KR20180130044A - 차량의 공조시스템 - Google Patents

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박재우
박소윤
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김재웅
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Abstract

제1라디에이터, 메인밸브 및 고전압배터리코어를 제1냉각수가 순환하도록 마련된 외기냉각라인; 일단이 상기 메인밸브로부터 분기되고 타단이 상기 고전압배터리코어의 하류 지점과 연결되며 열교환기 또는 전기히터에 의해 상기 고전압배터리코어의 승온 또는 냉각이 가능하도록 마련된 냉난방라인; 및 상기 고전압배터리코어의 냉각 또는 승온이 필요한 경우 상기 메인밸브, 열교환기 및 전기히터 중 어느 하나 이상을 선택적으로 제어함으로써 상기 제1냉각수가 상기 외기냉각라인 또는 냉난방라인으로 각각 순환되어 상기 열교환기 또는 전기히터에서 열교환되도록 하는 제어부;를 포함하는 차량의 공조시스템이 소개된다.

Description

차량의 공조시스템 {HVAC SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 공조시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동절기 주행 중 전장부품측을 냉각하여 승온된 냉각수를 이용하여 고전압배터리측을 승온하여 에너지의 이동을 최소화하여 에너지 소비를 줄이고 차량 주행거리의 연장이 가능하도록 하는 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.
특히, 겨울철의 경우에는 전장부품측의 발열량이 고전압배터리부의 발열량 보다 많고, 고전압배터리는 공기와 접촉하는 면적이 커서 주행 시 외기온에 의해 고전압배터리의 발열량 보다 냉각이 더 많이 되므로 고전압배터리가 작동되는 적정온도를 만족하지 못해 고전압배터리의 출력이 저하되는 문제가 발생된다. 그러므로 동절기에는 고전압배터리의 효율적인 관리를 위해 주행 중 고전압배터리를 승온시켜야만 하는 과제가 주어진다.
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, 차량의 실내난방과 배터리 승온에 필요한 에너지를 효율적으로 관리하여 주행거리의 연장이 가능하면서도 생산원가를 절감할 수 있는 차량의 공조시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 공조시스템은 제1라디에이터, 메인밸브 및 고전압배터리코어를 제1냉각수가 순환하도록 마련된 외기냉각라인; 일단이 상기 메인밸브로부터 분기되고 타단이 상기 고전압배터리코어의 하류 지점과 연결되며 열교환기 또는 전기히터에 의해 상기 고전압배터리코어의 승온 또는 냉각이 가능하도록 마련된 냉난방라인; 및 상기 고전압배터리코어의 냉각 또는 승온이 필요한 경우 상기 메인밸브, 열교환기 및 전기히터 중 어느 하나 이상을 선택적으로 제어함으로써 상기 제1냉각수가 상기 외기냉각라인 또는 냉난방라인으로 각각 순환되어 상기 열교환기 또는 전기히터에서 열교환되도록 하는 제어부;를 포함한다.
상기 외기냉각라인과 냉난방라인은 각각 독립된 유로를 구성하되, 상기 냉난방라인은 상기 외기냉각라인의 상기 고전압배터리코어를 포함하는 라인의 일부를 공유하여 폐루프가 구성될 수 있다.
상기 메인밸브는 삼방밸브이고, 상기 제1라디에이터측의 제1포트, 상기 냉난방라인측의 제2포트 및 상기 고전압배터리코어측의 제3포트로 구성되며, 상기 제어부는 실내냉방과 상기 고전압배터리코어의 냉각이 동시에 필요한 경우 상기 메인밸브의 제1포트를 폐쇄하고 제1냉각수가 상기 냉난방라인을 순환하여 상기 열교환기와 열교환함으로써, 실내냉방과 상기 고전압배터리코어의 냉각을 동시에 수행하도록 할 수 있다.
