KR20210061478A - 차량용 통합 열관리 시스템 - Google Patents

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오만주
정소라
김재웅
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현대자동차주식회사
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Abstract

고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터가 구비되고, 제1펌프에 의해 냉각수가 유통되는 배터리라인; 실내공조용 가열코어와 연결되며, 내부에 수가열히터가 구비되고, 제2펌프에 의해 냉각수가 유통되며, 가열코어의 하류지점에 제1밸브가 마련된 실내가열라인; 가열코어의 하류지점에서 실내가열라인으로부터 분기되어 고전압배터리의 상류지점에서 배터리라인으로 연결된 제1배터리가열라인; 고전압배터리의 하류지점에서 배터리라인으로부터 분기되어 실내가열라인으로 연결된 제2배터리가열라인; 및 실내가열라인의 냉각수가 제1배터리라열라인 또는 제2배터리가열라인을 통하여 배터리라인의 냉각수에 합류되어 고전압배터리로 도입되도록 제1펌프와 제2펌프를 동시에 구동하는 제어기;를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템이 소개된다.

Description

차량용 통합 열관리 시스템 {INTEGRATED THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 열관리 분야에서 실내 공조 또는 전장부품의 냉각 또는 배터리의 냉난방에 필요한 에너지를 효율적으로 관리하는 차량용 통합 열관리시스템에 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. 겨울철 난방 시 발생되는 문제점을 해소하기 위하여 고용량 PTC가 구비되는 경우 주행거리 단축 및 히트펌프의 사용으로 인한 원가 및 중량이 과다해지는 문제가 발생된다.
따라서, 이들을 효과적으로 배치하고 조립체로 구성함으로써 차량의 설치를 용이하게 하고 중량을 줄이며 비용을 줄일 수 있도록 하는 기술이 개발되고 있다.
그러나 종래의 차량용 통합 열관리 시스템의 경우에는 수가열히터를 이용하여 가열된 냉각수를 실내공조용 히터코어로 도입하여 실내공조에 이용함과 동시에 고전압배터리 승온시에도 수가열히터를 이용하여 가열된 냉각수를 이용하였다.
다만, 이러한 경우에는 실내 공조를 위하여 요구되는 냉각수의 온도 범위와 고전압배터리 승온을 위해 요구되는 냉각수의 온도 범위가 서로 상이하여, 고전압배터리 승온시 실내 공조의 성능에 제약을 받는 한계가 있었다.
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.
KR 10-1448656 B1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 실내공조용 가열코어를 통한 실내 히팅과 고전압배터리의 승온이 동시에 성능을 만족하도록 냉각수의 온도를 적절하게 제어할 수 있는 기술을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 통합 열관리 시스템은 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터가 구비되고, 제1펌프에 의해 냉각수가 유통되는 배터리라인; 실내공조용 가열코어와 연결되며, 내부에 수가열히터가 구비되고, 제2펌프에 의해 냉각수가 유통되며, 가열코어의 하류지점에 제1밸브가 마련된 실내가열라인; 가열코어의 하류지점에서 실내가열라인으로부터 분기되어 고전압배터리의 상류지점에서 배터리라인으로 연결된 제1배터리가열라인; 고전압배터리의 하류지점에서 배터리라인으로부터 분기되어 실내가열라인으로 연결된 제2배터리가열라인; 및 실내가열라인의 냉각수가 제1배터리라열라인 또는 제2배터리가열라인을 통하여 배터리라인의 냉각수에 합류되어 고전압배터리로 도입되도록 제1펌프와 제2펌프를 동시에 구동하는 제어기;를 포함한다.
제어기는 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 요구 온도 또는 요구 유량을 기반으로 제1펌프의 회전속도 및 제2펌프의 회전속도를 제어할 수 있다.
