KR20210034954A - 차량의 열관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 배터리의 과도한 예열을 방지하여, 배터리의 과도한 예열로 인한 배터리의 성능저하와, 손상 및 수명 단축 현상을 방지할 수 있고, 하나의 열교환기로도 차실내의 냉,난방모드별 배터리의 예열과 배터리의 폐열회수와 배터리의 냉각을 가능하게 하여, 부품절감의 효과를 거둘 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉매의 흐름 방향에 따라 열기 또는 냉기를 발생시키는 냉매순환라인과, 냉매순환라인에서 발생된 냉매의 열을 히터코어에 전달하여 차실내를 난방하는 히터코어측 냉각수순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 도입하여 전장부품모듈로 순환시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인과; 냉각수를 배터리에 순환시키는 배터리측 냉각수순환라인과; 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수와, 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수와, 냉매순환라인의 냉매를 상호 열교환시키는 수냉식 다중 열교환기를 더 구비한다.

Description

차량의 열관리 시스템{HEAT MANAGEMENT SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 과도한 예열을 방지하여, 배터리의 과도한 예열로 인한 배터리의 성능저하와, 손상 및 수명 단축 현상을 방지할 수 있고, 하나의 열교환기로도 차실내의 냉,난방모드별 배터리의 예열과 배터리의 폐열회수와 배터리의 냉각을 가능하게 하여, 부품절감의 효과를 거둘 수 있는 차량의 열관리 시스템에 관한 것이다.
하이브리드(Hybrid) 차량, 전기 차량 등은(이하, "차량"이라 통칭함), 전기모터와, 각종 전기장치들과, 고용량 배터리를 갖추고 있다.
특히, 배터리는 충전식으로서, 차량의 전기모터와 각종 전기장치에 전기를 제공한다. 따라서, 차량의 주행을 가능하게 한다.
한편, 이러한 배터리는, 온도의 영향을 많이 받는다. 특히, 겨울철과 같이 외기의 온도가 낮을 경우에는, 배터리의 온도가 낮아져 충전 및 방전 효율이 떨어지고, 배터리의 용량과 출력이 감소되어 차량의 주행성능과 주행거리가 현저하게 저하되며, 심할 경우 시동이 곤란한 문제가 발생한다.
따라서, 배터리의 충전과 방전 효율 저하와, 배터리의 용량과 출력 저하를 방지하기 위해서 배터리의 온도를 일정온도 이상으로 예열하는 것이 중요하며, 이를 위해 차량은, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 예열장치(10)를 갖추고 있다.
배터리 예열장치(10)는, 공조장치(20)의 냉매를 이용하는 것으로, 공조장치(20)의 히터코어(22)로 유입되는 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 고온 냉각수를 바이패스하는 바이패스밸브(12)와, 바이패스 밸브(12)에서 바이패스된 고온 냉각수를 배터리(40)에 순환시킨 후, 다시 히터코어측 냉각수순환라인(30)으로 리턴시키는 바이패스 라인(14)을 포함한다.
이러한 배터리 예열장치(10)는, 공조장치(20)의 히터코어(22)로 유입되는 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 고온 냉각수를 바이패스한 다음, 이를 배터리(40)로 순환시킴으로써, 상기 배터리(40)를 예열한다.
따라서, 배터리(40)가 일정온도를 유지할 수 있게 한다. 이로써, 겨울철, 낮은 외기온도에도 불구하고, 배터리의 충전과 방전, 용량과 출력이 일정한 성능을 유지할 수 있게 한다.
여기서, 공조장치(20)는, 히트펌프식(Heat Pump Type)으로서, 냉매순환라인(24)과 히터코어측 냉각수순환라인(30)을 구비한다.
특히, 히터코어측 냉각수순환라인(30)은, 냉매순환라인(24)의 냉매 열을 전달받는 수냉식 열교환기(32)와, 인가되는 전기에 의해 냉각수를 가열하는 PTC 히터(34) 및, 수냉식 열교환기(32)와 PTC 히터(34)와 히터코어(22) 사이에서 냉각수를 순환시키는 워터펌프(36)를 포함한다.