상기 메인밸브는 삼방밸브이고, 상기 제1라디에이터측의 제1포트, 상기 냉난방라인측의 제2포트 및 상기 고전압배터리코어측의 제3포트로 구성되며, 상기 제어부는 상기 고전압배터리코어의 승온이 필요한 경우 상기 메인밸브의 제1포트를 폐쇄하고 제1냉각수가 상기 냉난방라인을 순환하여 상기 전기히터와 열교환함으로써, 상기 고전압배터리코어의 냉각을 동시에 수행하도록 할 수 있다.
상기 외기냉각라인에는 제1펌프가 구비되고, 상기 제어부는 상기 제1펌프를 구동 또는 정지할 수 있다.
상기 제1펌프는 상기 메인밸브의 하류지점과 상기 냉난방라인의 타단 사이에 위치될 수 있다.
상기 냉난방라인은 상기 열교환기를 통해서 실내공조용 냉매라인과 열교환 가능하도록 구비되어, 상기 고전압배터리코어의 냉각 시 상기 냉매라인과 열교환한 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각할 수 있다.
상기 냉매라인에는 상기 냉매라인의 냉매가 상기 열교환기 내에서 상기 냉난방라인의 제1냉각수와 열교환 가능하도록 냉매를 공급 또는 차단하도록 하는 보조밸브가 구비될 수 있다.
상기 메인밸브는 상기 냉난방라인의 일단에서 제1냉각수의 진행 방향의 상류지점인 상기 제1라디에이터측에 구비되는 온오프밸브이고, 상기 제어부에 의해 개방 또는 폐쇄제어될 수 있다.
제2라디에이터 및 전장부품코어를 제2냉각수가 독립적으로 순환하도록 마련된 전장부품냉각라인;을 더 포함할 수 있다.
상기 전장부품냉각라인에는 제2펌프가 구비되고, 상기 제어부는 상기 제2펌프를 구동 또는 정지할 수 있다.
상기 제어부는 냉각모드인 경우, 상기 메인밸브를 제어하여 상기 냉난방라인에서 제1냉각수가 순환되도록 하고, 상기 열교환기를 통해 열교환하여 냉각된 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 난방모드인 경우, 상기 메인밸브를 제어하여 상기 냉난방라인에서 제1냉각수가 순환되도록 하고, 상기 전기히터를 통해 열교환하여 승온된 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 승온하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 외기온냉각모드인 경우, 상기 메인밸브를 제어하여 상기 외기냉각라인에서 제1냉각수가 순환되도록 하고, 상기 제1라디에이터를 통해 냉각된 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각하도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 공조시스템에 따르면, 고전압배터리코어의 냉각을 외기에 의한 외기온냉각모드로 사전에 냉각시켜 에어컨시스템을 사용하는 냉각모드로의 진입을 억제할 수 있어 냉각에너지를 저감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 외기온냉각모드의 유량이 증대되어 고전압배터리코어의 냉각을 위한 냉각효율이 증대되고, 외기온냉각모드의 작동범위가 넓어짐과 동시에 에어컨시스템을 사용하는 냉각모드의 작동구간이 축소되어 에너지 소비를 줄일 수 있어 차량의 주행거리를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 공조시스템의 냉각모드를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 고전압배터리의 승온모드를 도시한 도면.
도 3은 도 1의 자연냉각모드를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 공조시스템의 냉각모드를 도시한 도면.
도 5는 도 4의 자연냉각모드를 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 공조시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 공조시스템의 냉각모드를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 고전압배터리의 승온모드를 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 자연냉각모드를 도시한 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량의 공조시스템의 냉각모드를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 자연냉각모드를 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량의 공조시스템은 제1라디에이터(200), 메인밸브(810) 및 고전압배터리코어(100)를 제1냉각수가 순환하도록 마련된 외기냉각라인(10); 일단이 상기 메인밸브(810)로부터 분기되고 타단이 상기 고전압배터리코어(100)의 하류 지점과 연결되며 열교환기(400) 또는 전기히터(700)에 의해 상기 고전압배터리코어(100)의 승온 또는 냉각이 가능하도록 마련된 냉난방라인(30); 및 상기 고전압배터리코어(100)의 냉각 또는 승온이 필요한 경우 상기 메인밸브(810), 열교환기(400) 및 전기히터(700)중 하나 이상을 선택적으로 제어함으로써 상기 제1냉각수가 상기 외기냉각라인(10) 또는 냉난방라인(30)으로 각각 순환되어 상기 열교환기(400) 또는 전기히터(700)에서 열교환되도록 하는 제어부(600);를 포함한다.