제어기는 제1펌프의 회전속도를 증가시키거나 제2펌프의 회전속도를 감소시킴으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 감소시키거나, 또는 제1펌프의 회전속도를 감소시키거나 제2펌프의 회전속도를 증가시킴으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 증가시킬 수 있다.
실내가열라인에서 제1배터리가열라인으로 분기되는 지점 또는 제2배터리가열라인이 실내가열라인으로 합류되는 지점에 위치되어 냉각수의 유동을 조절하는 제1밸브;를 더 포함하고, 제어기는 제1밸브를 제어함으로써 실내가열라인에서 배터리라인으로 합류되는 냉각수의 유량과 고전압배터리를 바이패스하여 실내가열라인으로 유동되는 냉각수의 유량 사이의 비율을 조절할 수 있다.
제어기는 실내가열라인에서 배터리라인으로 합류되는 냉각수의 유량 비율이 증가되도록 제1밸브를 제어함으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 증가시키거나, 또는 고전압배터리를 바이패스하여 실내가열라인으로 유동되는 냉각수의 유량 비율이 증가되도록 제1밸브를 제어함으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 감소시킬 수 있다.
실내공조용 냉각코어 및 압축기가 구비되고, 외기와 열교환 가능하게 외기에 노출된 공냉컨덴서 또는 실내가열라인과 열교환 가능하게 연결된 수냉컨덴서가 구비된 냉매라인; 배터리라인에서 분기되어 제1라디에이터를 바이패스하여 제1펌프의 상류지점에서 배터리라인으로 합류되는 바이패스라인; 및 바이패스라인과 냉매라인이 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러;를 더 포함할 수 있다.
배터리라인에서 바이패스라인으로 분기되는 지점 또는 바이패스라인이 배터리라인으로 합류되는 지점에 위치되어 냉각수의 유동을 조절하는 제2밸브;를 더 포함하고, 제어기는 제2밸브를 제어함으로써 제1라디에이터로 유동되는 냉각수의 유량과 바이패스라인으로 유동되는 냉각수의 유량 사이의 비율을 조절할 수 있다.
제어기는 제1라디에이터로 유동되는 냉각수의 유량 비율이 증가되도록 제2밸브를 제어함으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 감소시키거나, 또는 바이패스라인으로 유동되는 냉각수의 유량 비율이 증가되도록 제2밸브를 제어함으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 감소시킬 수 있다.
전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터가 구비되고, 제3펌프에 의해 냉각수가 유통되는 전장부품라인;을 더 포함하고, 전장부품라인은 바이패스라인과 분리된 상태로 칠러에서 냉매라인과 열교환 가능하게 연결될 수 있다.
냉매라인의 칠러와 냉각코어는 서로 병렬로 연결되고, 칠러의 상류지점에는 제1팽창밸브가 구비되며, 냉각코어의 상류지점에는 제2팽창밸브가 구비되고, 제어기는 제1팽창밸브의 개폐, 제2팽창밸브의 개폐 또는 압축기의 구동을 제어함으로써 칠러에서 냉매라인의 냉각량을 제어할 수 있다.
본 발명의 차량용 통합 열관리 시스템에 따르면, 고전압배터리의 승온과 동시에 실내 공조 히터 성능을 유지할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 서로 다른 온도 구간으로 유지해야 하는 고전압배터리, 전장부품 및 실내 공조의 열관리를 통합하여 열관리 효율이 향상되는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 구성도이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉각수 유동을 도시한 것이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템은 고전압배터리(B)와 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터(R1)가 구비되고, 제1펌프(P1)에 의해 냉각수가 유통되는 배터리라인(100); 실내공조용 가열코어(230)와 연결되며, 내부에 수가열히터(220)가 구비되고, 제2펌프(P2)에 의해 냉각수가 유통되며, 가열코어(230)의 하류지점에 제1밸브(210)가 마련된 실내가열라인(200); 가열코어(230)의 하류지점에서 실내가열라인(200)으로부터 분기되어 고전압배터리(B)의 상류지점에서 배터리라인(100)으로 연결된 제1배터리가열라인(300); 고전압배터리(B)의 하류지점에서 배터리라인(100)으로부터 분기되어 실내가열라인(200)으로 연결된 제2배터리가열라인(400); 및 실내가열라인(200)의 냉각수가 제1배터리라열라인 또는 제2배터리가열라인(400)을 통하여 배터리라인(100)의 냉각수에 합류되어 고전압배터리(B)로 도입되도록 제1펌프(P1)와 제2펌프(P2)를 동시에 구동하는 제어기(500);를 포함한다.