워터펌프(36)는, 냉매순환라인(24)의 냉매 열을 전달받은 수냉식 열교환기(32)측 냉각수와, PTC 히터(34)에 의해 가열된 냉각수 중, 적어도 어느 하나를 히터코어(22)에 순환시킨다. 따라서, 상기 히터코어(22)가 냉각수 열을 차실내로 방출하면서 차실내를 난방할 수 있게 한다.
그런데, 이러한 종래의 배터리 예열장치(10)는, 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 고온 냉각수를 직접 바이패스하여 배터리(40)를 직접 예열하는 구조이므로, 배터리(40)의 예열이 과도할 수 있다는 단점이 있다.
특히, 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 냉각수 온도가 높을 경우, 이를 이용한 배터리(40)의 예열이 과도할 수 있는데, 이러한 경우, 배터리(40)가 오히려 과열된다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 배터리(40)의 성능이 저하되고, 배터리(40)의 수명이 단축되거나 손상된다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 배터리 예열장치(10)는, 배터리(40)의 온도를 감안하지 않고, 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 고온 냉각수를 무조건 바이패스하여 배터리(40)를 예열하는 구조이므로, 고온의 냉각수를 이용한 배터리(40)의 예열이 과도할 수 있다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에 배터리(40)가 오히려 과열되어 배터리(40)의 성능이 저하되고, 수명이 단축되거나 손상된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 배터리의 예열 구조를 개선함으로써, 배터리가 과도하게 예열되는 것을 방지할 수 있는 차량용 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 배터리가 과도하게 예열되는 것을 방지할 수 있도록 구성함으로써, 배터리의 과도한 예열로 인한 배터리의 과열과, 그로 인한 배터리의 성능저하와, 손상 및 수명 단축 현상을 방지할 수 있는 차량용 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 필요에 따라 배터리의 예열 정도를 가변제어할 수 있도록 구성함으로써, 배터리가 과도하게 예열되는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해, 배터리의 과도한 예열로 인한 배터리의 과열과, 그로 인한 배터리의 성능저하와, 손상 및 수명 단축 현상을 방지할 수 있는 차량용 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 냉매의 흐름 방향에 따라 열기 또는 냉기를 발생시키는 냉매순환라인과, 상기 냉매순환라인에서 발생된 냉매의 열을 히터코어에 전달하여 차실내를 난방하는 히터코어측 냉각수순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 도입하여 전장부품모듈로 순환시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인과; 냉각수를 배터리에 순환시키는 배터리측 냉각수순환라인과; 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수와, 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수와, 상기 냉매순환라인의 냉매를 상호 열교환시키는 수냉식 다중 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 수냉식 다중 열교환기는, 차실내의 난방모드 시에, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수와 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시켜, 상기 냉매순환라인의 냉매열을 전달받은 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수 열이, 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수로 전달되면서 상기 배터리를 예열 및 승온시킬 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 수냉식 다중 열교환기는, 차실내의 최대난방모드 시에, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수와 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수 중, 적어도 어느 하나와 상기 냉매순환라인의 냉매를 상호 열교환시켜, 상기 배터리의 폐열을 흡수한 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수와, 상기 전장부품모듈의 폐열을 흡수한 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수 중, 적어도 어느 하나의 냉각수 열이, 압축기로 복귀하는 상기 냉매순환라인의 냉매로 회수될 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 수냉식 다중 열교환기는, 차실내의 냉방모드 시에, 상기 냉매순환라인의 냉매와 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시켜, 상기 냉매순환라인의 냉매측 냉기가, 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수로 전달되면서 상기 배터리를 냉각시킬 