KR20180093184A - 자동차의 통합 열관리 시스템 - Google Patents

자동차의 통합 열관리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20180093184A
KR20180093184A KR1020170018650A KR20170018650A KR20180093184A KR 20180093184 A KR20180093184 A KR 20180093184A KR 1020170018650 A KR1020170018650 A KR 1020170018650A KR 20170018650 A KR20170018650 A KR 20170018650A KR 20180093184 A KR20180093184 A KR 20180093184A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling water
circulation line
battery
water circulation
heater core
Prior art date
Application number
KR1020170018650A
Other languages
English (en)
Inventor
황인국
김성훈
이해준
진형규
Original Assignee
한온시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한온시스템 주식회사 filed Critical 한온시스템 주식회사
Priority to KR1020170018650A priority Critical patent/KR20180093184A/ko
Publication of KR20180093184A publication Critical patent/KR20180093184A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00921—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is an extra subcondenser, e.g. in an air duct
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00885—Controlling the flow of heating or cooling liquid, e.g. valves or pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/04—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant from cooling liquid of the plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/14—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
    • B60H1/143—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2221—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters arrangements of electric heaters for heating an intermediate liquid
    • B60L11/1875—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00942—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising a plurality of heat exchangers, e.g. for multi zone heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00949—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising additional heating/cooling sources, e.g. second evaporator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 자동차의 통합 열관리 시스템에 관한 것으로서, 열관리 장치들 간의 연계성 및 부품 공용성을 개선함으로써, 각 열관리 장치들의 성능저하 없이 열교환기 및 PTC 히터의 개수를 줄일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축기로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향을 제어함에 따라 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드로 작동되면서 차실내를 냉,난방하는 공조장치를 포함하는 자동차의 통합 열관리 시스템에 있어서, 공조장치는, 압축기와 실외열교환기와 팽창밸브와 실내열교환기로 구성된 냉매순환라인과; 차실내 난방용 히터코어에 냉각수를 순환시키는 히터코어측 냉각수순환라인과; 냉매순환라인을 순환하는 냉매와, 히터코어측 냉각수순환라인을 순환하는 냉각수를 열교환시키는 칠러를 포함하며; 칠러는, 압축기의 토출 냉매와 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수 또는 실외열교환기의 토출 냉매와 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 선택적으로 열교환시킨다.

Description

자동차의 통합 열관리 시스템{INTEGRATED HEAT MANAGEMENT SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 자동차의 통합 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열관리 장치들 간의 연계성 및 부품 공용성을 개선함으로써, 각 열관리 장치들의 성능저하 없이 열교환기 및 PTC 히터의 개수를 줄일 수 있고, 이를 통해, 제조원가를 절감함과 동시에 차량의 연비를 개선할 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템에 관한 것이다.
친환경 차량의 일례로서, 전기자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차(이하, "자동차"라 통칭함)등이 있다.
이러한 자동차는, 다양한 열관리 장치들을 갖추고 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 차실내 냉,난방을 위한 공조장치(1), 배터리(B)를 냉각시키기 위한 수냉식 배터리 냉각장치(5), 전장부품모듈(C)을 냉각시키기 위한 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(7) 등이 있다.
공조장치(1)는, 히트펌프식(Heat Pump Type)으로서, 냉매의 흐름 방향에 따라 "히트펌프 모드" 또는 "에어컨 모드"로 제어되면서 난방용 또는 냉방용으로 사용한다.
특히, "히트펌프 모드" 시에는, 압축기(1a)와 고압측 실내열교환기(1b)와 제 1팽창밸브(1c)와 실외열교환기(1d)로 연결되는 "히트펌프 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 고압측 실내열교환기(1b)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 통해 차실내를 난방한다.
그리고, "에어컨 모드" 시에는, 압축기(1a)와 고압측 실내열교환기(1b)와 제 2팽창밸브(1e)와 저압측 실내열교환기(1f)로 연결되는 "에어컨 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 저압측 실내열교환기(1f)에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 통해 차실내를 냉방한다.
배터리 냉각장치(5)는, "냉방모드" 시에는, 공조장치(1)의 냉매를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킨다.
특히, 바이패스유로(5a)를 통해 공조장치(1)의 냉매를 바이패스하고, 바이패스된 냉매를 팽창밸브(5b)로 팽창,감압시킨 다음, 감압,팽창된 저온의 냉매와 냉각수라인(5c)의 냉각수를 칠러(5d)에서 열교환시켜 냉각수를 냉각시키며, 냉각된 냉각수를 냉각수라인(5c)을 통해 배터리(B)로 순환시킴으로써, 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.
또한, 차실내의 "난방모드" 시에는, 전장부품모듈 냉각장치(7)의 냉각수를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킨다.
특히, 삼방밸브(5e)와 제 1연결라인(5f)을 통해, 전장부품모듈 냉각장치(7)의 냉각수를 도입하고, 도입된 냉각수를 배터리(B)측으로 순환시킨 다음, 순환된 냉각수를 통해 배터리(B)를 냉각시킨다. 이후, 배터리(B)의 냉각을 마친 냉각수를 삼방밸브(5g)와 제 2연결라인(5h)을 통해 전장부품모듈 냉각장치(7)로 리턴시킨다.
전장부품모듈 냉각장치(7)는, "냉방모드" 시에는, 삼방밸브(7a)를 제어하여 전장부품모듈(C)측과 라디에이터(7b)측을 연결하고, 이를 통해, 냉각수라인(7c)의 냉각수를 라디에이터(7b)와 전장부품모듈(C) 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.
그리고 차실내의 "난방모드" 시에는, 삼방밸브(7a)를 제어하여 전장부품모듈(C)측과 폐열회수칠러(7d)측을 연결하고, 이를 통해, 냉각수라인(7c)의 냉각수를 폐열회수칠러(7d)와 전장부품모듈(C) 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.