배터리라인(100)의 내부에는 냉각수가 제1펌프(P1)에 의해 유통될 수 있고, 내부의 냉각수는 고전압배터리(B)와 열교환 가능하게 연결될 수 있다. 배터리라인(100)의 냉각수는 제1라디에이터(R1)를 통하여 외기와 열교환 가능하게 연결될 수 있다.
실내가열라인(200)에는 실내공조용 가열코어(230)가 구비되고, 제2펌프(P2)에 의해 유통되는 냉각수가 내부에서 순환될 수 있다. 실내공조용 가열코어(230)의 상류지점에는 수가열히터(220)가 구비되어 내부의 냉각수를 가열할 수 있다.
제1배터리가열라인(300) 및 제2배터리가열라인(400)은 실내가열라인(200)과 배터리라인(100)을 연결할 수 있다. 구체적으로, 제1배터리가열라인(300) 및 제2배터리가열라인(400)은 각각 고전압배터리(B)의 상류지점 및 하류지점에서 배터리라인(100)과 가열코어(230)의 하류지점에서 실내가열라인(200)으로 연결될 수 있다.
제1배터리가열라인(300)은 제2배터리가열라인(400)보다 상류지점에 연결되고, 제2펌프(P2)의 구동시 실내가열라인(200)에서 제1배터리가열라인(300)을 통해 배터리라인(100)으로 냉각수가 분기되고, 고전압배터리(B)를 통과한 배터리라인(100)의 냉각수가 제2배터리가열라인(400)을 통해 실내가열라인(200)으로 합류될 수 있다.
제어기(500)는 제1펌프(P1)와 제2펌프(P2)를 동시에 구동함으로써 제1배터리가열라인(300) 및 제2배터리가열라인(400)을 통하여 실내가열라인(200)의 냉각수와 배터리라인(100)의 냉각수가 혼합될 수 있다.
제1펌프(P1)만을 구동하는 경우에는 배터리라인(100)의 냉각수는 배터리라인(100)의 내부로 순환될 수 있다. 이에 따라, 고전압배터리(B)를 냉각할 수 있다.
제2펌프(P2)만을 구동하는 경우에는 실내가열라인(200)의 냉각수가 제1배터리가열라인(300)를 통해 고전압배터리(B)로 도입되고 다시 제2배터리가열라인(400)을 통하여 실내가열라인(200)으로 유동되도록 순환될 수 있다. 이에 따라, 고전압배터리(B)를 승온시킬 수 있다. 고전압배터리(B)를 승온시키는 경우에는 약 40~50℃인 것이 바람직하다.
실내공조용 가열코어(230)를 통하여 실내를 히팅하기 위해서는 가열코어(230)로 도입되는 실내가열라인(200)의 냉각수 온도는 약 70℃ 이어야 하고, 가열코어(230)를 통과한 냉각수 온도는 약 60℃로 고전압배터리(B)를 승온시키기에는 높은 온도이다.
따라서, 종래 기술에 따르면 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수의 온도를 적정 수준으로 유지하기 위하여 실내가열라인(200)의 냉각수 온도를 하강시켰고, 이에 따라 실내 히팅 성능이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 배터리라인(100)의 냉각수와 실내가열라인(200)의 냉각수가 서로 혼합된 상태로 고전압배터리(B)로 도입되도록 제1펌프(P1) 및 제2펌프(P2)를 모두 구동할 수 있다.