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템에 의하면, 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 전장부품모듈측 냉각수순환라인으로 순환시킨 다음, 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수 열을, 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수로 전달받아 배터리를 예열하는 구조이므로, 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수 열로 배터리를 직접 예열하는 종래 기술과 달리, 배터리를 간접적으로 예열할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배터리를 간접적으로 예열할 수 있는 구조이므로, 배터리를 직접 예열하는 것에 따른 배터리의 과열 우려를 방지할 수 있고, 이로써, 배터리의 과열로 인한 배터리의 성능저하와, 손상 및 수명 단축 현상을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉각수의 온도에 따라 배터리로 순환되는 냉각수의 유량을 가변 제어하는 구조이므로, 냉각수 온도로 인한 배터리의 과도한 예열과, 그로 인한 배터리의 과열을 원천적으로 방지할 수 있고, 이를 통해, 배터리의 과열로 인한 배터리의 성능저하와, 손상 및 수명 단축 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수냉식 다중 열교환기를 이용하여 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수와, 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수와, 냉매순환라인의 냉매를 상호 열교환시킬 수 있는 구조이므로, 하나의 열교환기로도 차실내의 냉,난방모드별 배터리의 예열과 승온, 배터리와 전장부품모듈의 폐열회수 및, 배터리의 냉각이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 하나의 열교환기로도 차실내의 냉,난방모드별 배터리의 예열과 승온, 배터리와 전장부품모듈의 폐열회수 및, 배터리의 냉각이 가능하므로, 열교환기의 개수를 줄일 수 있으며, 이를 통해 원가절감의 효과를 기대할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 차량의 열관리 시스템을 상세하게 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템을 상세하게 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 작동도로서, 차실내의 난방모드 시에 배터리를 예열하는 모습을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 작동도로서, 차실내의 최대난방모드 시에 배터리와 전장부품모듈의 폐열을 회수하는 모습을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 작동도로서, 차실내의 냉방모드 시에 배터리를 냉각시키는 모습을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 작동도로서, 차실내의 냉방모드 시에 배터리와 전장부품모듈을 냉각시키는 모습을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템을 구성하는 수냉식 다중 열교환기의 제 1 내지 제 3내부유로 배치구조를 나타내는 수냉식 다중 열교환기의 측면도,
도 8은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템을 구성하는 수냉식 다중 열교환기의 제 1 내지 제 3내부유로 배치구조의 변형예를 나타내는 수냉식 다중 열교환기의 평단면도,
도 9는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 다른 실시예와 그에 따른 작동예를 나타내는 도면으로서, 차실내의 난방모드 시에 배터리와 전장부품모듈의 폐열을 회수하는 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 차량 열관리 시스템의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 2를 참조하여 차실내를 냉,난방하기 위한 공조장치(20)에 대해 간략하게 설명한다.
공조장치(20)는, 히트펌프식으로서, 냉매순환라인(24)과 히터코어측 냉각수순환라인(30)을 구비한다.
특히, 히터코어측 냉각수순환라인(30)은, 냉매순환라인(24)의 압축기(24a)측에서 발생된 냉매열을 히터코어(22)에 전달하는 것으로, 냉매순환라인(24)의 냉매 열을 전달받는 수냉식 열교환기(32)와, 인가되는 전기에 의해 냉각수를 가열하는 PTC 히터(34) 및, 수냉식 열교환기(32)와 PTC 히터(34)와 히터코어(22) 사이에서 냉각수를 순환시키는 워터펌프(36)를 포함한다.
이러한 히터코어측 냉각수순환라인(30)은, 냉매순환라인(24)의 압축기(24a)측에서 발생된 냉매열을, 냉각수를 통해 전달받고, 냉매열을 전달받은 고온의 냉각수를 히터코어(22)에 순환시킨다. 따라서, 상기 히터코어(22)가 냉각수 열을 차실내로 방출하여, 차실내를 난방할 수 있게 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 특징부를 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 냉각수를 도입하여 전장부품모듈(50)로 순환시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)을 포함한다.