여기서, 폐열회수칠러(7d)로 도입된 냉각수는, 상기 폐열회수칠러(7d)에서 공조장치(1)의 냉매와 상호 열교환되면서 냉각되는데, 이렇게 냉각된 냉각수는 배터리(B)와 전장부품모듈(C)로 순환되면서 상기 배터리(B)와 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.
한편, 폐열회수칠러(7d)측에서 열교환된 공조장치(1)의 냉매는, 배터리(B)와 전장부품모듈(C)의 폐열을 흡수하면서 가열되는데, 이렇게 가열된 냉매는 공조장치(1)의 "히트펌프 모드" 효율을 높여 차실내의 난방성능을 개선시킨다.
다시, 도 1을 참조하면, 자동차의 열관리 장치는, 배터리(B)의 충전 시에, 배터리(B)를 예열하기 위한 배터리 예열장치(8)를 더 구비한다.
배터리 예열장치(8)는, 배터리 냉각장치(5)의 냉각수라인(5c)상에 설치되는 PTC 히터(8a)를 포함한다.
PTC 히터(8a)는, 배터리(B)의 충전 시에, 냉각수라인(5c)을 따라 흐르는 냉각수를 가열한다. 따라서 가열된 냉각수가 배터리(B)로 도입되면서 상기 배터리(B)를 예열할 수 있게 한다. 이로써, 배터리(B)의 충전 시에, 충전효율을 높인다.
그런데, 이러한 종래의 자동차는, 각 열관리 장치들의 부품수가 너무 많다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 제조원가가 상승된다는 문제점이 있다.
특히, 각 열관리 장치들 마다, 열교환기들을 갖추고 있는 데, 예를 들면, 공조장치(1)의 경우, 고압측 실내열교환기(1b)와 저압측 실내열교환기(1f)와 실외열교환기(1d) 등 3개의 열교환기를 갖추고 있다.
또한, 배터리 냉각장치(5)의 경우, 칠러(5d), 1개의 열교환기를 갖추고 있으며, 전장부품모듈 냉각장치(7)의 경우, 라디에이터(7b)와 폐열회수칠러(7d) 등 2개의 열교환기를 갖추고 있어, 이러한 총 6개의 열교환기들 때문에 제조원가가 현저하게 상승된다는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 공조장치(1)의 경우, 난방모드 시에, 부족한 난방성능을 보충하기 위한 별도의 PTC 히터(5i)를 갖춰야 하고, 배터리 예열장치(8)의 경우에도, 배터리(B)의 예열을 위한 별도의 PTC 히터(8a)를 갖춰야 하므로, PTC 히터(5i, 8a)의 개수가 너무 많다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에 제조원가가 상승될 뿐만 아니라, 전력소비가 증가되어 차량의 연비에도 많은 지장을 준다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 열관리 장치인 공조장치와, 배터리 냉각 및 예열장치와, 전장부품모듈 냉각장치들 간의 연계성 및 부품 공용성을 대폭적으로 개선함으로써, 각 열관리 장치들의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 열관리 장치들의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있도록 구성함으로써, 부품수를 대폭적으로 줄일 수 있고, 이를 통해, 제조원가를 절감할 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 공조장치와, 배터리 냉각 및 예열장치 간의 연계성 및 부품 공용성을 대폭적으로 개선함으로써, 공조장치의 난방성능 및 배터리의 예열성능 저하없이 PTC 히터의 개수를 줄일 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 공조장치의 난방성능 및 배터리의 예열성능 저하없이 PTC 히터의 개수를 줄일 수 있도록 구성함으로써, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있고, 전력소비를 줄여 차량의 연비를 개선할 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템은, 압축기로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향을 제어함에 따라 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드로 작동되면서 차실내를 냉,난방하는 공조장치를 포함하는 자동차의 통합 열관리 시스템에 있어서, 상기 공조장치는, 상기 압축기와 실외열교환기와 팽창밸브와 실내열교환기로 구성된 냉매순환라인과; 차실내 난방용 히터코어에 냉각수를 순환시키는 히터코어측 냉각수순환라인과; 상기 냉매순환라인을 순환하는 냉매와, 상기 히터코어측 냉각수순환라인을 순환하는 냉각수를 열교환시키는 칠러를 포함하며; 상기 칠러는, 상기 압축기의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수 또는 상기 실외열교환기의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 선택적으로 열교환시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 칠러의 상류측에 설치되는 팽창밸브를 더 포함하며; 상기 칠러는, 차실내의 냉방모드 시에는, 상기 실외열교환기와 상기 팽창밸브를 통과한 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 냉각시키고; 차실내의 난방모드 시에는, 상기 압축기의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 가열하는 것을 특징으로 한다.
그리고 배터리에 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 배터리측 냉각수순환라인을 더 포함하며, 상기 배터리측 냉각수순환라인은, 차실내의 냉방모드 시에, 경우에 따라 상기 히터코어측 냉각수순환라인과 연결되어, 상기 칠러와의 열교환에 의해 냉각된 냉각수를 상기 배터리에 순환시켜 상기 배터리를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 공조장치는, 상기 히터코어 상류측의 상기 냉각수순환라인 상에 설치되는 PTC 히터를 더 포함하며, 상기 PTC 히터는, 차실내의 난방모드 시에, 상기 히터코어로 도입되는 냉각수를 가열하여, 가열된 냉각수가 상기 히터코어를 순환하면서 고온의 열을 방출할 수 있게 하는 구조인 것을 특징으로 한다.
