KR20200120106A - 차량의 열관리 시스템 - Google Patents

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김두훈
안경주
이진재
한중만
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 냉매순환라인의 냉매 흐름 구조를 개선함으로써, "히트펌프 모드"시에, 전장부품모듈 이외의 열원측 폐열을 추가적으로 회수할 수 있고, 이를 통해, 공조장치의 "히트펌프 모드" 효율을 개선시켜, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축기와 실내열교환기와 실외열교환기와 저압측 실내열교환기들과 배터리용 칠러 및, 전장부품모듈용 칠러를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 배터리용 칠러와 전장부품모듈용 칠러는, 냉매순환라인의 냉매를 도입하여, 배터리와 전장부품모듈측과 각각 열교환시키며; 냉매순환라인 상에서, 저압측 실내열교환기들과 칠러들은, 서로에 대해 병렬로 연결되고; 냉,난방 조건에 따라서 저압측 실내열교환기, 칠러측으로의 냉매 흐름을 제어하는 냉매흐름제어부를 구비한다.

Description

차량의 열관리 시스템{HEAT MANAGEMENT SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 냉매순환라인의 냉매 흐름 구조를 개선함으로써, "히트펌프 모드"시에, 전장부품모듈 이외의 열원측 폐열을 추가적으로 회수할 수 있고, 이를 통해, 공조장치의 "히트펌프 모드" 효율을 개선시켜, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있는 차량의 열관리 시스템에 관한 것이다.
친환경 차량의 일례로서, 전기자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차(이하, "차량"이라 통칭함) 등이 있다.
이러한 차량은, 다양한 열관리 장치들을 갖추고 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)와, 차량의 특정 냉각대상물을 수냉식으로 냉각시키는 수냉식 냉각장치, 예를 들면, 배터리(B)를 냉각시키기 위한 수냉식 배터리 냉각장치(20)와, 전장부품모듈(C)을 냉각시키기 위한 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30) 등이 있다.
특히, 공조장치(10)는, 히트펌프식(Heat Pump Type)으로서, 냉매순환라인(12)을 구비하며, 상기 냉매순환라인(12)은, 압축기(12a)와 고압측 실내열교환기(12b)와 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)와 실외열교환기(12d) 및, 서로 간에 병렬로 설치되는 에어컨모드용 팽창밸브(12e)들과, 각 에어컨모드용 팽창밸브(12e)들의 하류측에 설치되는 저압측 실내열교환기(12f)들과, 배터리용 칠러(Chiller)(12g)를 구비한다.
이러한 공조장치(10)는, "에어컨 모드"시에는, 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)를 개방시킴으로써, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)를 거치지 않으면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 저압측 실내열교환기(12f)들과 배터리용 칠러(12g)에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 차실내와 배터리(B)측에 전달한다. 따라서, 차실내와 배터리(B)를 냉방한다.
그리고 "히트펌프 모드" 시에는, 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)를 온(ON)시킴으로써, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)를 통과하면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 고압측 실내열교환기(12b)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 차실내로 공급하여 난방한다.
한편, 공조장치(10)는, "히트펌프 모드" 시에, 실외열교환기(12d)측에서 "냉기"가 발생되는데, 이렇게 발생된 "냉기"를 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30)에 전달하여, 전장부품모듈(C)측과 상호 열교환될 수 있게 한다.
그리고 이러한 구성을 통해, 전장부품모듈(C)을 냉각시킴과 아울러, 전장부품모듈(C)의 폐열을 공조장치(10)측으로 회수하여, 상기 공조장치(10)의 "히트펌프 모드" 효율을 높인다.
여기서, 실외열교환기(12d)측의 "냉기"와, 전장부품모듈(C)측 "폐열"과의 열교환을 위해서는, 별도의 열교환부(40)가 필요하다.
열교환부(40)는 실외열교환기(12d)측의 냉매를 바이패스하는 삼방향 바이패스 밸브(42)와 바이패스 라인(44) 및, 바이패스된 냉매의 "냉기"와 전장부품모듈(C)측의 "폐열"을 상호 열교환시키는 전장부품모듈용 칠러(46)를 포함한다.
특히, 삼방향 바이패스 밸브(42)는, 냉매순환라인(12) 상에 설치되는 것으로, "에어컨 모드"시에는, 냉매순환라인(12)을 개방하여, 실외열교환기(12d)측 냉매의 에어컨모드용 팽창밸브(12e) 도입을 허용한다. 따라서, 저압측 실내열교환기(12f)들과 배터리용 칠러(12g)에서의 "냉기"발생을 허용한다.