전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)은, 사방밸브(62)와 워터펌프(64)를 갖추고 있다. 특히, 사방밸브(62)는, 차실내의 난방모드 시에, 히터코어측 냉각수순환라인(30)과 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)을 하나의 냉각수 순환루프(Loop)로 연결한다.
따라서, 냉매순환라인(24)의 냉매열을 전달받은 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 냉각수가, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)으로 순환될 수 있게 한다.
이로써, 냉매순환라인(24)의 냉매열을 전달받은 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 냉각수가, 전장부품모듈(50)을 순환하면서 상기 전장부품모듈(50)을 예열 및 승온시킬 수 있게 한다.
그리고 본 발명의 열관리 시스템은, 배터리측 냉각수순환라인(70)을 더 포함한다.
배터리측 냉각수순환라인(70)은, 워터펌프(72)를 갖추고 있으며, 배터리(40)측에 냉각수를 순환시키는 역할을 한다.
그리고 본 발명의 열관리 시스템은, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수와, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수와, 냉매순환라인(24)의 냉매를 상호 열교환시키는 수냉식 다중 열교환기(80)를 더 포함한다.
수냉식 다중 열교환기(80)는, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수가 도입되어 통과하는 제 1내부유로(82)와, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수가 도입되어 통과하는 제 2내부유로(84)와, 냉매순환라인(24)의 냉매가 도입되어 통과하는 제 3내부유로(86)를 갖추고 있다.
상기 제 1 내지 제 3내부유로(82, 84, 86)는, 서로 대응되게 형성되어, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수와, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수와, 냉매순환라인(24)의 냉매를 상호 열교환시킨다.
특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 차실내의 난방모드 시에, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수와 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수를 상호 열교환시킨다.
따라서, 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 냉각수를 통해서, 냉매순환라인(24)의 압축기(24a)측 냉매열을 전달받은 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수 열이, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수로 전달되고, "열"이 전달된 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수가 배터리(40)로 순환되면서 상기 배터리(40)를 예열 및 승온시킬 수 있게 한다.
이로써, 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 냉각수 열로 배터리(40)를 직접 예열하는 종래의 구조와 달리, 배터리(40)를 간접적으로 예열 및 승온시킬 수 있다.
그 결과, 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 고온 냉각수가, 배터리(40)를 직접 예열하는 것에 따른 배터리(40)의 과열 우려를 원천적으로 방지한다. 이에 따라, 배터리(40)의 과열로 인한 배터리의 성능저하와, 손상 및 수명 단축 현상을 미연에 방지할 수 있게 된다.
또한, 수냉식 다중 열교환기(80)의 제 1 내지 제 3내부유로(82, 84, 86)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 차실내의 최대난방모드 시에는, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수와, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수 중, 적어도 어느 하나와 냉매순환라인(24)의 냉매를 상호 열교환시킨다.
따라서, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수와, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수 중, 적어도 어느 하나의 냉각수 열이, 냉매순환라인(24)의 냉매로 흡수될 수 있게 한다.
이로써, 냉매순환라인(24)의 압축기(24a)측으로 복귀하는 냉매가, 배터리(40)와 전장부품모듈(50)에서 발생된 폐열을 회수하면서 가열되고, 가열된 냉매가 공조장치(20)의 "히트펌프 모드" 효율을 높여 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있게 한다.
또한, 수냉식 다중 열교환기(80)의 제 1 내지 제 3내부유로(82, 84, 86)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 차실내의 냉방모드 시에, 냉매순환라인(24)의 냉매와 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수를 상호 열교환시킨다.
따라서, 냉매순환라인(24)의 팽창밸브(24b)에서 감압,팽창된 냉매의 냉기가, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수에 전달될 수 있게 하고, 냉기가 전달된 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수가 배터리(40)측으로 순환되면서 상기 배터리(40)를 냉각시킬 수 있게 한다. 이로써, 기온이 높은 여름철 배터리(40)의 과열을 방지한다.