그리고 전장부품모듈에 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인과; 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수를 상기 배터리측 냉각수순환라인으로 바이패스하고, 상기 배터리측 냉각수순환라인을 순환한 냉각수를 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인측으로 다시 리턴시키는 밸브수단을 포함하며; 상기 밸브수단은, 차실내의 냉방모드와 난방모드 시에, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수를 상기 배터리측 냉각수순환라인으로 유입시켜 상기 배터리를 냉각시킨 후, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인으로 다시 리턴시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인은, 전장부품모듈의 열을 빼앗은 냉각수를 냉각시키는 라디에이터와; 경우에 따라 상기 전장부품모듈의 출구측 냉각수를 상기 공조장치의 실외열교환기 내부유로로 바이패스하는 삼방밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인은, 차실내의 냉방모드 시에, 냉각수를 상기 전장부품모듈과 라디에이터 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈을 냉각시키고; 차실내의 난방모드 시에, 상기 삼방밸브를 통해 상기 전장부품모듈의 출구측 냉각수를 상기 공조장치의 실외열교환기 내부유로로 바이패스하여, 냉각수가 상기 전장부품모듈과 상기 공조장치의 실외열교환기 사이에서 순환되면서 상기 전장부품모듈을 냉각시킴과 동시에 상기 전장부품모듈의 폐열을 상기 공조장치측으로 회수하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 배터리의 충전 시에, 상기 배터리를 예열하기 위한 배터리 예열장치를 더 포함하며; 상기 배터리 예열장치는, 배터리 충전모드 시에, 상기 압축기의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 가열하는 상기 칠러와; 가열된 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 상기 배터리에 냉각수를 순환시켜 상기 배터리를 예열하는 상기 배터리측 냉각수순환라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 배터리 예열장치는, 상기 히터코어측 냉각수순환라인에 설치되는 PTC 히터를 더 포함하며; 상기 PTC 히터는, 배터리 충전모드 시에, 온(ON)되면서 상기 히터코어측 냉각수순환라인을 따라 흐르는 냉각수를 가열하여, 가열된 냉각수가 상기 배터리측 냉각수순환라인을 통해 배터리로 도입되면서 상기 배터리를 예열할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템에 의하면, 열관리 장치인 공조장치와, 배터리 냉각장치 및 예열장치와, 전장부품모듈 냉각장치들 간의 연계성 및 부품 공용성을 대폭적으로 개선하는 구조이므로, 각 열관리 장치들의 성능저하 없이 부품의 개수를 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.
특히, 공조장치 칠러의 경우, "냉방모드" 시에는, 배터리를 냉각시키는 열교환기로 사용하고, "난방모드" 시에는 냉매의 응축기로 사용하며, "배터리 예열모드" 시에는, 배터리의 예열시키는 열교환기로 사용되는 구조이므로, 공조장치와 배터리 냉각장치와 배터리 예열장치 모두 공용으로 사용할 수 있고, 이를 통해, 공조장치와 배터리 냉각장치와 배터리 예열장치의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있으며, 그 결과, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공조장치 실외열교환기의 경우, "냉방모드" 시에는, 냉매의 응축기로 사용하고, "난방모드" 시에는 냉매의 증발기로 사용함과 동시에 전장부품모듈 냉각장치의 폐열을 회수하는 폐열회수칠러의 역할을 수행하는 구조이므로, 공조장치와 전장부품모듈 냉각장치 모두 공용으로 사용할 수 있고, 이를 통해, 공조장치와 전장부품모듈 냉각장치들의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있으며, 그 결과, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공조장치 PTC 히터의 경우, "난방모드" 시에는, 히터코어측으로 도입되는 냉각수를 가열하여 차실내를 난방하는데 사용하고, "배터리 충전모드" 시에는 배터리측으로 도입되는 냉각수를 가열하여 배터리를 예열시키는데 사용하는 구조이므로, 공조장치와 배터리 예열장치 모두 공용으로 사용할 수 있고, 이를 통해, 공조장치의 난방성능과 배터리의 예열성능의 저하없이 PTC 히터의 개수를 줄일 수 있으며, 그 결과, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있고, 전력소비를 줄여 차량의 연비를 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 자동차의 통합 열관리 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 구성을 상세하게 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 작동도로서, 차실내의 냉방모드 시에, 공조장치와, 공조장치의 냉매를 이용하여 배터리를 냉각시키는 배터리 냉각장치 및, 전장부품모듈 냉각장치의 작동예를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 작동도로서, 차실내의 난방모드 시에, 공조장치와, 전장부품모듈 냉각장치의 냉각수를 이용하여 배터리를 냉각시키는 배터리 냉각장치 및, 전장부품모듈 냉각장치의 작동예를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 작동도로서, 차실내의 냉방모드 시에, 공조장치와, 전장부품모듈 냉각장치의 냉각수를 이용하여 배터리를 냉각시키는 배터리 냉각장치 및, 전장부품모듈 냉각장치의 작동예를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 배터리의 충전모드 시에, 공조장치의 냉매를 이용하여 배터리를 예열시키는 모습을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 통합 열관리 시스템은, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)를 구비한다.
공조장치(10)는, 히트펌프식으로서, 냉매순환라인(10a)을 구비하며, 상기 냉매순환라인(10a)에는, 압축기(12)와 실외열교환기(13)와 제 1팽창밸브(14)와 실내열교환기(15)가 설치된다.
압축기(12)는, 기화된 냉매를 고온,고압의 가스로 압축한다.
실외열교환기(13)는, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에는 응축기 역할을 수행하고, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에는 증발기 역할을 수행한다. 특히, "에어컨 모드" 시에는, 압축기(12)에서 압축된 고온,고압의 냉매를 주변의 공기와 열교환시키고, "히트펌프 모드" 시에는, 칠러(17)(후술함)측에서 배출된 냉매를 주변의 공기와 열교환시킨다.
제 1팽창밸브(14)는, 인가되는 전압의 크기에 따라 교축유로(14a)의 개도량이 가변 조절되는 가변식 전자밸브로서, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에, 실외열교환기(13)에서 배출된 냉매를 저온,저압으로 감압 팽창시킨다.
실내열교환기(15)는, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에 증발기 역할을 수행하는 것으로, 제 1팽창밸브(14)에서 배출된 저온,저압의 냉매를 차실내의 공기와 열교환시켜 냉기를 발생시킨다. 따라서, 차실내를 냉방한다.
그리고 공조장치(10)는, 압축기(12)의 출력측(12a)에 설치되는 제 1삼방밸브(16)와, 제 1삼방밸브(16)와 연결되는 칠러(17)와 제 2팽창밸브(18)를 포함한다.