도 2 내지 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 냉각수 유동을 도시한 것이다.
도 2를 더 참조하면, 제어기(500)는 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수의 요구 온도 또는 요구 유량을 기반으로 제1펌프(P1)의 회전속도 및 제2펌프(P2)의 회전속도를 제어할 수 있다.
제어기(500)는 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수(③)의 온도가 요구 온도를 추종하도록 제1펌프(P1)의 회전속도 및 제2펌프(P2)의 회전속도를 제어할 수 있다.
고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수(③)의 온도(Temp3)는 아래와 같이 가열코어(230)의 출구 온도(Temp1), 실내가열라인(200)의 냉각수 유량비(coolant ratio of ①), 고전압배터리(B) 상류지점으로 도입되는 배터리라인(100)의 냉각수 온도(Temp2) 및 배터리라인(100)의 냉각수 유량비(coolant ratio of ②)에 따라 아래와 같이 산출될 수 있다.
Figure pat00001
일 실시예로, 제어기(500)는 제1펌프(P1)의 회전속도를 증가시키거나 제2펌프(P2)의 회전속도를 감소시킴으로써 실내가열라인(200)의 냉각수 유량비(coolant ratio of ①)를 감소시켜 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수(③)의 온도를 감소시킬 수 있다.
반대로, 제어기(500)는 제1펌프(P1)의 회전속도를 감소시키거나 제2펌프(P2)의 회전속도를 증가시킴으로써 실내가열라인(200)의 냉각수 유량비(coolant ratio of ①)를 증가시켜 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수(③)의 온도를 증가시킬 수 있다.
또한, 제어기(500)는 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수의 유량이 요구 유량을 추종하도록 제1펌프(P1)의 회전속도 및 제2펌프(P2)의 회전속도를 제어할 수 있다. 더 구체적으로, 제1펌프(P1)의 회전속도 및 제2펌프(P2)의 회전속도를 동시에 증가시키거나 감소시킴으로써 냉각수의 유량을 제어할 수 있다. 즉, 실내가열라인(200)의 냉각수 유량비(coolant ratio of ①) 및 배터리라인(100)의 냉각수 유량비(coolant ratio of ②)는 고정한 상태로 제1펌프(P1)의 회전속도 및 제2펌프(P2)의 회전속도를 동시에 증가시키거나 감소시키도록 제어할 수 있다.
고전압배터리(B)에서 배출된 배터리라인(100)의 냉각수(④)는 후술하는 것과 같이 칠러(700) 또는 제1라디에이터(R1)를 통과하여 다시 고전압배터리(B) 상류지점에서 배터리라인(100)으로 도입될 수 있다. 고전압배터리(B)에서 배출된 배터리라인(100)의 냉각수(④) 온도(Temp4)는 고전압배터리(B) 상류지점으로 도입되는 배터리라인(100)의 냉각수 온도(Temp2)와 같을 수도 있지만, 후술하는 것과 같이 칠러(700)에서의 열교환 여부 또는 제1라디에이터(R1)로 유동되는 유량비 등에 따라 가변될 수 있다.
도 3을 더 참조하면, 실내가열라인(200)에서 제1배터리가열라인(300)으로 분기되는 지점 또는 제2배터리가열라인(400)이 실내가열라인(200)으로 합류되는 지점에 위치되어 냉각수의 유동을 조절하는 제1밸브(210);를 더 포함할 수 있다.
제1밸브(210)는 3-Way 밸브이고, 실내가열라인(200)에서 분기되거나 합류되는 지점에 위치되어, 실내가열라인(200)에서 제1배터리가열라인(300)으로 분기되는 냉각수(①)와 고전압배터리(B)를 바이패스하여 실내가열라인(200)에서 유동되는 냉각수(⑤) 사이의 유량비를 조절할 수 있다.