여기서, 차실내의 냉방모드 시에, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수는, 도 6에 도시된 바와 같이, 라디에이터(Radiator)(60a)측으로 순환될 수도있는데, 이렇게 순환되는 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수는 전장부품모듈(50)의 열을 라이에이터(60a)를 통해 방출하면서 냉각된다. 따라서, 상기 전장부품모듈(50)을 냉각시킨다.
한편, 이러한 수냉식 다중 열교환기(80)의 제 1 내지 제 3내부유로(82, 84, 86)는, 서로 대응되게 형성되는데, 이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수가 순환되는 제 2내부유로(84)를 사이에 두고, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수와, 냉매순환라인(24)의 냉매가 순환되는 제 1 및 제 3내부유로(82, 86)가 양쪽 사이드에 각각 배열되는 구조를 갖는다.
따라서, 차실내의 난방모드 시에는, 사이드의 제 1내부유로(82)를 따라 순환되는 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수와, 가운데의 제 2내부유로(84)를 따라 순환되는 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
그리고 차실내의 최대난방모드 시에는, 가운데의 제 2내부유로(84)를 따라 순환되는 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수와, 사이드의 제 3내부유로(86)를 따라 순환되는 냉매순환라인(24)의 냉매가 상호 열교환될 수 있게 한다.
또한, 차실내의 냉방모드 시에는, 사이드의 제 3내부유로(86)를 따라 순환되는 냉매순환라인(24)의 냉매와, 가운데의 제 2내부유로(84)를 따라 순환되는 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
한편, 수냉식 다중 열교환기(80)의 제 1 내지 제 3내부유로(82, 84, 86)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 서로 간에 동일한 간격을 유지하며 삼각형 형태로 배열될 수도 있다.
따라서, 차실내의 난방모드와 최대난방모드와 냉방모드 상태에 관계없이, 제 1내부유로(82)의 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수와, 제 2내부유로(84)의 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수와, 제 3내부유로(86)의 냉매순환라인(24)의 냉매가 모두 동일한 조건에서 상호 열교환되게 구성할 수도 있다.
다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 제어부(90)를 더 포함한다.
제어부(90)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, 배터리온도 감지센서(92)로부터 입력된 배터리(40)의 온도에 따라 배터리측 냉각수순환라인(70)의 워터펌프(72)와, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 워터펌프(64)와, 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 워터펌프(36) 중 적어도 어느 하나를 가변제어하도록 구성된다.
특히, 제어부(90)는, 배터리온도 감지센서(92)로부터 입력된 배터리(40)의 온도가, 미리 설정된 기준온도를 초과할 시에, 예를 들면, 40℃를 초과할 시에, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 워터펌프(72)를 오프(OFF)시키도록 구성된다.
따라서, 과도한 온도의 냉각수가 배터리(40)에 순환되는 것을 방지한다. 이로써, 과도한 온도의 냉각수로 인한 배터리(40)의 과열을 미연에 방지한다.
여기서, 제어부(90)는, 배터리온도 감지센서(92)에서 입력된 배터리(40)의 온도가 기준온도 이하로 저하될 시에는, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 워터펌프(72)를 다시 온(ON)시키도록 구성된다. 따라서, 배터리(40)의 예열 및 승온이 재개될 수 있도록 구성된다.
한편, 제어부(90)는, 배터리온도 감지센서(92)로부터 입력된 배터리 온도에 비례하여 배터리측 냉각수순환라인(70)의 워터펌프(72)를 능동적으로 가변제어할 수도 있다.
다음으로, 도 9에는 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 다른 실시예를 나타내는 도면이 도시되어 있다.
다른 실시예의 열관리 시스템은, 냉매순환라인(24)의 수냉식 열교환기(32) 출구측 냉매를 바이패스 하여, 수냉식 다중 열교환기(80)의 입구측 팽창밸브(24b)의 입구측으로 도입시키는 바이패스 라인(24c)을 더 포함한다.