그리고 "히트펌프 모드" 시에는, 실외열교환기(12d)측 냉매를 전장부품모듈용 칠러(46)측으로 바이패스한다. 따라서, 전장부품모듈용 칠러(46)로의 냉매 도입을 허용한다. 이로써, 전장부품모듈용 칠러(46)에서의 냉매와 전장부품모듈(C)측 간의 상호 열교환을 허용한다.
한편, 이러한 종래의 열관리 시스템은, 열관리 장치(10, 20, 30)들의 "폐열"을 효과적으로 관리하여, 냉,난방 효율을 개선시키는 것이 중요한 과제로 되고 있다.
특히, "히트펌프 모드"의 경우, 고압측 실내열교환기(12b)의 발열량이 충분하지 않아 난방성능이 다소 저하되는데, 이러한 난방성능의 저하를 개선하기 위해서, 전장부품모듈용 칠러(46)를 이용하여 전장부품모듈(C)의 "폐열"을 회수하고, 이를 통해, 공조장치(10)의 "히트펌프 모드" 효율을 높여, 차실내의 난방성능을 개선시킨다.
그런데, 이러한 종래의 열관리 시스템은, 전장부품모듈(C)의 폐열만으로는 공조장치(10)의 "히트펌프 모드" 효율을 개선시키는데 한계가 있다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 공조장치(10)의 난방성능 개선에 한계가 있다는 문제점이 있다.
특히, 전장부품모듈(C)의 폐열 회수만으로는, 압축기(12a)에 도입되는 냉매의 온도를 충분히 높일 수 없다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 공조장치(10)의 "히트펌프 모드" 효율 개선에 한계가 있고, 그 결과, 차실내의 난방성능 개선에 한계가 있다는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 냉매순환라인의 냉매 흐름 구조를 개선함으로써, "히트펌프 모드"시에, 전장부품모듈 이외의 열원측 폐열을 추가적으로 회수할 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, "히트펌프 모드"시에, 전장부품모듈 이외의 열원측 폐열을 추가적으로 회수할 수 있도록 구성함으로써, 공조장치의 "히트펌프 모드" 효율을 개선시킬 수 있고, 이를 통해, 차실내의 난방성능을 현저하게 개선시킬 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 압축기와 실내열교환기와 실외열교환기와 저압측 실내열교환기들과 배터리용 칠러 및, 전장부품모듈용 칠러를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 상기 배터리용 칠러와 전장부품모듈용 칠러는, 상기 냉매순환라인의 냉매를 도입하여, 배터리와 전장부품모듈측과 각각 열교환시키며; 상기 냉매순환라인 상에서, 상기 저압측 실내열교환기들과 상기 칠러들은, 서로에 대해 병렬로 연결되고; 냉,난방 조건에 따라서 상기 저압측 실내열교환기, 칠러측으로의 냉매 흐름을 제어하는 냉매흐름제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 냉매흐름제어부는, 에어컨 모드와 히트펌프 모드에 따라, 상기 배터리용 칠러와 상기 전장부품모듈용 칠러 중, 어느 하나 또는 둘로의 냉매도입여부를 제어하여, 상기 배터리용 칠러를 통한 상기 냉매와 배터리간의 열교환 및, 상기 전장부품모듈용 칠러를 통한 상기 냉매와 전장부품모듈간의 열교환 중, 선택된 어느 하나가 이루어지게 하거나 또는 둘다 이루어질 수 있도록, 상기 냉매순환라인의 냉매흐름을 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉매흐름제어부는, 에어컨 모드 시에는, 상기 배터리용 칠러를 통한 상기 냉매와 배터리간의 열교환이 이루어질 수 있도록, 상기 냉매순환라인의 냉매흐름을 제어하고; 히트펌프 모드 시에는, 상기 배터리용 칠러를 통한 상기 냉매와 배터리간의 열교환 및, 상기 전장부품모듈용 칠러를 통한 상기 냉매와 전장부품모듈간의 열교환이 동시에 이루어질 수 있도록, 상기 냉매순환라인의 냉매흐름을 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉매흐름제어부는, 에어컨 모드 시에는, 상기 압축기측의 냉매가, 상기 배터리용 칠러로 도입될 수 있도록 제어하여, 상기 배터리용 칠러를 통한 상기 냉매와 배터리간의 열교환이 이루어질 수 있게 하고; 히트펌프 모드 시에는, 상기 압축기측의 냉매가 상기 배터리용 칠러와 전장부품모듈용 칠러에 동시에 도입될 수 있도록 제어하여, 상기 배터리용 칠러를 통한 상기 냉매와 배터리간의 열교환 및, 상기 전장부품모듈용 칠러를 통한 상기 냉매와 전장부품모듈간의 열교환이 동시에 이루어지면서, 상기 배터리와 전장부품모듈의 폐열을 모두 공조장치측으로 회수할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉매흐름제어부는, 히트펌프 모드 시에, 상기 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건에 