제 1삼방밸브(16)는, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에, 압축기(12)로부터 배출되는 고온,고압 냉매의 실외열교환기(13) 도입을 허용하고, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에, 압축기(12)로부터 배출되는 고온,고압의 냉매를 바이패스한다.
칠러(17)는, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에, 응축기 역할을 수행하는 것으로, 제 1삼방밸브(16)를 통해 바이패스된 고온,고압의 냉매를 주변의 공기와 열교환시킨다. 특히, 고온??고압의 냉매를 열교환시키는 과정에서 고온의 열을 방출한다.
제 2팽창밸브(18)는, "히트펌프 모드" 시에, 칠러(17)에서 배출된 냉매를 감압,팽창시키고, 감압,팽창된 저온,저압의 냉매를 실외열교환기(13)에 도입시킨다.
한편, 실외열교환기(13)는, "히트펌프 모드" 시에, 제 2팽창밸브(18)에서 감압,팽창된 냉매를 주변의 공기와 열교환시키고, 열교환된 냉매를 압축기(12)의 입력측(12b)으로 리턴시킨다.
여기서, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에, 실내열교환기(15)측의 제 1팽창밸브(14)는 교축유로(14a)가 완전히 차단되도록 제어된다. 따라서, "히트펌프 모드" 시에는, 실내열교환기(15)로의 냉매 유입을 차단한다. 이로써, 실내열교환기(15)는, 냉방을 위한 "에어컨 모드"일 시에만 작동하도록 구성된다.
그리고 상기 공조장치(10)는, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에, 상기 칠러(17)에서 방출된 열을 차실내로 전달하는 수냉식 열전달부(20)를 구비한다.
수냉식 열전달부(20)는, 배터리 냉각장치(30)(후술함)와 공용으로 사용하는 것으로서, 차실내에 설치되는 히터코어(22)와, 칠러(17)와 히터코어(22)를 루프(Loop) 형태로 연결하는 히터코어측 냉각수순환라인(24)과, 히터코어측 냉각수순환라인(24)을 따라 순환하면서 칠러(17)의 열기를 히터코어(22)에 전달하는 냉각수 및, 냉각수를 순환시키는 워터펌프(26)를 포함한다.
특히, 히터코어(22)는, 냉각수를 통해 전달된 칠러(17)의 열기를 차실내에 방출한다. 따라서, 차실내를 난방한다.
이러한 구조를 갖는 공조장치(10)에 의하면, 차실내의 "냉방모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, "에어컨 모드"로 제어되면서, 압축기(12)와 실외열교환기(13)와 제 1팽창밸브(14)와 실내열교환기(15)로 연결되는 "에어컨 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 실내열교환기(15)에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 통해 차실내를 냉방한다.
그리고, 차실내의 "난방모드" 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, "히트펌프 모드"로 제어되면서, 압축기(12)와 칠러(17)와 제 2팽창밸브(18)와 실외열교환기(13)로 연결되는 "히트펌프 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 칠러(17)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 수냉식 열전달부(20)를 통해 차실내로 전달하여 차실내를 난방한다.
한편, 공조장치(10)는, 수냉식 열전달부(20)의 히터코어측 냉각수순환라인(24)상에 설치되는 PTC 히터(27)를 더 구비한다.
PTC 히터(27)는, 차실내의 "난방모드" 시에, 히터코어측 냉각수순환라인(24)을 따라 흐르는 냉각수를 가열한다. 따라서, 가열된 냉각수가 히터코어(22)로 도입되면서 고온의 열을 방출할 수 있게 한다.
이로써, "난방모드" 시에, 히터코어(22)의 난방성능을 높여 차실내의 난방효율을 향상시킨다. 특히, 칠러(17)의 열에 의한 히터코어(22)의 난방성능이 부족할 경우, 부족한 난방성능을 보충할 수 있게 한다. 따라서, 차실내의 난방효율을 향상시킨다.
다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 통합 열관리 시스템은, 배터리(B)를 냉각시키기 위한 수냉식 배터리 냉각장치(30)와, 전장부품모듈(C)을 냉각시키기 위한 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(40)를 더 포함한다.
배터리 냉각장치(30)는, 차실내의 "냉방모드" 시에, 공조장치(10)의 실외열교환기(13)측 냉매를 바이패스할 수 있는 바이패스유로(32)와, 바이패스유로(32)의 냉매를 팽창,감압시키는 제 3팽창밸브(34)와, 감압,팽창된 냉매를 통해 냉기를 발생시키는 상기 공조장치(10)의 칠러(17)와, 칠러(17)를 통과한 냉매를 압축기(12)의 입력측(12b)으로 다시 리턴시키는 제 1리턴밸브(35) 및, 칠러(17)에서 발생된 냉기를 배터리(B)에 전달하는 상기 수냉식 열전달부(20)를 포함한다.
제 3팽창밸브(34)는, 인가되는 전압의 크기에 따라 교축유로(34a)의 개도량이 가변 조절되는 가변식 전자밸브로서, 차실내의 "냉방모드" 시에, 교축유로(34a)를 개방시키면서 공조장치(10)의 실외열교환기(13)에서 배출된 냉매를 도입하고, 도입된 냉매를 저온,저압으로 감압 팽창시킨다.
여기서, 제 3팽창밸브(34)는, 차실내의 "난방모드" 시에는, 교축유로(34a)가 완전히 차단되도록 제어된다. 따라서, 차실내의 "난방모드" 시에는, 칠러(17)를 통한 배터리(B) 냉각이 제한될 수 있게 한다.
한편, 칠러(17)는, 차실내의 "냉방모드" 시에, 제 3팽창밸브(34)에서 배출된 저온,저압의 냉매를 주변의 공기와 열교환시켜서 냉기를 발생시킨다.
수냉식 열전달부(20)는, 히터코어측 냉각수순환라인(24)과 연결 가능한 배터리측 냉각수순환라인(20a)과, 칠러(17)의 냉기를 흡수한 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로 바이패스하는 사방밸브(28)와, 배터리(B)를 통과한 냉각수를 수냉식 열전달부(20)의 워터펌프(26)측으로 다시 리턴시키는 제 1리턴유로(29)를 포함한다.