상기 외기냉각라인(10)은 상기 제1라디에이터(200), 메인밸브(810) 및 고전압배터리코어(100)를 제1냉각수가 순환하도록 마련되고, 상기 제어부(600)에 의해 구동 또는 정지되도록 제어되는 제1펌프(850)가 더 구비된다. 여기서 상기 제1펌프(850)는 상기 외기냉각라인(10) 상에 위치되되, 상기 메인밸브(810)의 하류지점과 상기 냉난방라인(30)의 타단 사이에 위치된다. 보다 상세하게는 상기 메인밸브(810)와 고전압배터리코어(100)의 사이 또는 상기 고전압배터리코어(100)와 상기 냉난방라인(30)의 타단 사이 중 어느 한 곳에 위치되는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 제1냉각수가 상기 제1라디에이터(200)를 경유하여 순환하는 상기 외기냉각라인(10)을 순환하든, 제1냉각수가 상기 제1라디에어터를 경유하지 않고 순환하는 상기 냉난방라인(30)을 순환하든 영향을 미칠 수 있는 것이다.
상기 냉난방라인(30)은 일단이 상기 메인밸브(810)로부터 분기되고, 타단이 상기 고전압배터리코어(100)의 하류 지점과 연결되며, 상기 열교환기(400) 또는 전기히터(700)에 의해 상기 고전압배터리코어(100)의 승온 또는 냉각이 가능하도록 구비된다. 상기 냉난방라인(30) 상에서는 상기 열교환기(400)와 전기히터(700)의 순서는 어떤 것이 상류지점에 위치되어도 무관할 것이다. 특히, 상기 외기냉각라인(10)과 냉난방라인(30)은 각각 독립된 유로를 구성하되, 상기 냉난방라인(30)은 상기 외기냉각라인(10)의 상기 고전압배터리코어(100)를 포함하는 라인의 일부를 공유하여 폐루프가 구성된다. 즉, 상기 냉난방라인(30)은 상기 고전압배터리코어(100)와 제1펌프(850)를 포함함으로써, 제1냉각수가 폐루프를 형성하여 순환하게 된다.
도 1 내지 3에 도시한 것처럼, 상기 메인밸브(810)는 삼방밸브이고, 상기 제1라디에이터(200)측의 제1포트(811), 상기 냉난방라인(30)측의 제2포트(812) 및 상기 고전압배터리코어(100)측의 제3포트(813)로 구성된다. 상기 제어부(600)는 실내냉방과 상기 고전압배터리코어(100)의 냉각이 동시에 필요한 경우 상기 메인밸브(810)의 제1포트(811)를 폐쇄하고 제1냉각수가 상기 냉난방라인(30)을 순환하여 상기 열교환기(400)와 열교환함으로써, 실내냉방과 상기 고전압배터리코어(100)의 냉각을 동시에 수행하도록 제어한다. 또한, 상기 제어부(600)는 상기 고전압배터리코어(100)의 승온이 필요한 경우 상기 메인밸브(810)의 제1포트(811)를 폐쇄하고 제1냉각수가 상기 냉난방라인(30)을 순환하여 상기 전기히터(700)와 열교환함으로써, 상기 고전압배터리코어(100)의 냉각을 동시에 수행하도록 제어한다.