한정하여, 상기 압축기측의 냉매가 상기 배터리용 칠러와 전장부품모듈용 칠러에 동시에 도입될 수 있도록 제어하고; 상기 배터리의 온도가 설정온도 이상인 조건 또는 최대난방모드 조건이 만족되지 않으면, 상기 압축기측의 냉매가 상기 전장부품모듈용 칠러에만 도입될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 압축기측 냉매를 상기 전장부품모듈용 칠러측으로 바이패스할 수 있도록, 상기 냉매순환라인으로부터 분지되는 바이패스 라인을 더 구비하고; 상기 냉매흐름제어부는, 상기 바이패스 라인을 개폐할 수 있도록 설치되는 2방향 개폐밸브를 포함하며; 상기 2방향 개폐밸브는, 에어컨 모드 시에는, 제 1위치로 운동하면서 상기 바이패스 라인을 차단하여, 상기 압축기측 냉매의 상기 배터리용 칠러 도입은 허용하고, 상기 전장부품모듈용 칠러로의 도입은 차단하며; 히트펌프 모드 시에는, 제 2위치로 운동하면서 상기 바이패스 라인을 개방하여, 압축기측 냉매의 상기 배터리용 칠러와 전장부품모듈용 칠러측 도입을 동시에 허용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템에 의하면, 냉매순환라인의 냉매 흐름 구조를 개선함으로써, "히트펌프 모드"시에, 전장부품모듈의 폐열 뿐만이 아니라 배터리측의 폐열도 추가적으로 회수할 수 있는 효과가 있다.
또한, "히트펌프 모드"시에, 전장부품모듈의 폐열과 더불어 배터리측의 폐열도 추가적으로 회수할 수 있으므로, 공조장치의 "히트펌프 모드" 효율을 개선시킬 수 있고, 이를 통해, 차실내의 난방성능을 현저하게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량 열관리 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 에어컨 모드로 제어되는 모습을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드로 제어될 시, 배터리의 온도가 설정온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건일 경우에, 전장부품모듈용 칠러측과 배터리용 칠러측으로의 냉매 도입이 동시에 이루어지는 모습을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드로 제어될 시, 배터리의 온도가 설정온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건이 만족되지 않을 경우에, 전장부품모듈용 칠러측으로만 냉매의 도입이 이루어지는 모습을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 다른 실시예를 나타내는 도면,
도 7은 다른 실시예에 따른 차량 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 에어컨 모드로 제어되는 모습을 나타내는 도면,
도 8은 다른 실시예에 따른 차량 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드로 제어될 시, 배터리의 온도가 설정온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건일 경우에, 전장부품모듈용 칠러측과 배터리용 칠러측으로의 냉매 도입이 동시에 이루어지는 모습을 나타내는 도면,
도 9는 다른 실시예에 따른 차량 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드로 제어될 시, 배터리의 온도가 설정온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건이 만족되지 않을 경우에, 전장부품모듈용 칠러측으로만 냉매의 도입이 이루어지는 모습을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 2를 참조하여 차량의 열관리 시스템에 대해 간략하게 설명한다.
차량의 열관리 시스템은, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)와, 배터리(B)를 냉각시키는 수냉식 배터리 냉각장치(20)와, 전장부품모듈(C)을 냉각시키는 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30)를 포함한다.
공조장치(10)는, 히트펌프식으로서, 냉매순환라인(12)을 구비하며, 상기 냉매순환라인(12)은, 압축기(12a)와 고압측 실내열교환기(12b)와 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)와 실외열교환기(12d) 및, 서로 간에 병렬로 설치되는 에어컨모드용 팽창밸브(12e)들과, 각 에어컨모드용 팽창밸브(12e)들의 하류측에 설치되는 저압측 실내열교환기(12f)들과, 배터리용 칠러(12g)를 구비한다.