이 밖에도, 배터리 냉각장치(30)는, 차실내의 "난방모드" 시에, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 바이패스하는 제 2삼방밸브(36)와, 제 2삼방밸브(36)에서 바이패스된 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로 도입시키는 상기 사방밸브(28) 및, 배터리(B)를 통과한 냉각수를 전장부품모듈 냉각장치(40)측으로 다시 리턴시키는 제 2리턴밸브(37)와 제 2리턴유로(38)를 포함한다.
이러한 배터리 냉각장치(30)는, 차실내의 "냉방모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 공조장치(10)의 냉매를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킨다.
특히, 바이패스유로(32)를 통해 공조장치(10)의 냉매를 바이패스하고, 바이패스된 냉매를 제 3팽창밸브(34)로 팽창,감압시킨 다음, 감압,팽창된 저온의 냉매와 수냉식 열전달부(20)의 냉각수를 칠러(17)에서 열교환시켜 상기 냉각수를 냉각시키고, 냉각된 냉각수를 히터코어측 냉각수순환라인(24)과 사방밸브(28)와 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)로 순환시킴으로써, 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.
그리고 차실내의 "난방모드" 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킨다.
특히, 제 2삼방밸브(36)를 통해, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 도입하고, 도입된 냉각수를 사방밸브(28)와 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)측으로 유입시킨 다음, 유입된 냉각수를 통해 배터리(B)를 냉각시킨다. 이후, 배터리(B)의 냉각을 마친 냉각수를 제 2리턴밸브(37)와 제 2리턴유로(38)를 통해 전장부품모듈 냉각장치(40)로 리턴시킨다.
한편, 배터리 냉각장치(30)는, 차실내의 "냉방모드" 시에도, 도 5에 도시된 바와 같이, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킬 수도 있다.
즉, 차실내의 "냉방모드" 시에, 제 2삼방밸브(36)를 통해, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 도입하고, 도입된 냉각수를 사방밸브(28)와 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)측으로 유입시킨 다음, 유입된 냉각수를 통해 배터리(B)를 냉각시킨다. 이후, 배터리(B)의 냉각을 마친 냉각수를 제 2리턴밸브(37)와 제 2리턴유로(38)를 통해 전장부품모듈 냉각장치(40)로 리턴시킨다.
한편, "냉방모드" 시, 위에서와 같이, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킬 경우에는, 공조장치(10)의 냉매를 이용한 배터리(B)의 냉각은 중단하도록 구성된다.
특히, 제 3팽창밸브(34)의 교축유로(34a)를 완전히 차단하여, 칠러(17)의 작동을 정지시키고, 이로써, 공조장치(10)의 냉매를 이용한 배터리(B)의 냉각은 중단하도록 구성된다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 전장부품모듈 냉각장치(40)는, 라디에이터(42)와, 라디에이터(42)와 전장부품모듈(C)을 루프 형태로 연결하는 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)과, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)을 따라 순환하면서 전장부품모듈(C)의 열을 빼앗아 라디에이터(42)에서 방출하는 냉각수 및, 냉각수를 순환시키는 워터펌프(45)를 포함한다.
또한, 전장부품모듈 냉각장치(40)는, 경우에 따라 전장부품모듈(C)의 출구측(Ca) 냉각수를 공조장치(10)의 실외열교환기(13) 내부유로(13a)로 바이패스하는 제 3삼방밸브(46)와, 실외열교환기(13)의 내부유로(13a)를 통과한 냉각수를 상기 전장부품모듈(C)의 입구측(Cb)으로 리턴시키기 위한 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)을 더 포함한다.
이러한 전장부품모듈 냉각장치(40)는, 차실내의 "냉방모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 3삼방밸브(46)를 제어하여 전장부품모듈(C)측과 라디에이터(42)측을 하나의 루프로 연결하고, 이를 통해, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 라디에이터(42)와 전장부품모듈(C) 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.
그리고 차실내의 "난방모드" 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 3삼방밸브(46)를 제어하여 전장부품모듈(C)측과 공조장치(10)의 실외열교환기(13)측을 연결하고, 이를 통해, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 전장부품모듈(C)과 공조장치(10)의 실외열교환기(13) 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.
여기서, 공조장치(10)의 실외열교환기(13)로 도입된 냉각수는, 상기 실외열교환기(13)에서 공조장치(10)의 냉매와 상호 열교환되면서 냉각되는데, 이렇게 냉각된 냉각수는 제 2삼방밸브(36)와 사방밸브(28)와 제 2리턴밸브(37)와 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)와 전장부품모듈(C) 사이에서 순환되면서 상기 배터리(B)와 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.
한편, 실외열교환기(13)측에서 열교환된 공조장치(10)의 냉매는, 배터리(B)와 전장부품모듈(C)의 폐열을 흡수하면서 가열되는데, 이렇게 가열된 냉매는 공조장치(10)의 "히트펌프 모드" 효율을 높여 차실내의 난방성능을 개선시킨다.
다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 통합 열관리 시스템은, 배터리(B)의 충전 시에, 배터리(B)를 예열하기 위한 배터리 예열장치(50)를 더 구비한다.
배터리 예열장치(50)는, 상기 공조장치(10)를 포함한다.
공조장치(10)는, "배터리 충전모드" 시에, 도 6에 도시된 바와 같이, "히트펌프 모드"로 제어되면서 압축기(12)와 칠러(17)와 제 2팽창밸브(18)와 실외열교환기(13)로 연결되는 "히트펌프 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 칠러(17)에 "열"을 발생시킨 다음, 발생된 "열"을, 칠러(17)를 통해 수냉식 열전달부(20)의 냉각수로 전달한다.