특히, 상기 냉난방라인(30)은 상기 열교환기(400)를 통해서 실내공조용 냉매라인(50)과 열교환 가능하도록 구비된다. 상기 냉매라인(50)은 컴프레서(800), 공냉식컨덴서(900), 차단밸브(830) 및 증발기(910)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 냉매라인(50)에는 상기 냉매라인(50)의 냉매가 상기 열교환기(400)에서 열교환할 수 있도록 분기되는 라인이 형성되고, 상기 분기된 라인에는 상기 제어부(600)에 의해 제어되는 보조밸브(840)가 구비되어, 상기 열교환기(400)로의 냉매를 공급 또는 차단된다. 따라서, 실내냉방과 상기 고전압배터리코어(100)의 냉각 시 상기 냉매라인(50)과 열교환한 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각하는 것이다.
또한, 도 4 내지 도 5에 도시한 것처럼, 상기 메인밸브(810)는 상기 냉난방라인(30)의 일단에서 제1냉각수의 진행 방향의 상류지점인 상기 제1라디에이터(200)측에 구비되는 온오프밸브(870)이고, 상기 제어부(600)에 의해 개방 또는 폐쇄제어될 수 있다. 즉, 상기 냉난방라인(30)의 타단이 일반적인 유체가 흐를 수 있되, 3방향으로 분기되는 관으로 형성되고, 상기 제1라디에이터(200)로부터 냉각된 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어(100) 측으로 유입되는 유입구측에 상기 온오프밸브(870)를 구성하여 상기 제어부(600)에 의해 온오프제어함으로써, 외기에 의한 외기온냉방모드를 수행할 수 있는 것이다.
또는, 상기 메인밸브(810)는 상기 유입구측 관에 상기 제어부(600)가 온오프 제어 가능하도록 하는 밸브를 구성할 수도 있으며, 이러한 구성은 기재된 내용에 한정하는 것이 아니라, 유입구측을 온오프 제어하는 개념이라면 통상의 기술자가 얼마든지 설계 변경 가능하여 반영할 수 있을 것이다. 따라서, 상기 제어부(600)가 상기 온오프밸브(870)를 개방하도록 제어하여 상기 유입구측이 개방되더라도 상기 냉난방라인(30)에는 상기 냉난방라인(30)의 타단에 구성된 관에서 유로가 꺾여야하고, 상기 열교환기(400)와 전기히터(700)가 구성되어 저항체로 작용하므로 제1냉각수는 서브유로로 구성된 상기 냉난방라인(30)이 아닌 주유로로 구성된 상기 외기냉각라인(10)으로 대부분이 흐르게 된다. 따라서, 상기 제1펌프(850)를 구동할 수 있는 최소한의 에너지를 소모하면서 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각할 수 있는 것이다.
본 발명의 차량의 공조시스템은 상기한 외기냉각라인(10), 냉난방라인(30) 및 냉매라인(50) 외에도 제2라디에이터(300) 및 전장부품코어(500)를 제2냉각수가 독립적으로 순환하도록 마련된 전장부품냉각라인(20);을 더 포함하여 구성된다. 상기 전장부품냉각라인(20)에는 제2펌프(860)가 구비되고, 상기 제어부(600)는 상기 제2펌프(860)를 구동 또는 정지한다. 이때, 상기 제2펌프(860)의 위치는 폐루프 내에서는 어디에 위치되어도 무관할 것이다.