이러한 공조장치(10)는, "에어컨 모드"시에는, 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)를 개방시킴으로써, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)를 거치지 않으면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 저압측 실내열교환기(12f)들과 배터리용 칠러(12g)에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 차실내와 배터리(B)측에 전달한다. 따라서, 차실내와 배터리(B)를 냉방한다.
여기서, 배터리용 칠러(12g)의 "냉기"는, 수냉식 배터리 냉각장치(20)의 배터리측 냉각수순환라인(22)을 통해, 배터리(B)로 전달된다.
그리고 "히트펌프 모드" 시에는, 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)를 온(ON)시킴으로써, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)를 통과하면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 고압측 실내열교환기(12b)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 차실내로 공급하여 난방한다.
여기서, 에어컨모드용 팽창밸브(12e)들은, 가변식으로서, 인가되는 전압의 크기에 따라 교축유로(도시하지 않음)의 개도량이 가변 조절된다. 따라서, 하류측의 저압측 실내열교환기(12f)들과 배터리용 칠러(12g)에 대한 냉매의 감압,팽창량을 가변 조절한다.
한편, 공조장치(10)는, "히트펌프 모드" 시에, 실외열교환기(12d)측에서 발생된 "냉기"를 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30)에 전달하여, 전장부품모듈(C)측의 "폐열"과 상호 열교환시킬 수 있도록 구성된다.
이를 위해, 공조장치(10)는, 실외열교환기(12d)측의 "냉기"와, 전장부품모듈(C)측의 "폐열"을 열교환시키는 열교환부(40)를 갖추고 있다.
열교환부(40)는, 실외열교환기(12d)측의 냉매를 바이패스할 수 있는 바이패스 라인(44)과, 바이패스된 냉매의 "냉기"와 전장부품모듈(C)측의 "폐열"을 상호 열교환시키는 전장부품모듈용 칠러(46)를 포함한다.
이러한 열교환부(40)는, 실외열교환기(12d)측의 "냉기"와, 전장부품모듈(C)측의 "폐열"을 상호 열교환시킴으로써, 전장부품모듈(C)을 냉각시킴과 아울러, 전장부품모듈(C)의 "폐열"을 공조장치(10)측으로 회수하여, 상기 공조장치(10)의 "히트펌프 모드" 효율을 높인다.
여기서, 전장부품모듈용 칠러(46)측에 전달된 "냉기"는, 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30)의 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)을 통해, 전장부품모듈(C)로 전달된다.
한편, 경우에 따라, 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)를 전장부품모듈용 칠러(46)의 상류측에 설치하고, 상기 고압측 실내열교환기(12b)를 통과한 냉매를 히트펌프모드용 팽창밸브(12c)로 도입될 수 있게 냉매의 흐름을 제어할 수도 있다.
따라서, 히트펌프 모드 시에, 고압측 실내열교환기(12b)을 통과한 냉매가 감압,팽창되면서 상기 전장부품모듈용 칠러(46)에 직접 도입될 수 있고, 이로써, 상기 전장부품모듈용 칠러(46)에서의 열교환효율을 현저하게 상승시킬 수도 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 특징부를 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 냉매순환라인(12)상에 서로 병렬로 연결된 저압측 실내열교환기(12f)들과 배터리용 칠러(12g)와 전장부품모듈용 칠러(46)를 구비하되, 냉,난방 조건에 따라서 상기 저압측 실내열교환기(12f)들과 배터리용 칠러(12g)와 전장부품모듈용 칠러(46)측으로의 냉매 흐름을 제어하는 냉매흐름제어부(50)를 더 구비한다.
즉, 냉매흐름제어부(50)는, "에어컨 모드"시에는, 압축기(12a)측의 냉매가, 저압측 실내열교환기(12f)들과 배터리용 칠러(12g)로 도입될 수 있도록 제어하고, "히트펌프 모드" 시에는, 압축기(12a)측의 냉매가 배터리용 칠러(12g)와 전장부품모듈용 칠러(46)에 동시에 도입될 수 있게 제어한다.
이를 상세하게 설명하면, 냉매흐름제어부(50)는, 압축기(12a)측의 냉매를 전장부품모듈용 칠러(46)측으로 바이패스 하기 위한 바이패스 라인(44)에 설치되는 2방향 개폐밸브(52)와, 상기 2방향 개폐밸브(52)를 제어하는 마이콤(Micom)(54)을 포함한다.