또는, 제1밸브(210)는 배터리라인(100)에서 제2배터리가열라인(400)을 통해 실내가열라인(200)으로 합류되는 지점에 위치될 수 있다.
제어기(500)는 제1밸브(210)를 제어함으로써 실내가열라인(200)에서 배터리라인(100)으로 합류되는 냉각수의 유량(①)과 고전압배터리(B)를 바이패스하여 실내가열라인(200)으로 유동되는 냉각수(⑤)의 유량 사이의 비율을 조절할 수 있다.
더 구체적으로, 제어기(500)는 실내가열라인(200)에서 배터리라인(100)으로 합류되는 냉각수(①)의 유량 비율이 증가되도록 제1밸브(210)를 제어함으로써 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수의 온도를 증가시킬 수 있다.
반대로, 제어기(500)는 고전압배터리(B)를 바이패스하여 실내가열라인(200)으로 유동되는 냉각수(①)의 유량 비율이 증가되도록 제1밸브(210)를 제어함으로써 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수의 온도를 감소시킬 수 있다.
즉, 제어기(500)는 제1밸브(210)를 제어함으로써 고전압배터리(B)로 유동되는 냉각수와 고전압배터리(B)를 바이패스하는 냉각수(⑤) 사이의 비율을 조절하여 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수의 온도를 제어함과 동시에 실내가열라인(200)에서 고전압배터리(B)로 제공하는 열량을 조절할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 실내공조용 냉각코어(610) 및 압축기(620)가 구비되고, 외기와 열교환 가능하게 외기에 노출된 공냉컨덴서(630) 또는 실내가열라인(200)과 열교환 가능하게 연결된 수냉컨덴서(640)가 구비된 냉매라인(600); 배터리라인(100)에서 분기되어 제1라디에이터(R1)를 바이패스하여 제1펌프(P1)의 상류지점에서 배터리라인(100)으로 합류되는 바이패스라인(110); 및 바이패스라인(110)과 냉매라인(600)이 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러(700);를 더 포함할 수 있다.
냉매라인(600)은 실내공조용 냉각코어(610)를 통해 실내 냉각이 구현하고, 칠러(700)를 이용하여 배터리라인(100) 내부의 냉각수를 냉각시킬 수 있다. 냉매라인(600)의 압축기(620)에 의해 압축된 냉매는 공냉컨덴서(630) 또는 수냉컨덴서(640)에 의해 냉각될 수 있다. 수냉컨덴서(640)는 실내가열라인(200)의 수가열히터(220) 상류지점에 위치되어 실내가열라인(200)의 냉각수와 열교환될 수 있다.
배터리라인(100)에는 제1라디에이터(R1)를 바이패스하는 바이패스라인(110)이 마련되고, 배터리라인(100)의 냉각수는 바이패스라인(110)에서 칠러(700)를 통하여 냉매라인(600)과 열교환될 수 있다.
배터리라인(100)에서 바이패스라인(110)으로 분기되는 지점 또는 바이패스라인(110)이 배터리라인(100)으로 합류되는 지점에 위치되어 냉각수의 유동을 조절하는 제2밸브(120);를 더 포함할 수 있다.
제2밸브(120)는 3-Way 밸브일 수 있고, 배터리라인(100)에서 바이패스라인(110)으로 분기되거나 바이패스라인(110)이 배터리라인(100)으로 합류되는 지점에 위치되어 제1라디에이터(R1)로 유동되는 냉각수(⑥) 유량과 바이패스라인(110)으로 유동되는 냉각수(②-⑥) 유량 사이의 비율을 조절할 수 있다.
제어기(500)는 제2밸브(120)를 제어함으로써 제1라디에이터(R1)로 유동되는 냉각수(⑥)의 유량과 바이패스라인(110)으로 유동되는 냉각수(②-⑥)의 유량 사이의 비율을 조절할 수 있다.