도면을 통해 각각의 모드에서의 냉각수의 흐름을 알아보도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉각모드를 도시한 도면으로서, 상기 제어부(600)는 냉각모드인 경우, 상기 메인밸브(810)의 제2포트(812)와 제3포트(813)를 연결하고, 제1포트(811)를 폐쇄하도록 제어하여 상기 냉난방라인(30)과 상기 외기냉각라인(10)의 일부를 공유하여 폐루프를 형성한다. 이때, 제1냉각수는 상기 제1라디에이터(200)측으로는 순환하지 못하게 된다. 이때는 실내도 냉방이 필요한 상황이므로 상기 제어부(600)는 상기 차단밸브(830) 및 보조밸브(840)도 제어하여 상기 외기냉각라인(10)은 냉난방라인(30) 및 실내공조용 냉매라인(50)과 연결된다. 따라서, 상기 열교환기(400)를 통해 상기 냉매라인(50)의 냉매와 열교환하여 냉각된 제1냉각수가 상기 냉난방라인(30)을 따라 상기 메인밸브(810)와 상기 제1펌프(850)를 거쳐 상기 고전압배터리코어(100)로 유입되어 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각하게 되는 것이다. 이때, 상기 전장부품냉각라인(20)에서는 제2냉각수가 상기 제2라디에이터(300)에서 냉각된 후 상기 제2펌프(860)를 통해 상기 전장부품코어(500)로 제공되어 상기 전장부품코어(500)를 냉각한다. 따라서, 도 1의 냉각모드에서는 상기 제어부(600)가 밸브류를 제어하는 에너지, 펌프를 구동하는 에너지 및 에어컨시스템을 구동하는 에너지가 소모되게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 난방모드를 도면이다. 상기 제어부(600)는 난방모드인 경우, 상기 메인밸브(810)의 제2포트(812)와 제3포트(813)를 연결하고, 제1포트(811)를 폐쇄하도록 제어하여 상기 외기냉각라인(10)과 상기 냉난방라인(30)을 연결한다. 이때, 제1냉각수는 상기 제1라디에이터(200)측으로는 순환하지 못하게 된다. 이때는 실내도 난방이 필요한 상황이므로 상기 제어부(600)는 상기 차단밸브(830) 및 보조밸브(840)도 제어하여 상기 외기냉각라인(10)은 상기 실내공조용 냉매라인(50)과는 연결되지 않으며, 상기 전기히터(700)를 구동하여 제1냉각수가 승온되게 된다. 따라서, 상기 전기히터(700)를 통해 승온된 제1냉각수가 상기 메인밸브(810)와 제1펌프(850)를 거쳐 상기 고전압배터리코어(100)로 유입되어 상기 고전압배터리코어(100)를 승온하게 되는 것이다. 이때, 상기 전장부품냉각라인(20)에서는 제2냉각수가 상기 제2라디에이터(300)에서 냉각된 후 상기 제2펌프(860)를 통해 상기 전장부품코어(500)로 제공되어 상기 전장부품코어(500)를 냉각한다. 따라서, 도 2의 난방모드에서는 상기 제어부(600)가 밸브류를 제어하는 에너지 및 펌프를 구동하는 에너지가 소모되게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외기온냉각모드를 도시한 도면으로서, 상기 제어부(600)는 외기온냉각모드인 경우, 상기 메인밸브(810)의 제1포트(811)와 제3포트(813)를 연결하고, 제2포트(812)를 폐쇄하도록 제어하여 상기 외기냉각라인(10)과 냉난방라인(30)을 분리한다. 이때에는 실내공조용 냉매라인(50)의 냉매와 상기 열교환기(400)를 통해서는 열교환하지 않는다. 따라서, 제1냉각수가 외기온에 의해 상기 제1라디에이터(200)를 통해 냉각된 후 상기 제1펌프(850)를 거쳐 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각하고, 다시 상기 제1라디에이터(200)로 공급되도록 상기 외기냉각라인(10) 내에서 순환하도록 제어한다. 이때, 상기 전장부품냉각라인(20)에서는 제2냉각수가 상기 제2라디에이터(300)에서 냉각된 후 상기 제2펌프(860)를 통해 상기 전장부품코어(500)로 제공되어 상기 전장부품코어(500)를 냉각한다. 따라서, 도 3의 외기온냉각모드에서는 상기 제어부(600)가 펌프를 구동하는 에너지만 소모되게 된다.