2방향 개폐밸브(52)는, 바이패스 라인(44) 상에 설치되는 것으로, 인가되는 신호에 따라 "제 1위치(X)"와 "제 2위치(Y)" 사이에서 운동한다. 특히, "에어컨 모드"시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, "제 1위치(X)"로 운동하면서 바이패스 라인(44)을 차단한다.
따라서, 압축기(12a)측의 냉매가, 저압측 실내열교환기(12f)들과 배터리용 칠러(12g)로 도입될 수 있게 허용하고, 전장부품모듈용 칠러(46)로의 도입은 차단하도록 구성된다.
이로써, 압축기(12a)측 냉매가, 저압측 실내열교환기(12f)들과 배터리용 칠러(12g)로 순환되면서 "냉기"를 발생시킬 수 있게 하고, 발생된 "냉기"가 차실내와 배터리(B)측으로 전달되면서 차실내와 배터리(B)를 냉방할 수 있게 한다.
그리고 "히트펌프 모드"시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, "제 2위치(Y)"로 운동하면서 바이패스 라인(44)을 개방한다.
따라서, 압축기(12a)측의 냉매가, 전장부품모듈용 칠러(46)측과 배터리용 칠러(12g)측으로 동시에 도입될 수 있게 허용한다.
이로써, 전장부품모듈용 칠러(46)와 배터리용 칠러(12g)로 도입된 냉매가, 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30)와 수냉식 배터리 냉각장치(30)의 냉각수와 각각 열교환할 수 있게 한다.
그 결과, 공조장치(10)측 냉매의 "냉기"와 전장부품모듈(C)측 "폐열" 및, 공조장치(10)측 냉매의 "냉기"와 배터리(B)측 "폐열"간의 상호 열교환작용이 동시에 이루어질 수 있게 한다.
이로써, 전장부품모듈(C)과 배터리(B)를 냉각시킴과 아울러, 전장부품모듈(C)과 배터리(B)의 "폐열"을 공조장치(10)측으로 모두 회수할 수 있게 한다.
특히, 전장부품모듈(C)의 "폐열"만 회수하는 종래의 기술과 달리, 배터리(B)의 "폐열"도 추가적으로 회수할 수 있게 한다. 따라서, 종래의 기술에 비해 압축기(12a)로 복귀하는 냉매의 온도를 현저하게 상승시킬 수 있다.
이로써, 공조장치(10)의"히트펌프 모드" 효율을 종래의 기술에 비해 개선시킬 수 있고, 이를 통해, 차실내의 난방성능을 현저하게 개선시킬 수 있게 된다.
한편, 마이콤(54)은, "에어컨 모드"시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 2방향 개폐밸브(52)를 "제 1위치(X)"로 제어한다.
따라서, 2방향 개폐밸브(52)가 바이패스 라인(44)을 차단할 수 있게 한다. 이로써, 압축기(12a)측의 냉매가, 저압측 실내열교환기(12f)들과 배터리용 칠러(12g)로만 도입될 수 있게 제어한다.
그리고 "히트펌프 모드"시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 2방향 개폐밸브(52)를 "제 2위치(Y)"로 제어한다.
따라서, 2방향 개폐밸브(52)가 바이패스 라인(44)을 개방할 수 있게 한다. 이로써, 압축기(12a)측의 냉매가, 전장부품모듈용 칠러(46)측과 배터리용 칠러(12g)측으로 동시에 도입될 수 있게 제어한다.
한편, 마이콤(54)은, "히트펌프 모드"시, 배터리용 칠러(12g)의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브(12e)만 개방하고, 저압측 실내열교환기(12f)의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브(12e)들은 모두 차단하도록 제어한다.
이는, "히트펌프 모드"시에, 저압측 실내열교환기(12f)로의 냉매 도입을 제한하여, "히트펌프 모드"시에, 저압측 실내열교환기(12f)에서의 "냉기"발생을 원천적으로 제한하기 위함이다.
여기서, 마이콤(54)은, "히트펌프 모드"시, 배터리용 칠러(12g)의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브(12e)를 개방하여, 배터리용 칠러(12g)측으로의 냉매도입을 허용하되, 배터리(B)의 온도가 미리 설정된 온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건에 한정하여, 배터리용 칠러(12g)의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브(12e)를 개방하도록 구성된다.
따라서, 배터리(B)의 온도가 미리 설정된 온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건이 만족되지 않으면, 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리용 칠러(12g)의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브(12e)를 차단하여, 전장부품모듈용 칠러(46)측으로만 냉매의 도입이 이루어질 수 있게 한다.
