 유동하여 프런트 공조케이스(100)의 냉풍통로(101)를 유동하는 공기와 열교환을 통해 증발된 후 압축기(10)로 유동하게 된다.

상기의 과정에서, 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수는 상기 칠러(50)에서 냉매와의 열교환에 의해 가열된 후, 상기 배터리(70)로 순환하여 배터리(70)를 가열시키게 된다.

이와 같이, 배터리 냉각모드와 배터리 가열모드를 통해 배터리(70)의 온도를 최적으로 유지하게 된다.

10: 압축기 20: 응축기
30: 팽창수단 35: 보조 팽창수단
40: 증발기 50: 칠러
60: 연결수단 61: 방향조절밸브
70: 배터리 80: 솔레노이드 밸브
81: 팽창밸브 85: 방향조절밸브
90: 냉매-냉각수 열교환기 91: 전장품
92: 라디에이터 93: 워터펌프
100: 프런트 공조케이스 101: 냉풍통로
102: 온풍통로 110: 냉풍모드도어
111: 온풍모드도어 120,212: 전기가열식 히터
200: 리어 공조케이스 211: 리어 증발기
R: 냉매순환라인 R1: 냉매분기라인
R2: 제1라인 R3: 제2라인
R4: 리어 냉매라인 R5: 냉매병렬라인
W: 냉각수순환라인 W1: 보조 냉각수순환라인

Claims

압축기(10)와, 응축기(20)와, 팽창수단(30) 및 증발기(40)를 순차적으로 연결하여 냉매를 순환시키는 냉매순환라인(R)과,
차량 배터리(70)와 칠러(50)를 연결하여 상기 칠러(50)와 배터리(70)간에 냉각수를 순환시키는 냉각수순환라인(W)과,
상기 냉매순환라인(R)과 상기 칠러(50)의 입구측을 연결하여 냉매를 상기 칠러(50)측으로 분기하는 냉매분기라인(R1)과,
상기 칠러(50)의 출구측에 구비되며, 상기 냉매순환라인(R)과 냉매분기라인(R1)을 통한 상기 칠러(50)와 증발기(40)간의 연결을 직렬 또는 병렬로 구성하는 연결수단(60)을 포함하여 이루어지고,
상기 연결수단(60)은,
상기 칠러(50)의 출구측에 설치되어 냉매의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브(61)와,
상기 방향전환밸브(61)와 상기 팽창수단(30)의 입구측 냉매순환라인(R)을 연결하여 상기 칠러(50)와 증발기(10)가 직렬로 연결되도록 하는 제1라인(R2)과,
상기 방향전환밸브(61)와 상기 증발기(40)의 출구측 냉매순환라인(R)을 연결하여 상기 칠러(50)와 증발기(40)가 병렬로 연결되도록 하는 제2라인(R3)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 냉매분기라인(R1)은, 상기 응축기(20)의 하류측 냉매순환라인(R)과 상기 칠러(50)의 입구측을 연결하도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 칠러(50)의 입구측 냉매분기라인(R1)에는, 보조 팽창수단(35)이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
제 4 항에 있어서,
배터리 냉각모드시, 상기 방향전환밸브(61)는 상기 칠러(50)를 통과한 냉매가 상기 제2라인(R3)으로 유동하도록 방향이 전환되고, 상기 보조 팽창수단(35)은 상기 응축기(20)에서 배출된 냉매를 팽창시키도록 작동하여, 상기 칠러(50)를 순환하는 냉각수를 냉각시켜 배터리(70)를 냉각하고,
배터리 가열모드시, 상기 방향전환밸브(61)는 상기 칠러(50)를 통과한 냉매가 상기 제1라인(R2)으로 유동하도록 방향이 전환되고, 상기 보조 팽창수단(35)은 상기 응축기(20)에서 배출된 냉매를 바이패스시키도록 작동하여, 상기 칠러(50)를 순환하는 냉각수를 가열시켜 배터리(70)를 가열하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 응축기(20)가 설치되는 온풍통로(102)와, 상기 증발기(40)가 설치되는 냉풍통로(101)를 구비하여 차실내로 냉,온풍을 공급하는 프런트 공조케이스(100)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 응축기(20)는, 제1응축부(21)와 제2응축부(22)로 구성되고,
상기 제1응축부(21)와 제2응축부(22)의 사이에는 제1응축부(21)에서 배출된 냉매로부터 기상 냉매와 액상 냉매를 분리한 후 액상 냉매를 제2응축부(22)로 공급하는 리시버드라이어(25)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 응축기(20)의 하류측 온풍통로(102)에는 전기가열식 히터(120)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 증발기(40)의 하류측 냉풍통로(101)에는, 상기 증발기(40)를 통과한 공기를 차실내로 공급하거나 외부로 방출하도록 공기의 유동방향을 제어하는 냉풍모드도어(110)가 설치되고,
상기 응축기(20)의 하류측 온풍통로(102)에는, 상기 응축기(20)를 통과한 공기를 차실내로 공급하거나 외부로 방출하도록 공기의 유동방향을 제어하는 온풍모드도어(111)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
제 1 항에 있어서,
차량의 뒷좌석 냉방을 위해 리어 증발기(211)를 구비한 리어 공조케이스(200)가 구비되고,
상기 리어 증발기(211)를 상기 냉매순환라인(R)에 병렬로 연결하는 리어 냉매라인(R4)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 리어 냉매라인(R4)의 입구는 상기 응축기(20)의 하류측 냉매순환라인(R)과 연결되고, 출구는 상기 제2라인(R3)과 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 응축기(20)와 리어 증발기(211) 사이의 리어 냉매라인(R4)에는, 솔레노이드 밸브(80)와, 상기 리어 증발기(211)로 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(81)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 솔레노이드 밸브(80)는, 상기 리어 냉매라인(R4)의 입구측에 인접하여 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.
압축기(10)와, 응축기(20)와, 팽창수단(30) 및 증발기(40)를 순차적으로 연결하여 냉매를 순환시키는 냉매순환라인(R)과,
차량 배터리(70)와 칠러(50)를 연결하여 상기 칠러(50)와 배터리(70)간에 냉각수를 순환시키는 냉각수순환라인(W)과,
상기 냉매순환라인(R)과 상기 칠러(50)의 입구측을 연결하여 냉매를 상기 칠러(50)측으로 분기하는 냉매분기라인(R1)과,
상기 칠러(50)의 출구측에 구비되며, 상기 냉매순환라인(R)과 냉매분기라인(R1)을 통한 상기 칠러(50)와 증발기(40)간의 연결을 직렬 또는 병렬로 구성하는 연결수단(60)을 포함하여 이루어지고,
상기 압축기(10)와 응축기(20) 사이의 냉매순환라인(R)에는 냉매병렬라인(R5)이 병렬로 연결 설치되고,
상기 냉매순환라인(R)과 냉매병렬라인(R5)의 분기지점에는 냉매의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브(85)가 설치되며,
상기 냉매병렬라인(R5)에는 차량 전장품(91)을 순환하는 냉각수와 상기 냉매병렬라인(R5)의 냉매를 열교환시키는 냉매-냉각수 열교환기(90)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 열관리 시스템.