제어기(500)는 도 2에 도시한 것과 같이, 제1라디에이터(R1)로 유동되는 냉각수를 차단하고, 바이패스라인(110)으로 유동되는 냉각수만이 고전압배터리(B)로 도입되도록 제2밸브(120)를 제어할 수 있다.
다른 실시예로, 제어기(500)는 도 4에 도시한 것과 같이 제1라디에이터(R1)로 냉각수가 유동되도록 제2밸브(120)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어기(500)는 제1라디에이터(R1)로 유동되는 냉각수의 유량(⑥) 비율이 증가되도록 제2밸브(120)를 제어함으로써 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수의 온도를 감소시키거나, 또는 바이패스라인(110)으로 유동되는 냉각수(②-⑥)의 유량 비율이 증가되도록 제2밸브(120)를 제어함으로써 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수의 온도를 감소시킬 수 있다.
전장부품(810)과 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터(R2)가 구비되고, 제3펌프에 의해 냉각수가 유통되는 전장부품라인(800);을 더 포함하고, 전장부품라인(800)은 바이패스라인(110)과 분리된 상태로 칠러(700)에서 냉매라인(600)과 열교환 가능하게 연결될 수 있다.
전장부품라인(800)은 고전압배터리(B)와는 상이한 온도 구간으로 관리되는 점에서 배터리라인(100)과 별도로 구성될 수 있고, 배터리라인(100)에서 분기된 바이패스라인(110)과 같이 칠러(700)에서 냉매라인(600)과 열교환 가능할 수 있다. 이에 따라, 칠러(700)는 냉매라인(600)을 통해 전장부품(810) 또는 고전압배터리(B)에 의해 가열된 냉각수의 폐열을 회수할 수 있다.
냉매라인(600)의 칠러(700)와 냉각코어(610)는 서로 병렬로 연결되고, 칠러(700)의 상류지점에는 제1팽창밸브(650)가 구비되며, 냉각코어(610)의 상류지점에는 제2팽창밸브(660)가 구비될 수 있다.
제1팽창밸브(650)는 칠러(700)의 상류지점에 위치되어 칠러(700)로 유동되는 냉매의 유량을 제어할 수 있고, 제2팽창밸브(660)는 냉각코어(610)의 상류지점에 위치되어 냉각코어(610)로 유동되는 냉매의 유량을 제어할 수 있다.
제어기(500)는 제1팽창밸브(650)의 개폐, 제2팽창밸브(660)의 개폐 또는 압축기(620)의 구동을 제어함으로써 칠러(700)에서 냉매라인(600)의 냉각량을 제어할 수 있다. 즉, 제어기(500)는 제1팽창밸브(650)의 개폐, 제2팽창밸브(660)의 개폐 또는 압축기(620)의 구동을 제어함으로 칠러(700)로 유동되는 냉매의 유량을 제어할 수 있고, 이에 따라 바이패스라인(110)으로 유동되는 냉각수의 냉각량을 조절하여 배터리라인(100)의 냉각수 온도를 조절할 수 있다.
즉, 제어기(500)는 제1팽창밸브(650)의 개폐, 제2팽창밸브(660)의 개폐 또는 압축기(620)의 구동을 제어함으로써 고전압배터리(B)로 도입되는 냉각수의 온도를 제어할 수 있다.
본 발명의 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.