이렇게 구성한 이유는, 배터리(B)의 온도가 설정온도 이하로 낮은 경우에는, 배터리(B)의 폐열온도가 낮으므로, 배터리(B)의 폐열회수 효과가 저하되기 때문이다.
또한, 최대난방모드가 선택된 조건이 아니면, 배터리(B)의 폐열회수 효용성이 떨어지기 때문이다.
다음으로, 도 6 내지 도 9에는 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 다른 실시예를 나타내는 도면이 도시되어 있다.
먼저, 도 6을 참조하면, 다른 실시예의 열관리 시스템은, 냉매흐름제어부(50)를 구비하되, 상기 냉매흐름제어부(50)가, 압축기(12a)측 냉매를 전장부품모듈용 칠러(46)측으로 바이패스하는 바이패스 라인(44)에 설치되는 솔레노이드식 3방향 제어밸브(56) 및, 상기 3방향 제어밸브(60)를 제어하는 마이콤(54)을 포함한다.
3방향 제어밸브(56)와 상기 마이콤(54)은, "에어컨 모드" 시에, 도 7에 도시된 바와 같이, 바이패스 라인(44)은 차단하고, 냉매순환라인(12)은 개방하여, 압축기(12a)측 냉매의 배터리용 칠러(12g) 도입은 허용하고, 전장부품모듈용 칠러(46)로의 도입은 차단한다.
따라서, 압축기(12a)측의 냉매가, 저압측 실내열교환기(12f)들과 배터리용 칠러(12g)로 도입될 수 있게 허용하고, 전장부품모듈용 칠러(46)로의 도입은 차단하도록 구성된다.
그리고 "히트펌프 모드" 시에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 바이패스 라인(44)과 냉매순환라인(12)을 모두 개방하여, 압축기(12a)측 냉매의 상기 배터리용 칠러(12g)와 전장부품모듈용 칠러(46)측 도입을 동시에 허용할 수 있게 한다.
따라서, 압축기(12a)측의 냉매가, 전장부품모듈용 칠러(46)측과 배터리용 칠러(12g)측으로 동시에 도입될 수 있게 허용한다.
이때, 마이콤(54)은, "히트펌프 모드"시, 배터리용 칠러(12g)의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브(12e)만 개방하고, 저압측 실내열교환기(12f)의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브(12e)들은 모두 차단하도록 제어한다.
한편, 상기 3방향 제어밸브(56)와 상기 마이콤(54)은, 바이패스 라인(44)과 냉매순환라인(12)을 모두 개방하여, 압축기(12a)측 냉매의 상기 배터리용 칠러(12g)와 전장부품모듈용 칠러(46)측 도입을 동시에 허용하되, 배터리(B)의 온도가 미리 설정된 온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건에 한정하여, 바이패스 라인(44)과 냉매순환라인(12)을 개방하도록 구성된다.
따라서, 배터리(B)의 온도가 미리 설정된 온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건이 만족되지 않으면, 도 9에 도시된 바와 같이, 바이패스 라인(44)은 개방하고 냉매순환라인(12)을 차단하여, 전장부품모듈용 칠러(46)측으로만 냉매의 도입이 이루어질 수 있게 한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템에 의하면, 냉매순환라인(12)의 냉매 흐름 구조를 개선함으로써, "히트펌프 모드"시에, 전장부품모듈(C)의 폐열 뿐만이 아니라, 전장부품모듈(C) 이외의 열원에서 발생되는 폐열, 예를 들면, 배터리(B)측의 폐열도 추가적으로 회수할 수 있다.