이러한 다른 실시예의 열관리 시스템은, 차실내의 난방모드 시에, 수냉식 열교환기(32)를 통과한 냉매를 수냉식 다중 열교환기(80)의 입구측 팽창밸브(24b)로 바이패스하고, 바이패스된 냉매가 상기 팽창밸브(24b)를 통과하면서 수냉식 다중 열교환기(80)로 도입되게 한다.
이때, 수냉식 다중 열교환기(80)로 도입된 냉매가, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수와, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수 중, 적어도 어느 하나와 상호 열교환된다.
따라서, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수와, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수 중, 적어도 어느 하나의 냉각수 열이, 냉매순환라인(24)의 냉매로 흡수될 수 있게 한다.
이로써, 냉매순환라인(24)의 압축기(24a)측으로 복귀하는 냉매가, 배터리(40)와 전장부품모듈(50)에서 발생된 폐열을 회수하면서 가열되고, 가열된 냉매가 공조장치(20)의 "히트펌프 모드" 효율을 높여 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있게 한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 열관리 시스템에 의하면, 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 냉각수를 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)으로 순환시킨 다음, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수 열을, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수로 전달받아 배터리(40)를 예열하는 구조이므로, 히터코어측 냉각수순환라인(30)의 냉각수 열로 배터리(40)를 직접 예열하는 종래 기술과 달리, 배터리(40)를 간접적으로 예열할 수 있다.
또한, 배터리(40)를 간접적으로 예열할 수 있는 구조이므로, 배터리(40)를 직접 예열하는 것에 따른 배터리(40)의 과열 우려를 방지할 수 있고, 이로써, 배터리(40)의 과열로 인한 배터리의 성능저하와, 손상 및 수명 단축 현상을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 냉각수의 온도에 따라 배터리(40)로 순환되는 냉각수의 유량을 가변 제어하는 구조이므로, 냉각수 온도로 인한 배터리(40)의 과도한 예열과, 그로 인한 배터리(40)의 과열을 원천적으로 방지할 수 있고, 이를 통해, 배터리(40)의 과열로 인한 배터리의 성능저하와, 손상 및 수명 단축 현상을 방지할 수 있다.
또한, 수냉식 다중 열교환기(80)를 이용하여 전장부품모듈측 냉각수순환라인(60)의 냉각수와, 배터리측 냉각수순환라인(70)의 냉각수와, 냉매순환라인(24)의 냉매를 상호 열교환시킬 수 있는 구조이므로, 하나의 열교환기로도 차실내의 냉,난방모드별 배터리(40)의 예열과 승온, 배터리(40)와 전장부품모듈(50)의 폐열회수 및, 배터리(40)의 냉각 등이 가능하다.
또한, 하나의 열교환기로도 차실내의 냉,난방모드별 배터리(40)의 예열과 승온, 배터리(40)와 전장부품모듈(50)의 폐열회수 및, 배터리(40)의 냉각이 가능하므로, 열교환기의 개수를 줄일 수 있으며, 이를 통해 원가절감의 효과를 기대할 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.