100 : 배터리라인 110 : 바이패스라인
200 : 실내가열라인 300 : 제1배터리가열라인
400 : 제2배터리가열라인 500 : 제어기
600 : 냉매라인 700 : 칠러
800 : 전장부품라인

Claims (10)

  1. 고전압배터리와 열교환 가능하게 연결되며, 제1라디에이터가 구비되고, 제1펌프에 의해 냉각수가 유통되는 배터리라인;
    실내공조용 가열코어와 연결되며, 내부에 수가열히터가 구비되고, 제2펌프에 의해 냉각수가 유통되며, 가열코어의 하류지점에 제1밸브가 마련된 실내가열라인;
    가열코어의 하류지점에서 실내가열라인으로부터 분기되어 고전압배터리의 상류지점에서 배터리라인으로 연결된 제1배터리가열라인;
    고전압배터리의 하류지점에서 배터리라인으로부터 분기되어 실내가열라인으로 연결된 제2배터리가열라인; 및
    실내가열라인의 냉각수가 제1배터리라열라인 또는 제2배터리가열라인을 통하여 배터리라인의 냉각수에 합류되어 고전압배터리로 도입되도록 제1펌프와 제2펌프를 동시에 구동하는 제어기;를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 요구 온도 또는 요구 유량을 기반으로 제1펌프의 회전속도 및 제2펌프의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제어기는 제1펌프의 회전속도를 증가시키거나 제2펌프의 회전속도를 감소시킴으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 감소시키거나, 또는 제1펌프의 회전속도를 감소시키거나 제2펌프의 회전속도를 증가시킴으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    실내가열라인에서 제1배터리가열라인으로 분기되는 지점 또는 제2배터리가열라인이 실내가열라인으로 합류되는 지점에 위치되어 냉각수의 유동을 조절하는 제1밸브;를 더 포함하고,
    제어기는 제1밸브를 제어함으로써 실내가열라인에서 배터리라인으로 합류되는 냉각수의 유량과 고전압배터리를 바이패스하여 실내가열라인으로 유동되는 냉각수의 유량 사이의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    제어기는 실내가열라인에서 배터리라인으로 합류되는 냉각수의 유량 비율이 증가되도록 제1밸브를 제어함으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 증가시키거나, 또는 고전압배터리를 바이패스하여 실내가열라인으로 유동되는 냉각수의 유량 비율이 증가되도록 제1밸브를 제어함으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    실내공조용 냉각코어 및 압축기가 구비되고, 외기와 열교환 가능하게 외기에 노출된 공냉컨덴서 또는 실내가열라인과 열교환 가능하게 연결된 수냉컨덴서가 구비된 냉매라인;
    배터리라인에서 분기되어 제1라디에이터를 바이패스하여 제1펌프의 상류지점에서 배터리라인으로 합류되는 바이패스라인; 및
    바이패스라인과 냉매라인이 서로 열교환 가능하게 연결된 칠러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    배터리라인에서 바이패스라인으로 분기되는 지점 또는 바이패스라인이 배터리라인으로 합류되는 지점에 위치되어 냉각수의 유동을 조절하는 제2밸브;를 더 포함하고,
    제어기는 제2밸브를 제어함으로써 제1라디에이터로 유동되는 냉각수의 유량과 바이패스라인으로 유동되는 냉각수의 유량 사이의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제어기는 제1라디에이터로 유동되는 냉각수의 유량 비율이 증가되도록 제2밸브를 제어함으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 감소시키거나, 또는 바이패스라인으로 유동되는 냉각수의 유량 비율이 증가되도록 제2밸브를 제어함으로써 고전압배터리로 도입되는 냉각수의 온도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    전장부품과 열교환 가능하게 연결되며, 제2라디에이터가 구비되고, 제3펌프에 의해 냉각수가 유통되는 전장부품라인;을 더 포함하고,
    전장부품라인은 바이패스라인과 분리된 상태로 칠러에서 냉매라인과 열교환 가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
  10. 청구항 6 또는 9에 있어서,
    냉매라인의 칠러와 냉각코어는 서로 병렬로 연결되고, 칠러의 상류지점에는 제1팽창밸브가 구비되며, 냉각코어의 상류지점에는 제2팽창밸브가 구비되고,
    제어기는 제1팽창밸브의 개폐, 제2팽창밸브의 개폐 또는 압축기의 구동을 제어함으로써 칠러에서 냉매라인의 냉각량을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
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