또한, "히트펌프 모드"시에, 전장부품모듈(C)의 폐열과 더불어 배터리(B)측의 폐열도 추가적으로 회수할 수 있으므로, 공조장치(10)의 "히트펌프 모드" 효율을 개선시킬 수 있고, 이를 통해, 차실내의 난방성능을 현저하게 개선시킬 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 12: 냉매순환라인(Line)
12a: 압축기 12b: 고압측 실내열교환기
12c: 히트펌프모드용 팽창밸브(Valve)
12d: 실외열교환기 12e: 에어컨모드용 팽창밸브
12f: 저압측 실내열교환기 12g: 배터리용 칠러(Chiller)
20: 배터리 냉각장치 22: 배터리측 냉각수순환라인
30: 전장부품모듈 냉각장치 32: 전장부품모듈측 냉각수순환라인
40: 열교환부 44: 바이패스 라인(Bypass Line)
46: 전장부품모듈용 칠러 50: 냉매흐름제어부
52: 2방향 개폐밸브 54: 마이콤(Micom)
56: 3방향 제어밸브 B: 배터리(Battery)
C: 전장부품모듈(Module)

Claims (14)

  1. 압축기와 실내열교환기와 실외열교환기와 저압측 실내열교환기들과 배터리용 칠러 및, 전장부품모듈용 칠러를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서,
    상기 배터리용 칠러와 전장부품모듈용 칠러는, 상기 냉매순환라인의 냉매를 도입하여, 배터리와 전장부품모듈측과 각각 열교환시키며;
    상기 냉매순환라인 상에서, 상기 저압측 실내열교환기들과 상기 칠러들은, 서로에 대해 병렬로 연결되고;
    냉,난방 조건에 따라서 상기 저압측 실내열교환기, 칠러측으로의 냉매 흐름을 제어하는 냉매흐름제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    에어컨 모드와 히트펌프 모드에 따라, 상기 배터리용 칠러와 상기 전장부품모듈용 칠러 중, 어느 하나 또는 둘로의 냉매도입여부를 제어하여,
    상기 배터리용 칠러를 통한 상기 냉매와 배터리간의 열교환 및, 상기 전장부품모듈용 칠러를 통한 상기 냉매와 전장부품모듈간의 열교환 중, 선택된 어느 하나가 이루어지게 하거나 또는 둘다 이루어질 수 있도록, 상기 냉매순환라인의 냉매흐름을 제어하는 것을 특징으로 차량의 열관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    에어컨 모드 시에는, 상기 배터리용 칠러를 통한 상기 냉매와 배터리간의 열교환이 이루어질 수 있도록, 상기 냉매순환라인의 냉매흐름을 제어하고;
    히트펌프 모드 시에는, 상기 배터리용 칠러를 통한 상기 냉매와 배터리간의 열교환 및, 상기 전장부품모듈용 칠러를 통한 상기 냉매와 전장부품모듈간의 열교환이 동시에 이루어질 수 있도록, 상기 냉매순환라인의 냉매흐름을 제어하는 것을 특징으로 차량의 열관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    에어컨 모드 시에는, 상기 압축기측의 냉매가, 상기 배터리용 칠러로 도입될 수 있도록 제어하여, 상기 배터리용 칠러를 통한 상기 냉매와 배터리간의 열교환이 이루어질 수 있게 하고;
    히트펌프 모드 시에는, 상기 압축기측의 냉매가 상기 배터리용 칠러와 전장부품모듈용 칠러에 동시에 도입될 수 있도록 제어하여, 상기 배터리용 칠러를 통한 상기 냉매와 배터리간의 열교환 및, 상기 전장부품모듈용 칠러를 통한 상기 냉매와 전장부품모듈간의 열교환이 동시에 이루어지면서, 상기 배터리와 전장부품모듈의 폐열을 모두 공조장치측으로 회수할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    히트펌프 모드 시에, 상기 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건에 한정하여, 상기 압축기측의 냉매가 상기 배터리용 칠러와 전장부품모듈용 칠러에 동시에 도입될 수 있도록 제어하고;
    상기 배터리의 온도가 설정온도 이상인 조건 또는 최대난방모드 조건이 만족되지 않으면, 상기 압축기측의 냉매가 상기 전장부품모듈용 칠러에만 도입될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 압축기측 냉매를 상기 전장부품모듈용 칠러측으로 바이패스할 수 있도록, 상기 냉매순환라인으로부터 분지되는 바이패스 라인을 더 구비하고;
    상기 냉매흐름제어부는, 상기 바이패스 라인을 개폐할 수 있도록 설치되는 2방향 개폐밸브를 포함하며;
    상기 2방향 개폐밸브는,
    에어컨 모드 시에는, 제 1위치로 운동하면서 상기 바이패스 라인을 차단하여, 상기 압축기측 냉매의 상기 배터리용 칠러 도입은 허용하고, 상기 전장부품모듈용 칠러로의 도입은 차단하며;
    히트펌프 모드 시에는, 제 2위치로 운동하면서 상기 바이패스 라인을 개방하여, 압축기측 냉매의 상기 배터리용 칠러와 전장부품모듈용 칠러측 도입을 동시에 허용할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    에어컨 모드 시에는, 상기 2방향 개폐밸브를 상기 제 1위치로 제어하여 상기 바이패스 라인을 차단시키고;
    히트펌프 모드시에는, 상기 2방향 개폐밸브를 제 2위치로 제어하여 상기 바이패스 라인을 개방시키는 마이콤을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 저압측 실내열교환기들과, 배터리용 칠러의 상류측에 각각 설치되는 에어컨모드용 팽창밸브를 더 구비하고;