그리고 배터리 예열장치(50)는, 수냉식 열전달부(20)의 냉각수를 배터리측 냉각수순환라인(20a)과 배터리(B)측으로 도입시키는 상기 사방밸브(28)와, 배터리(B)를 통과한 냉각수를 수냉식 열전달부(20)의 히터코어측 냉각수순환라인(24)으로 리턴시키는 상기 제 2리턴밸브(37)와 제 1리턴유로(29)를 더 포함한다.
사방밸브(28)는, 칠러(17)측에서 열을 흡수한 수냉식 열전달부(20)의 냉각수를 배터리측 냉각수순환라인(20a)과 배터리(B)측으로 도입시킨다. 따라서, 열을 흡수한 냉각수가 배터리(B)의 내부유로를 순환할 수 있게 한다. 이로써, 배터리(B)의 충전 시에, 배터리(B)가 예열될 수 있게 한다. 그 결과, 배터리(B)의 충전효율을 높인다.
제 2리턴밸브(37)와 제 1리턴유로(29)는, "배터리 충전모드" 시에, 배터리(B)를 통과한 냉매를 수냉식 열전달부(20)의 히터코어측 냉각수순환라인(24)으로 리턴시킨다. 이로써, 칠러(17)와 배터리(B)와 워터펌프(26)를 하나의 루프로 형성한다.
따라서, "배터리 충전모드" 시에, 수냉식 열전달부(20)의 냉각수가 칠러(17)와 배터리(B) 사이에서 순환하면서 상기 배터리(B)를 예열할 수 있게 한다.
한편, 배터리 예열장치(50)는, 수냉식 열전달부(20)의 히터코어측 냉각수순환라인(24)에 설치되는 상기 PTC 히터(27)를 더 포함한다.
PTC 히터(27)는, "배터리 충전모드" 시에, 온(ON)되면서 히터코어측 냉각수순환라인(24)을 따라 흐르는 냉각수를 가열한다. 따라서, 가열된 냉각수가 사방밸브(28)와 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)로 도입될 수 있게 하고, 이로써, 배터리(B)를 예열할 수 있게 한다.
이러한 PTC 히터(27)는, 공조장치(10)와 동시에 작동되면서 배터리(B)를 예열할 수도 있고, 공조장치(10)를 대신하여, 독립적으로 작동되면서 배터리(B)를 예열할 수도 있다.
PTC 히터(27)가 독립적으로 작동되면서 배터리(B)를 예열할 경우에도, 제 2리턴밸브(37)와 제 1리턴유로(29)는, 수냉식 열전달부(20)의 PTC 히터(27)측과 배터리(B)와 워터펌프(26)를 하나의 루프로 형성함은 물론이다.
이와 같은 구조를 갖는 본원발명의 통합 열관리 시스템에 의하면, 열관리 장치인 공조장치(10)와, 배터리 냉각장치 및 예열장치(50)와, 전장부품모듈 냉각장치(40)들 간의 연계성과 부품 공용성을 대폭적으로 개선하는 구조이므로, 각 열관리 장치들의 성능저하 없이 부품의 개수를 현저하게 줄일 수 있다.
특히, 공조장치(10) 칠러(17)의 경우, "냉방모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리(B)를 냉각시키는 열교환기로 사용하고, "난방모드" 시에는 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매의 응축기로 사용하며, "배터리 충전모드" 시에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리(B)의 예열시키는 열교환기로 사용되는 구조이다.
따라서, 공조장치(10)의 칠러(17)는, 공조장치(10)와 배터리 냉각장치(30)와 배터리 예열장치(50) 모두 공용으로 사용할 수 있다. 이로써, 공조장치(10)와 배터리 냉각장치(30)와 배터리 예열장치(50)들의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있게 한다. 그 결과, 부품수를 줄일 수 있고, 이를 통해, 제조원가를 절감할 수 있다.
또한, 공조장치(10) 실외열교환기(13)의 경우, "냉방모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉매의 응축기로 사용하고, "난방모드" 시에는 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매의 증발기로 사용함과 동시에 전장부품모듈 냉각장치(40)의 폐열을 회수하는 폐열회수칠러의 역할을 수행하는 구조이다.
따라서, 공조장치(10)의 실외열교환기(13)는, 공조장치(10)와 전장부품모듈 냉각장치(40) 모두 공용으로 사용할 수 있다. 이로써, 공조장치(10)와 전장부품모듈 냉각장치(40)들의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있게 한다. 그 결과, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있다.
또한, 공조장치(10) PTC 히터(27)의 경우, "난방모드" 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 히터코어(22)측으로 도입되는 냉각수를 가열하여 차실내를 난방하는데 사용하고, "배터리 충전모드" 시에는 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리(B)측으로 도입되는 냉각수를 가열하여 배터리(B)를 예열시키는데 사용하는 구조이다.