또한, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각모드를 도시한 도면으로서, 상기 제어부(600)는 냉각모드인 경우, 상기 온오프밸브(870)를 폐쇄하도록 제어하여 상기 냉난방라인(30)과 상기 외기냉각라인(10)의 일부를 공유하여 폐루프를 형성한다. 이때, 제1냉각수는 상기 제1라디에이터(200)측으로는 순환하지 못하게 된다. 이때는 실내도 냉방이 필요한 상황이므로 상기 제어부(600)는 상기 차단밸브(830) 및 보조밸브(840)도 제어하여 상기 외기냉각라인(10)은 냉난방라인(30) 및 실내공조용 냉매라인(50)과 연결된다. 따라서, 상기 열교환기(400)를 통해 상기 냉매라인(50)의 냉매와 열교환하여 냉각된 제1냉각수가 상기 냉난방라인(30)을 따라 상기 메인밸브(810)와 상기 제1펌프(850)를 거쳐 상기 고전압배터리코어(100)로 유입되어 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각하게 되는 것이다. 이때, 상기 전장부품냉각라인(20)에서는 제2냉각수가 상기 제2라디에이터(300)에서 냉각된 후 상기 제2펌프(860)를 통해 상기 전장부품코어(500)로 제공되어 상기 전장부품코어(500)를 냉각한다. 따라서, 도 4의 냉각모드에서는 상기 제어부(600)가 밸브류를 제어하는 에너지, 펌프를 구동하는 에너지 및 에어컨시스템을 구동하는 에너지가 소모되게 된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외기온냉각모드를 도시한 도면으로서, 상기 제어부(600)는 외기온냉각모드인 경우, 상기 온오프밸브(870)를 개방하도록 제어한다. 이때에는 실내공조용 냉매라인(50)의 냉매와 상기 열교환기(400)를 통해서는 열교환하지 않는다. 따라서, 제1냉각수가 외기온에 의해 상기 제1라디에이터(200)를 통해 냉각된 후 상기 제1펌프(850)를 거쳐 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각하고, 다시 상기 제1라디에이터(200)로 공급되도록 상기 외기냉각라인(10) 내에서 순환하도록 제어한다. 즉, 상기 제어부(600)가 상기 온오프밸브(870)를 개방하도록 제어하여 상기 유입구측이 개방되더라도 상기 냉난방라인(30)에는 상기 냉난방라인(30)의 타단에 구성된 관에서 유로가 꺾여야하고, 상기 열교환기(400)와 전기히터(700)가 구성되어 저항체로 작용하므로 제1냉각수는 서브유로로 구성된 상기 냉난방라인(30)이 아닌 주유로로 구성된 상기 외기냉각라인(10)으로 대부분이 흐르게 된다. 따라서, 상기 제1펌프(850)를 구동할 수 있는 최소한의 에너지를 소모하면서 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각할 수 있는 것이다. 이때, 상기 전장부품냉각라인(20)에서는 제2냉각수가 상기 제2라디에이터(300)에서 냉각된 후 상기 제2펌프(860)를 통해 상기 전장부품코어(500)로 제공되어 상기 전장부품코어(500)를 냉각한다. 따라서, 도 5의 외기온냉각모드에서는 상기 제어부(600)가 펌프를 구동하는 에너지만 소모되게 된다.
따라서, 상기와 같은 본 발명의 차량의 공조시스템에 의하면, 고전압배터리코어(100)의 냉각을 외기에 의한 외기온냉각모드로 사전에 냉각시켜 에어컨시스템을 사용하는 냉각모드로의 진입을 억제할 수 있어 냉각에너지를 저감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 외기온냉각모드의 유량이 증대되어 고전압배터리코어(100)의 냉각을 위한 냉각효율이 증대되고, 외기온냉각모드의 작동범위가 넓어짐과 동시에 에어컨시스템을 사용하는 냉각모드의 작동구간이 축소되어 에너지 소비를 줄일 수 있어 차량의 주행거리를 향상시킬 수 있는 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 : 외기냉각라인 20 : 전장부품냉각라인
30 : 냉난방라인 50 : 냉매라인
100 : 고전압배터리코어 200 : 제1라디에이터
300 : 제2라디에이터 400 : 열교환기
500 : 전장부품코어 600 : 제어부
700 : 전기히터 800 : 컴프레서
810 : 제1밸브 811 : 제1포트
812 : 제2포트 813 : 제3포트
830 : 차단밸브 840 : 보조밸브
850 : 제1펌프 860 : 제2펌프
870 : 온오프밸브 900 : 공냉식컨덴서
910 : 증발기

Claims (14)

  1. 제1라디에이터, 메인밸브 및 고전압배터리코어를 제1냉각수가 순환하도록 마련된 외기냉각라인;