    서로에 대해 병렬된 연결된 상기 저압측 실내열교환기들과 상기 배터리용 칠러의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브는, 내부 교축유로의 개도량이 가변 조절되는 가변식 밸브이며;
    상기 마이콤은,
    히트펌프 모드 시에는, 상기 배터리용 칠러의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브만 개방하고, 상기 저압측 실내열교환기의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브는 모두 차단하여, 히트펌프 모드 시, 상기 저압측 실내열교환기로의 냉매 도입을 제한하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 마이콤은,
    히트펌프 모드 시에, 상기 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건에 한정하여, 상기 배터리용 칠러의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브를 개방하고;
    상기 배터리의 온도가 설정온도 이상인 조건 또는 최대난방모드 조건이 만족되지 않으면, 상기 배터리용 칠러의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브를 차단하여 상기 압축기측의 냉매가 상기 전장부품모듈용 칠러에만 도입될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 압축기측 냉매를 상기 전장부품모듈용 칠러측으로 바이패스할 수 있도록, 상기 냉매순환라인으로부터 분지되는 바이패스 라인을 더 구비하고;
    상기 냉매흐름제어부는, 상기 냉매순환라인과 상기 바이패스 라인의 분지점에 설치되는 솔레노이드식 3방향 제어밸브와, 상기 3방향 제어밸브를 제어하는 마이콤을 포함하며;
    상기 3방향 제어밸브와 상기 마이콤은,
    에어컨 모드 시에는, 상기 바이패스 라인은 차단하고, 상기 냉매순환라인은 개방하여, 상기 압축기측 냉매의 상기 배터리용 칠러 도입은 허용하고, 상기 전장부품모듈용 칠러로의 도입은 차단하며;
    히트펌프 모드 시에는, 상기 바이패스 라인과 상기 냉매순환라인을 모두 개방하여, 압축기측 냉매의 상기 배터리용 칠러와 전장부품모듈용 칠러측 도입을 동시에 허용할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 저압측 실내열교환기들과, 배터리용 칠러의 상류측에 각각 설치되는 에어컨모드용 팽창밸브를 더 구비하며;
    서로에 대해 병렬된 연결된 상기 저압측 실내열교환기들과 상기 배터리용 칠러의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브는, 내부 교축유로의 개도량이 가변 조절되는 가변식 밸브이며;
    상기 마이콤은,
    히트펌프 모드 시에는, 상기 배터리용 칠러의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브만 개방하고, 상기 저압측 실내열교환기의 상류측 에어컨모드용 팽창밸브는 모두 차단하여, 히트펌프 모드 시, 상기 저압측 실내열교환기로의 냉매 도입을 제한하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 3방향 제어밸브와 상기 마이콤은,
    히트펌프 모드 시에, 상기 배터리의 온도가 미리 설정된 온도 이상이거나 또는 최대난방모드가 선택된 조건이면, 상기 바이패스 라인과 상기 냉매순환라인을 모두 개방하여, 상기 압축기측의 냉매가 상기 배터리용 칠러와 전장부품모듈용 칠러에 동시에 도입될 수 있도록 제어하고;
    상기 배터리의 온도가 설정온도 이상인 조건 또는 최대난방모드 조건이 만족되지 않으면, 상기 바이패스 라인은 개방하고, 상기 냉매순환라인은 차단하여, 상기 압축기측의 냉매가 상기 전장부품모듈용 칠러에만 도입될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리용 칠러측의 냉기를 상기 배터리에 전달하는 배터리측 냉각수순환라인과;
    상기 전장부품모듈용 칠러측의 냉기를 상기 전장부품모듈에 전달하는 전장부품모듈측 냉각수순환라인을 더 포함하며;
    상기 배터리측 냉각수순환라인과, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인은 각각 독립적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  14. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    히트펌프모드용 팽창밸브를 상기 전장부품모듈용 칠러의 상류측에 설치하고, 히트펌프 모드 시에, 상기 실내열교환기를 통과한 냉매를 상기 히트펌프모드용 팽창밸브로 도입될 수 있게 냉매의 흐름을 제어하여,
    상기 실내열교환기측의 냉매가 감압,팽창되면서 상기 전장부품모듈용 칠러에 직접 도입될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
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