따라서, 공조장치(10)의 PTC 히터(27)는, 공조장치(10)와 배터리 예열장치(50) 모두 공용으로 사용할 수 있다. 이로써, 공조장치(10)의 난방성능과 배터리(B)의 예열성능의 저하없이 PTC 히터(27)의 개수를 줄일 수 있게 한다. 그 결과, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있고, 전력소비를 줄여 차량의 연비를 개선할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 공조장치 10a: 냉매순환라인
12: 압축기 12a: 압축기의 출력측
12b: 압축기의 입력측 13: 실외열교환기
14: 제 1팽창밸브(Valve) 15: 실내열교환기
16: 제 1삼방밸브 17: 칠러(Chiller)
18: 제 2팽창밸브 20: 수냉식 열전달부
20a: 배터리측 냉각수순환라인 22: 히터코어(Heater Core)
24: 히터코어측 냉각수순환라인 26: 워터펌프(Water Pump)
27: PTC 히터 28: 사방밸브
29: 제 1리턴유로 30: 배터리 냉각장치
32: 바이패스유로 34: 제 3팽창밸브
35: 제 1리턴밸브 36: 제 2삼방밸브
37: 제 2리턴밸브 38; 제 2리턴유로
39: 제 3리턴유로 40: 전장부품모듈 냉각장치
42: 라디에이터 44: 전장부품모듈측 냉각수순환라인
45: 워터펌프 46: 제 3삼방밸브
50: 배터리 예열장치 B: 배터리(Battery)
C: 전장부품모듈(Module)

Claims (11)

  1. 압축기(12)로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향을 제어함에 따라 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드로 작동되면서 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)를 포함하는 자동차의 통합 열관리 시스템에 있어서,
    상기 공조장치(10)는,
    상기 압축기(12)와 실외열교환기(13)와 팽창밸브(14)와 실내열교환기(15)로 구성된 냉매순환라인(10a)과;
    차실내 난방용 히터코어(22)에 냉각수를 순환시키는 히터코어측 냉각수순환라인(24)과;
    상기 냉매순환라인(10a)을 순환하는 냉매와, 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)을 순환하는 냉각수를 열교환시키는 칠러(17)를 포함하며;
    상기 칠러(17)는, 상기 압축기(12)의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수 또는 상기 실외열교환기(13)의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 선택적으로 열교환시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 칠러(17)의 상류측에 설치되는 팽창밸브(34)를 더 포함하며;
    상기 칠러(17)는,
    차실내의 냉방모드 시에는, 상기 실외열교환기(13)와 상기 팽창밸브(34)를 통과한 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 냉각시키고;
    차실내의 난방모드 시에는, 상기 압축기(12)의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 가열하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    배터리(B)에 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 더 포함하며,
    상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)은, 차실내의 냉방모드 시에, 경우에 따라 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)과 연결되어, 상기 칠러(17)와의 열교환에 의해 냉각된 냉각수를 상기 배터리(B)에 순환시켜 상기 배터리(B)를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 공조장치(10)는,
    상기 히터코어(22) 상류측의 상기 냉각수순환라인(24) 상에 설치되는 PTC 히터(27)를 더 포함하며,
    상기 PTC 히터(27)는, 차실내의 난방모드 시에, 상기 히터코어(22)로 도입되는 냉각수를 가열하여, 가열된 냉각수가 상기 히터코어(22)를 순환하면서 고온의 열을 방출할 수 있게 하는 구조인 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    전장부품모듈(C)에 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)과;
    상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로 바이패스하고, 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 순환한 냉각수를 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)측으로 다시 리턴시키는 밸브수단을 포함하며;
    상기 밸브수단은,
    차실내의 냉방모드와 난방모드 시에, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로 유입시켜 상기 배터리(B)를 냉각시킨 후, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)으로 다시 리턴시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 밸브수단은,
    상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 바이패스할 수 있는 삼방밸브(36)와, 상기 삼방밸브(36)에서 바이패스된 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로 도입시킬 수 있는 사방밸브(28) 및, 상기 배터리(B)를 통과한 냉각수를 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)으로 다시 리턴시키는 리턴밸브(37)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    차실내의 냉방모드 시에, 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)이,
    상기 공조장치(10)의 칠러(17)의 냉기를 이용하여 상기 배터리(B)를 냉각시킬 경우에는, 상기 밸브수단이 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로의 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수 바이패스를 차단하고;
    상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 이용하여 상기 배터리(B)를 냉각시킬 경우에는, 상기 팽창밸브(34)를 차단하여, 상기 칠러(17)에서의 냉기 발생을 정지시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)은,
    전장부품모듈(C)의 열을 빼앗은 냉각수를 냉각시키는 라디에이터(42)와;
    경우에 따라 상기 전장부품모듈(C)의 출구측 냉각수를 상기 공조장치(10)의 실외열교환기(13) 내부유로(13a)로 바이패스하는 삼방밸브(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)은,
    차실내의 냉방모드 시에, 냉각수를 상기 전장부품모듈(C)과 라디에이터(42) 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시키고;
    차실내의 난방모드 시에, 상기 삼방밸브(46)를 통해 상기 전장부품모듈(C)의 출구측(Ca) 냉각수를 상기 공조장치(10)의 실외열교환기(13) 내부유로(13a)로 바이패스하여, 냉각수가 상기 전장부품모듈(C)과 상기 공조장치(10)의 실외열교환기(13) 사이에서 순환되면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킴과 동시에 상기 전장부품모듈(C)의 폐열을 상기 공조장치(10)측으로 회수하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  10. 제 2항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리(B)의 충전 시에, 상기 배터리(B)를 예열하기 위한 배터리 예열장치(50)를 더 포함하며;
    상기 배터리 예열장치(50)는,
    배터리 충전모드 시에, 상기 압축기(12)의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 가열하는 상기 칠러(17)와;
    가열된 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 상기 배터리(B)에 냉각수를 순환시켜 상기 배터리(B)를 예열하는 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 열관리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 배터리 예열장치(50)는,
    상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)에 설치되는 PTC 히터(27)를 더 포함하며;
    상기 PTC 히터(27)는,
    배터리 충전모드 시에, 온(ON)되면서 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)을 따라 흐르는 냉각수를 가열하여, 가열된 냉각수가 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)로 도입되면서 상기 배터리(B)를 예열할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