20: 공조장치 22: 히터코어(Heater Core)
24: 냉매순환라인(Line) 24a: 압축기
24b: 팽창밸브(Valve) 24c: 바이패스 라인(Bypass Line)
30: 히터코어측 냉각수순환라인 32: 수냉식 열교환기
40: 배터리(Battery) 50: 전장부품모듈(Module)
60: 전장부품모듈측 냉각수순환라인
62: 사방밸브 64: 워터펌프(Water Pump)
70: 배터리측 냉각수순환라인 72: 워터펌프
80: 수냉식 다중 열교환기 82: 제 1내부유로
84: 제 2내부유로 86: 제 3내부유로
90: 제어부 92: 배터리온도 감지센서(Sensor)

Claims (14)

  1. 냉매의 흐름 방향에 따라 열기 또는 냉기를 발생시키는 냉매순환라인과, 상기 냉매순환라인에서 발생된 냉매의 열을 히터코어에 전달하여 차실내를 난방하는 히터코어측 냉각수순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서,
    상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 도입하여 전장부품모듈로 순환시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인과;
    냉각수를 배터리에 순환시키는 배터리측 냉각수순환라인과;
    상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수와, 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수와, 상기 냉매순환라인의 냉매를 상호 열교환시키는 수냉식 다중 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수냉식 다중 열교환기는,
    차실내의 난방모드 시에, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수와 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시켜,
    상기 냉매순환라인의 냉매열을 전달받은 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수 열이, 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수로 전달되면서 상기 배터리를 예열 및 승온시킬 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수냉식 다중 열교환기는,
    차실내의 난방모드 또는 최대난방모드 시에, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수와 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수 중, 적어도 어느 하나와 상기 냉매순환라인의 냉매를 상호 열교환시켜,
    상기 배터리의 폐열을 흡수한 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수와, 상기 전장부품모듈의 폐열을 흡수한 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수 중, 적어도 어느 하나의 냉각수 열이, 압축기로 복귀하는 상기 냉매순환라인의 냉매로 회수될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 수냉식 다중 열교환기는,
    차실내의 냉방모드 시에, 상기 냉매순환라인의 냉매와 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시켜,
    상기 냉매순환라인의 냉매측 냉기가, 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수로 전달되면서 상기 배터리를 냉각시킬 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수를 도입하여 상기 냉각수의 열을 방출하는 라디에이터(Radiator)를 더 포함하며;
    차실내의 냉방모드 시에, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수를 상기 라디에이터측으로 순환시켜, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수에 흡수된 상기 전장부품모듈의 열을 상기 라이에이터를 통해 방출하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인은,
    차실내의 난방모드 시에, 상기 히터코어측 냉각수순환라인과 전장부품모듈측 냉각수순환라인을 하나의 냉각수 순환루프(Loop)로 연결하여,
    상기 냉매순환라인의 냉매열을 전달받은 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수가, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인으로 순환될 수 있게 하는 사방밸브와 워터펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수냉식 다중 열교환기는,
    상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수가 통과하는 제 1내부유로와;
    상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수가 통과하는 제 2내부유로와;
    상기 냉매순환라인의 냉매가 통과하는 제 3내부유로를 포함하며;
    상기 제 1 내지 제 3내부유로는 서로 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 배터리측 냉각수순환라인은,
    상기 수냉식 다중 열교환기의 제 2내부유로와 상기 배터리 사이에서 냉각수를 순환시켜, 상기 수냉식 다중 열교환기에서 열교환된 상기 제 2내부유로의 냉각수를 상기 배터리에 도입시키는 워터펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 배터리의 온도에 따라 상기 배터리측 냉각수순환라인의 워터펌프 회전속도를 가변제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 온도가, 미리 설정된 기준온도를 초과할 시에 상기 배터리측 냉각수순환라인의 워터펌프를 오프(OFF)시키는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 온도가 상기 기준온도 이하로 저하될 시에, 오프된 상기 배터리측 냉각수순환라인의 워터펌프를 다시 온(ON)시키는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 온도에 비례하여 상기 배터리측 냉각수순환라인의 워터펌프 회전속도를 가변제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 수냉식 다중 열교환기의 제 1 내지 제 3내부유로 중, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수가 통과하는 제 1내부유로와, 상기 냉매순환라인의 냉매가 통과하는 제 3내부유로는, 상기 배터리측 냉각수순환라인의 냉각수가 통과하는 제 2내부유로를 사이에 두고 양쪽에 배열되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  14. 제 7항에 있어서,
    상기 수냉식 다중 열교환기의 제 1 내지 제 3내부유로는, 서로 간에 동일한 간격을 유지하며 삼각형 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.



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