    일단이 상기 메인밸브로부터 분기되고 타단이 상기 고전압배터리코어의 하류 지점과 연결되며 열교환기 또는 전기히터에 의해 상기 고전압배터리코어의 승온 또는 냉각이 가능하도록 마련된 냉난방라인; 및
    상기 고전압배터리코어의 냉각 또는 승온이 필요한 경우 상기 메인밸브, 열교환기 및 전기히터 중 어느 하나 이상을 선택적으로 제어함으로써 상기 제1냉각수가 상기 외기냉각라인 또는 냉난방라인으로 각각 순환되어 상기 열교환기 또는 전기히터에서 열교환되도록 하는 제어부;를 포함하는 차량의 공조시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외기냉각라인과 냉난방라인은 각각 독립된 유로를 구성하되, 상기 냉난방라인은 상기 외기냉각라인의 상기 고전압배터리코어를 포함하는 라인의 일부를 공유하여 폐루프가 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인밸브는 삼방밸브이고, 상기 제1라디에이터측의 제1포트, 상기 냉난방라인측의 제2포트 및 상기 고전압배터리코어측의 제3포트로 구성되며, 상기 제어부는 실내냉방과 상기 고전압배터리코어의 냉각이 동시에 필요한 경우 상기 메인밸브의 제1포트를 폐쇄하고 제1냉각수가 상기 냉난방라인을 순환하여 상기 열교환기와 열교환함으로써, 실내냉방과 상기 고전압배터리코어의 냉각을 동시에 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인밸브는 삼방밸브이고, 상기 제1라디에이터측의 제1포트, 상기 냉난방라인측의 제2포트 및 상기 고전압배터리코어측의 제3포트로 구성되며, 상기 제어부는 상기 고전압배터리코어의 승온이 필요한 경우 상기 메인밸브의 제1포트를 폐쇄하고 제1냉각수가 상기 냉난방라인을 순환하여 상기 전기히터와 열교환함으로써, 상기 고전압배터리코어의 냉각을 동시에 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 외기냉각라인에는 제1펌프가 구비되고, 상기 제어부는 상기 제1펌프를 구동 또는 정지하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1펌프는 상기 메인밸브의 하류지점과 상기 냉난방라인의 타단 사이에 위치된 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉난방라인은 상기 열교환기를 통해서 실내공조용 냉매라인과 열교환 가능하도록 구비되어, 상기 고전압배터리코어의 냉각 시 상기 냉매라인과 열교환한 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 냉매라인에는 상기 냉매라인의 냉매가 상기 열교환기 내에서 상기 냉난방라인의 제1냉각수와 열교환 가능하도록 냉매를 공급 또는 차단하도록 하는 보조밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인밸브는 상기 냉난방라인의 일단에서 제1냉각수의 진행 방향의 상류지점인 상기 제1라디에이터측에 구비되는 온오프밸브이고, 상기 제어부에 의해 개방 또는 폐쇄제어되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    제2라디에이터 및 전장부품코어를 제2냉각수가 독립적으로 순환하도록 마련된 전장부품냉각라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전장부품냉각라인에는 제2펌프가 구비되고, 상기 제어부는 상기 제2펌프를 구동 또는 정지하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 냉각모드인 경우, 상기 메인밸브를 제어하여 상기 냉난방라인에서 제1냉각수가 순환되도록 하고, 상기 열교환기를 통해 열교환하여 냉각된 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 난방모드인 경우, 상기 메인밸브를 제어하여 상기 냉난방라인에서 제1냉각수가 순환되도록 하고, 상기 전기히터를 통해 열교환하여 승온된 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 승온하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 외기온냉각모드인 경우, 상기 메인밸브를 제어하여 상기 외기냉각라인에서 제1냉각수가 순환되도록 하고, 상기 제1라디에이터를 통해 냉각된 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
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