KR1020170018650A 2017-02-10 2017-02-10 자동차의 통합 열관리 시스템 KR20180093184A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170018650A KR20180093184A (ko) 2017-02-10 2017-02-10 자동차의 통합 열관리 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170018650A KR20180093184A (ko) 2017-02-10 2017-02-10 자동차의 통합 열관리 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180093184A true KR20180093184A (ko) 2018-08-21

Family

ID=63453889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170018650A KR20180093184A (ko) 2017-02-10 2017-02-10 자동차의 통합 열관리 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180093184A (ko)

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109910548A (zh) * 2019-04-03 2019-06-21 汉腾汽车有限公司 一种新能源汽车电加热暖风装置
KR20200026697A (ko) * 2018-09-03 2020-03-11 한온시스템 주식회사 차량용 열 관리 어레인지먼트 및 열 관리 어레인지먼트를 작동시키기 위한 방법
WO2020145527A1 (ko) * 2019-01-09 2020-07-16 한온시스템 주식회사 열관리 시스템
CN111497556A (zh) * 2020-04-27 2020-08-07 吉林大学 一种带电机余热回收的二氧化碳热泵空调整车热管理系统
US10766338B2 (en) 2017-12-08 2020-09-08 Hyundai Motor Company HVAC system of vehicle with battery heating and cooling
KR20200135615A (ko) * 2019-05-23 2020-12-03 주식회사 한국쓰리축 냉각수를 이용한 전기차용 배터리팩유닛의 온도관리 시스템
CN112109518A (zh) * 2019-06-21 2020-12-22 天津艾康尼克新能源汽车有限公司 一种电动汽车热管理系统及其控制方法、电动汽车
CN112158047A (zh) * 2020-09-25 2021-01-01 长城汽车股份有限公司 整车热管理系统的控制方法、车辆和存储介质
KR20210019651A (ko) * 2019-08-13 2021-02-23 한온시스템 주식회사 차량의 열관리 시스템
CN112543709A (zh) * 2020-09-22 2021-03-23 华为技术有限公司 一种热管理系统及电动汽车
CN112572093A (zh) * 2020-11-21 2021-03-30 中联重科股份有限公司 热管理系统和工程机械
KR20210034954A (ko) * 2019-09-23 2021-03-31 한온시스템 주식회사 차량의 열관리 시스템
US11173769B2 (en) 2019-05-09 2021-11-16 Hyundai Motor Company Thermal management system for vehicle
US11192429B2 (en) 2019-04-30 2021-12-07 Hyundai Motor Company Thermal management system for vehicle
US11192425B2 (en) 2019-08-19 2021-12-07 Hyundai Motor Company Integrated thermal management module for vehicle
US11305611B2 (en) 2019-04-25 2022-04-19 Hyundai Motor Company Air-conditioning apparatus for vehicle
CN114914477A (zh) * 2021-02-07 2022-08-16 广州汽车集团股份有限公司 燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10766338B2 (en) 2017-12-08 2020-09-08 Hyundai Motor Company HVAC system of vehicle with battery heating and cooling
KR20200026697A (ko) * 2018-09-03 2020-03-11 한온시스템 주식회사 차량용 열 관리 어레인지먼트 및 열 관리 어레인지먼트를 작동시키기 위한 방법
WO2020050517A1 (en) * 2018-09-03 2020-03-12 Hanon Systems Thermal management arrangement for vehicles and method for operating a thermal management arrangement
WO2020145527A1 (ko) * 2019-01-09 2020-07-16 한온시스템 주식회사 열관리 시스템
CN109910548A (zh) * 2019-04-03 2019-06-21 汉腾汽车有限公司 一种新能源汽车电加热暖风装置
US11305611B2 (en) 2019-04-25 2022-04-19 Hyundai Motor Company Air-conditioning apparatus for vehicle
US11192429B2 (en) 2019-04-30 2021-12-07 Hyundai Motor Company Thermal management system for vehicle
US11173769B2 (en) 2019-05-09 2021-11-16 Hyundai Motor Company Thermal management system for vehicle
KR20200135615A (ko) * 2019-05-23 2020-12-03 주식회사 한국쓰리축 냉각수를 이용한 전기차용 배터리팩유닛의 온도관리 시스템
CN112109518A (zh) * 2019-06-21 2020-12-22 天津艾康尼克新能源汽车有限公司 一种电动汽车热管理系统及其控制方法、电动汽车
KR20210019651A (ko) * 2019-08-13 2021-02-23 한온시스템 주식회사 차량의 열관리 시스템
US11192425B2 (en) 2019-08-19 2021-12-07 Hyundai Motor Company Integrated thermal management module for vehicle
KR20210034954A (ko) * 2019-09-23 2021-03-31 한온시스템 주식회사 차량의 열관리 시스템
CN111497556A (zh) * 2020-04-27 2020-08-07 吉林大学 一种带电机余热回收的二氧化碳热泵空调整车热管理系统
CN112543709A (zh) * 2020-09-22 2021-03-23 华为技术有限公司 一种热管理系统及电动汽车
CN112543709B (zh) * 2020-09-22 2022-10-28 华为技术有限公司 一种热管理系统及电动汽车
CN112158047A (zh) * 2020-09-25 2021-01-01 长城汽车股份有限公司 整车热管理系统的控制方法、车辆和存储介质
CN112572093A (zh) * 2020-11-21 2021-03-30 中联重科股份有限公司 热管理系统和工程机械
CN112572093B (zh) * 2020-11-21 2022-06-10 中联重科股份有限公司 热管理系统和工程机械
CN114914477A (zh) * 2021-02-07 2022-08-16 广州汽车集团股份有限公司 燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车
CN114914477B (zh) * 2021-02-07 2024-05-10 广州汽车集团股份有限公司 燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180093184A (ko) 자동차의 통합 열관리 시스템
CN112074425B (zh) 车用热管理系统
CN109383219B (zh) 用于车辆的热泵系统
KR102382721B1 (ko) 자동차의 통합 열관리 시스템
JP7185469B2 (ja) 車両の熱管理システム
US11186137B2 (en) Heat pump system for vehicle
CN109383218B (zh) 用于车辆的热泵系统
KR101313593B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR101342931B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
US11007850B2 (en) Heat pump system for vehicle
KR20170142683A (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
CN110385965B (zh) 车辆的热管理系统
KR20180096359A (ko) 차량용 히트펌프 시스템
KR101235039B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR20150026176A (ko) 차량용 배터리 히팅장치
CN114248596A (zh) 用于车辆的热泵系统
CN213920596U (zh) 车辆热管理系统及电动汽车
KR20170094015A (ko) 차량용 배터리의 열관리 시스템
WO2017163594A1 (ja) 車両用空調装置
CN115843280A (zh) 汽车的热管理系统及汽车
JP2018111339A (ja) 電動車両用空調装置
KR102245149B1 (ko) 차량용 공조장치
CN210337493U (zh) 一种电动车辆的热管理系统
KR20180114388A (ko) 차량용 공조장치
KR20210070065A (ko) 차량용 히트펌프 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal