KR20210149407A - 차량의 열관리 시스템 - Google Patents

차량의 열관리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20210149407A
KR20210149407A KR1020200066418A KR20200066418A KR20210149407A KR 20210149407 A KR20210149407 A KR 20210149407A KR 1020200066418 A KR1020200066418 A KR 1020200066418A KR 20200066418 A KR20200066418 A KR 20200066418A KR 20210149407 A KR20210149407 A KR 20210149407A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
pressure side
mode
branch line
Prior art date
Application number
KR1020200066418A
Other languages
English (en)
Inventor
이재민
김영만
김영철
김인혁
이경철
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 KR1020200066418A priority Critical patent/KR20210149407A/ko
Priority to PCT/KR2021/006648 priority patent/WO2021246722A1/ko
Priority to CN202180034937.9A priority patent/CN115605363A/zh
Priority to DE112021003069.8T priority patent/DE112021003069T5/de
Priority to US17/921,212 priority patent/US20230173885A1/en
Publication of KR20210149407A publication Critical patent/KR20210149407A/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
    • B60H1/00914—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is a bypass of the condenser
    • 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
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B60H1/3214—Control means therefor for improving the lubrication of a refrigerant compressor in a vehicle
    • 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
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • 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
    • B60H1/00485—Valves for air-conditioning devices, e.g. thermostatic valves
    • 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
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • 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
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/323—Cooling devices using compression characterised by comprising auxiliary or multiple systems, e.g. plurality of evaporators, or by involving auxiliary cooling devices
    • 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
    • B60H2001/00949—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
    • 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
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3269—Cooling devices output of a control signal
    • B60H2001/3285—Cooling devices output of a control signal related to an expansion unit
    • 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
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3286—Constructional features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/19—Pumping down refrigerant from one part of the cycle to another part of the cycle, e.g. when the cycle is changed from cooling to heating, or before a defrost cycle is started

Abstract

본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인측의 냉매와 오일이 압축기측으로 회수될 수 있도록 구성함으로써, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인의 차단으로 인한 냉매와 오일의 차단과, 그로 인한 냉매와 오일의 순환량 부족을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축기와, 고압측 열교환기와, 실외열교환기와, 복수개의 팽창밸브와 저압측 열교환기를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 에어컨 모드 시에, 압축기와 고압측 열교환기를 통과한 냉매가 실외열교환기, 저압측 열교환기 순으로 순환하는 에어컨모드용 분지라인과; 히트펌프 모드 시에, 압축기와 고압측 열교환기를 통과한 냉매가 실외열교환기와 저압측 열교환기를 바이패스하여 순환하는 히트펌프용 분지라인 및; 공조모드에 따라 에어컨모드용 분지라인과 히트펌프모드용 분지라인 중 어느 하나가 사용될 시에, 사용되지 않는 분지라인측의 냉매와 냉매속의 오일을 압축기측으로 회수시킬 수 있는 냉매 및 오일회수부를 더 구비한다.

Description

차량의 열관리 시스템{HEAT MANAGEMENT SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인측의 냉매와 오일이 압축기측으로 회수될 수 있도록 구성함으로써, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인의 차단으로 인한 냉매와 오일의 차단과, 그로 인한 냉매와 오일의 순환량 부족을 방지할 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, 배터리(B)를 냉각시키기 위한 수냉식 배터리 냉각장치(20)와, 전장부품모듈(C)을 냉각시키기 위한 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30) 등이 있다.
공조장치(10)는, 히트펌프식(Heat Pump Type)으로서, 냉매순환라인(12)을 갖추고 있다.
냉매순환라인(12)은, 압축기(14)와 고압측 열교환기(15)와 제 1팽창밸브(16)와 상기 제 1팽창밸브(16)의 출구측으로부터 분지되는 에어컨모드용 분지라인(17)과 히트펌프모드용 분지라인(18) 및, 제 1팽창밸브(16)측의 냉매를 에어컨모드용 분지라인(17)과 히트펌프모드용 분지라인(18) 중 어느 하나로 도입시키는 3방향 흐름제어밸브(19)를 포함한다.
에어컨모드용 분지라인(17)은, 실외열교환기(17a)와, 서로 간에 병렬로 설치되는 차실내 냉방용 저압측 열교환기(17b-1)와 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2) 및, 이들 저압측 열교환기(17b-1, 17b-2)의 상류측에 각각 설치되는 제 2팽창밸브(17c)를 갖추고 있다.
이러한 에어컨모드용 분지라인(17)은, 에어컨 모드 시에, 압축기(14)와 고압측 열교환기(15)를 통과한 냉매를 실외열교환기(17a)→제 2팽창밸브(17c)→저압측 열교환기(17b-1, 7b-2) 순으로 순환시킨다.
따라서, 압축기(14)→고압측 열교환기(15)→실외열교환기(17a)→제 2팽창밸브(17c)→저압측 열교환기(17b-1, 17b-2)가 에어컨 순환루프(Loop)를 형성하면서 차실내와 배터리(B)를 냉방할 수 있게 한다.
히트펌프모드용 분지라인(18)은, 전장폐열 칠러(Chiller)(18a)를 갖추고 있다.
이러한 히트펌프모드용 분지라인(18)은, 히트펌프 모드 시에, 압축기(14)와 고압측 열교환기(15)와 제 1팽창밸브(16)를 통과한 냉매를 전장폐열 칠러(18a)로 순환시킨다.
따라서, 압축기(14)→고압측 열교환기(15)→제 1팽창밸브(16)→전장폐열 칠러(18a)가 히트펌프 순환루프(Loop)를 형성하면서 차실내를 난방할 수 있게 한다.
상기 수냉식 배터리 냉각장치(20)는, 공조장치(10)의 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2)에서 발생된 냉기를 이용하여 배터리(B)를 냉각시키는 것으로, 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2)와 배터리(B)의 사이에서 냉각수를 순환시키는 배터리측 냉각수순환라인(22)을 포함한다.
배터리측 냉각수순환라인(22)은, 에어컨 모드 시에, 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2)와 배터리(B)의 사이에서 냉각수를 순환시킴으로써, 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2)에서 발생된 냉기를 배터리(B)측에 전달한다. 따라서, 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.
상기 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30)는, 공조장치(10)의 전장폐열 칠러(18a)에서 발생된 냉기를 이용하여 전장부품모듈(C)을 냉각시키는 것으로, 전장폐열 칠러(18a)와 전장부품모듈(C)의 사이에서 냉각수를 순환시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)을 포함한다.
전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)은, 히트펌프 모드 시에, 전장폐열 칠러(18a)와 전장부품모듈(C)의 사이에서 냉각수를 순환시킴으로써, 전장폐열 칠러(18a)와 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)의 냉각수 상호간에 열교환작용이 이루어질 수 있게 하고, 이러한 열교환작용을 통해, 전장폐열 칠러(18a)에서 발생된 냉기가 전장부품모듈(C)측에 전달될 수 있게 한다. 따라서, 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.
여기서, 전장폐열 칠러(18a)와 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)측 냉각수 간의 열교환 과정에서, 냉각수에 흡수된 전장부품모듈(C)의 폐열이 전장폐열 칠러(18a)측의 냉매에 전달되는데, 이러한 과정에서 전장부품모듈(C)의 폐열이 냉매순환라인(12)에 회수되어, 공조장치(10)의 히트펌프 모드 효율을 높인다.
그런데, 이러한 종래의 공조장치(10)는, 에어컨 모드 시에 사용되는 에어컨모드용 분지라인(17)과, 히트펌프 모드 시에 사용되는 히트펌프모드용 분지라인(18)이 서로 분리되는 구조이므로, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 에어컨모드용 분지라인(17)과 히트펌프모드용 분지라인(18) 중 어느 하나는 차단된다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 차단된 분지라인(17, 18)측의 냉매가 순환되지 못하고 정체된다는 문제점이 있다.
특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 에어컨모드용 분지라인(17)은 히트펌프모드용 분지라인(18)에 비해 상대적으로 긴 길이를 갖는데, 이러한 긴 길이 때문에, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인(17)이 차단될 경우, 상기 에어컨모드용 분지라인(17)측의 냉매는, 압축기(14)로의 순환이 제한된 채 그대로 에어컨모드용 분지라인(17) 내에 갇히게 된다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에, 히트펌프 모드 시에 냉매순환라인(12) 내에서 순환되는 냉매량이 현저하게 줄어든다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 히트펌프 모드의 효율이 저하되어 차실내의 난방성능이 현저하게 저하된다는 결점이 있다.
뿐만 아니라, 냉매에는 공조장치(10)의 각종 습동부분을 윤활하는 오일이 포함되어 있는데, 이러한 오일도 히트펌프 모드 시에 상기 에어컨모드용 분지라인(17) 내에 그대로 갇히게 된다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에 냉매순환라인(12) 내에서 순환되는 오일량이 부족해진다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 압축기(14) 등의 습동부분의 윤활성이 저하되어 수명이 단축된다는 결점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 냉매의 흐름 구조를 개선함으로써, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인측의 냉매와 오일이 압축기측으로 회수될 수 있게 하는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인측의 냉매와 오일이 압축기측으로 회수될 수 있도록 구성함으로써, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인의 차단으로 인한 냉매와 오일의 차단과, 그로 인한 냉매와 오일의 순환량 부족을 방지할 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 히트펌프 모드 시에, 냉매와 오일의 순환량 부족을 방지할 수 있도록 구성함으로써, 냉매순환라인에 충분한 양의 냉매와 오일이 순환될 수 있게 하고, 이를 통해, 히트펌프 모드의 효율을 개선시킬 수 있고, 냉매순환라인의 각 습동부분의 수명을 연장시킬 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 압축기와, 고압측 열교환기와, 실외열교환기와, 복수개의 팽창밸브와 저압측 열교환기를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 에어컨 모드 시에, 상기 압축기와 고압측 열교환기를 통과한 냉매가 상기 실외열교환기, 저압측 열교환기 순으로 순환하는 에어컨모드용 분지라인과; 히트펌프 모드 시에, 상기 압축기와 고압측 열교환기를 통과한 냉매가 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기를 바이패스하여 순환하는 히트펌프용 분지라인 및; 공조모드에 따라 상기 에어컨모드용 분지라인과 히트펌프모드용 분지라인 중 어느 하나가 사용될 시에, 사용되지 않는 분지라인측의 냉매와 상기 냉매속의 오일을 상기 압축기측으로 회수시킬 수 있는 냉매 및 오일회수부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 저압측 열교환기들은, 차실내 냉방용 저압측 열교환기와, 배터리 냉방용 저압측 열교환기를 포함하고; 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 상류측 상기 팽창밸브는, 개도량이 가변 조절되는 전자식 가변 팽창밸브이며, 상기 냉매 및 오일회수부는, 히트펌프 모드 시에, 상기 압축기의 흡입구에 대응되는 상기 에어컨모드용 분지라인의 일측부분이 개방되면서 내부의 냉매와 오일이 상기 압축기측으로 회수될 수 있도록, 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 상류측 팽창밸브를 개방시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 히트펌프 모드 시에, 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 상류측 팽창밸브를 완전히 개방하여, 상기 압축기측에 대한 상기 에어컨모드용 분지라인의 냉매와 오일의 회수율을 높이는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템에 의하면, 히트펌프 모드 진입 시에, 배터리 냉방용 저압측 열교환기 상류측의 제 2팽창밸브를 완전히 개방하는 구조이므로, 히트펌프 모드 진입 시에, 압축기의 입구측에 대응되는 에어컨모드용 분지라인을 개방할 수 있는 효과가 있다.
또한, 히트펌프 모드 진입 시에, 압축기의 입구측에 대응되는 에어컨모드용 분지라인을 개방할 수 있는 구조이므로, 히트펌프 모드 진입 시에, 에어컨모드용 분지라인 내에 존재하는 냉매와 오일이 상기 압축기측으로 회수될 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인측의 냉매와 오일이 압축기측으로 회수될 수 있으므로, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인의 차단으로 인한 냉매와 오일의 정체 및, 그로 인한 냉매와 오일의 순환량 부족을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 히트펌프 모드 시에, 냉매와 오일의 순환량 부족을 방지할 수 있으므로, 냉매순환라인에 충분한 양의 냉매와 오일이 순환될 수 있게 하고, 이를 통해, 히트펌프 모드의 효율을 개선시킴과 아울러 냉매순환라인의 각 습동부분에 충분한 양의 오일이 공급되게 하여 각 습동부분의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량의 열관리 시스템의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템을 구성하는 배터리 냉방용 저압측 열교환기 상류측의 제 2팽창밸브를 상세하게 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 에어컨 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드 시의 냉매 흐름을 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 2 내지 도 5를 참조하여 차량의 열관리 시스템에 대해 간략하게 설명한다.
차량의 열관리 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)와, 배터리(B)를 냉각시키기 위한 수냉식 배터리 냉각장치(20)와, 전장부품모듈을 냉각시키기 위한 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30)를 포함한다.
공조장치(10)는, 히트펌프식으로서, 냉매순환라인(12)을 구비하며, 상기 냉매순환라인(12)은, 압축기(14)와 고압측 열교환기(15)와 제 1팽창밸브(16)와 상기 제 1팽창밸브(16)의 출구측으로부터 분지되는 에어컨모드용 분지라인(17)과 히트펌프모드용 분지라인(18) 및, 제 1팽창밸브(16)측의 냉매를 에어컨모드용 분지라인(17)과 히트펌프모드용 분지라인(18) 중 어느 하나로 도입시키는 3방향 흐름제어밸브(19)를 포함한다.
에어컨모드용 분지라인(17)은, 실외열교환기(17a)와, 서로 간에 병렬로 설치되는 차실내 냉방용 저압측 열교환기(17b-1)와 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2) 및, 이들 저압측 열교환기(17b-1, 17b-2)의 상류측에 각각 설치되는 제 2팽창밸브(17c)를 갖추고 있다.
이러한 에어컨모드용 분지라인(17)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 에어컨 모드 시에, 압축기(14)와 고압측 열교환기(15)를 통과한 냉매를 실외열교환기(17a)→제 2팽창밸브(17c)→저압측 열교환기(17b-1, 17b-2) 순으로 순환시킨다.
따라서, 압축기(14)→고압측 열교환기(15)→실외열교환기(17a)→제 2팽창밸브(17c)→저압측 열교환기(17b-1, 17b-2)가 에어컨 순환루프를 형성하면서 차실내와 배터리(B)를 냉방할 수 있게 한다.
히트펌프모드용 분지라인(18)은, 전장폐열 칠러(18a)를 갖추고 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 히트펌프 모드 시에, 압축기(14)와 고압측 열교환기(15)와 제 1팽창밸브(16)를 통과한 냉매를 전장폐열 칠러(18a)로 순환시킨다.
따라서, 압축기(1)와 고압측 열교환기(15)를 통과한 냉매가 실외열교환기(17a)와 저압측 열교환기(17b-1, 17b-2)들을 바이패스하여 전장폐열 칠러(18a)측으로 순환될 수 있게 한다.
이로써, 압축기(14)→고압측 열교환기(15)→제 1팽창밸브(16)→전장폐열 칠러(18a)가 히트펌프 순환루프를 형성하면서 차실내를 난방할 수 있게 한다.
여기서, 차실내 냉방용 저압측 열교환기(17b-1) 상류측의 제 2팽창밸브(17c)는 감온식(TXV)으로 구성되고, 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2) 상류측의 제 2팽창밸브(17c)와 제 1팽창밸브(16)는 전자식(EXV)으로 구성된다.
특히, 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2) 상류측의 제 2팽창밸브(17c)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 볼밸브 구조로서, 냉매도입구(17c-2)와 냉매배출구(17c-3)를 갖는 밸브바디(17c-1)와, 냉매도입구(17c-2)와 냉매배출구(17c-3) 사이에 설치되는 구형의 밸브체(17c-4)를 갖추고 있다.
밸브체(17c-4)는, 냉매도입구(17c-2)와 냉매배출구(17c-3) 사이의 구형 밸브실(S)에 회전운동가능하게 설치되는 것으로, 냉매도입구(17c-2)와 냉매배출구(17c-3)에 각각 대응되는 양쪽의 팽창유로(17c-5)와, 냉매도입구(17c-2)와 냉매배출구(17c-3)를 직접적으로 연통시키는 풀 오픈(Full Open)유로(17c-6)를 포함한다.
양쪽의 팽창유로(17c-5)는, 에어컨 모드 시에, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 밸브체(17c-4)의 회전위치에 따라 냉매도입구(17c-2)와 냉매배출구(17c-3) 사이의 개도량을 가변 조절한다. 따라서, 에어컨 모드 시에, 냉매의 감압, 팽창량을 조절한다.
풀 오픈유로(17c-6)는, 히트펌프 모드 시에, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 밸브체(17c-4)의 회전위치에 따라 냉매도입구(17c-2)와 냉매배출구(17c-3)를 완전히 개방한다. 따라서, 히트펌프 모드 시에, 냉매파이프(P)를 통해 이송된 냉매를 감압,팽창없이 그대로 통과시킨다.
풀 오픈유로(17c-6)의 경우에는, 냉매도입구(17c-2)와 냉매배출구(17c-3)측 냉매파이프(P)의 직경(D)에 대비하여 80% 이상의 직경을 가지도록 구성된다. 따라서, 냉매파이프(P)를 통해 이송된 냉매를 감압,팽창없이 그대로 통과시키도록 구성된다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 수냉식 배터리 냉각장치(20)는, 공조장치(10)의 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2)와 배터리(B)의 사이에서 냉각수를 순환시키는 배터리측 냉각수순환라인(22)을 포함한다.
배터리측 냉각수순환라인(22)은, 에어컨 모드 시에, 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2)와 배터리(B)의 사이에서 냉각수를 순환시킴으로써, 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2)에서 발생된 냉기를 배터리(B)측에 전달한다. 따라서, 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.
한편, 상기 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(30)는, 공조장치(10)의 전장폐열 칠러(18a)와 전장부품모듈(C)의 사이에서 냉각수를 순환시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)을 포함한다.
전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)은, 히트펌프 모드 시에, 도 5에 도시된 바와 같이, 전장폐열 칠러(18a)와 전장부품모듈(C)의 사이에서 냉각수를 순환시킴으로써, 전장폐열 칠러(18a)와 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)의 냉각수 상호간에 열교환작용이 이루어질 수 있게 하고, 이러한 열교환작용을 통해, 전장폐열 칠러(18a)에서 발생된 냉기가 전장부품모듈(C)측에 전달될 수 있게 한다. 따라서, 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.
전장폐열 칠러(18a)와 전장부품모듈측 냉각수순환라인(32)측 냉각수 간의 열교환 과정에서, 냉각수에 흡수된 전장부품모듈(C)의 폐열이 전장폐열 칠러(18a)측의 냉매에 전달되며, 이러한 과정에서 전장부품모듈(C)의 폐열이 냉매순환라인(12)에 회수된다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 특징부를 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 공조모드에 따라 에어컨모드용 분지라인(17)과 히트펌프모드용 분지라인(18) 중 어느 하나가 사용될 시에, 사용되지 않는 분지라인측의 냉매와 냉매속의 오일을 압축기(14)측으로 회수시키는 냉매 및 오일회수부(40)를 더 포함한다.
냉매 및 오일회수부(40)는, 제어부(42)를 구비한다.
제어부(42)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, 공조모드 감지부(44)로부터 현재의 공조모드가 에어컨 모드에서 히트펌프 모드로 진입한 것으로 감지되면, 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2) 상류측의 가변식 제 2팽창밸브(17c)를 제어한다.
특히, 제 2팽창밸브(17c)가 개방될 수 있도록 제어한다. 바람직하게는, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 제 2팽창밸브(17c)의 풀 오픈유로(17c-6)가, 냉매도입구(17c-2)와 냉매배출구(17c-3)를 완전히 연통시키면서 개방할 수 있게 제어한다.
따라서, 제 2팽창밸브(17c)의 내부유로가 냉매파이프(P)의 직경(D) 대비, 80% 이상 개방될 수 있게 한다. 이로써, 냉매파이프(P)를 통해 이송된 냉매가 감압,팽창없이 그대로 통과될 수 있게 한다.
그 결과, 히트펌프 모드의 진입 시에, 도 4에 도시된 바와 같이, 에어컨모드용 분지라인(17)이 개방될 수 있게 한다. 특히, 에어컨모드용 분지라인(17)의 부분 중, 압축기(14)의 흡입구측에 대응되는 에어컨모드용 분지라인(17)의 일측부분이 개방될 수 있게 한다.
이로써, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인(17)의 내에 존재하는 냉매와 오일이 압축기(14)측으로 회수될 수 있게 한다.
특히, 히트펌프 모드 시에, 압축기(14)의 흡입구측에는 음압이 형성되는데, 이러한 음압으로 인해 에어컨모드용 분지라인(17) 내의 냉매와 오일은 압축기(14)의 흡입구측으로 흡입되며, 이러한 흡입작용에 의해 에어컨모드용 분지라인(17) 내의 냉매와 오일은 압축기(14)측으로 효율좋게 회수된다.
그 결과, 종래와 같이, 에어컨모드용 분지라인(17)의 차단으로 인한 냉매와 오일의 정체 및, 그로 인한 냉매와 오일의 순환량 부족을 방지할 수 있다.
이에 따라, 냉매순환라인(12)에 충분한 양의 냉매와 오일이 순환될 수 있게 한다. 따라서, 히트펌프 모드의 효율을 개선시켜 차실내의 난방성능을 개선시킴과 아울러, 냉매순환라인(12)의 각 습동부분에 충분한 양의 오일이 공급되어, 각 습동부분의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
한편, 제어부(42)는, 히트펌프 모드 시에, 3방향 흐름제어밸브(19)를 제어하여, 압축기(14) 출구측에서 에어컨모드용 분지라인(17)으로 도입되는 냉매를 완전히 차단한다.
이는, 에어컨모드용 분지라인(17)으로의 냉매 도입을 완전히 차단하여, 에어컨모드용 분지라인(17)에서 정체되는 냉매와 오일의 양을 최소화시키기 위함이다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 열관리 시스템에 의하면, 히트펌프 모드 진입 시에, 배터리 냉방용 저압측 열교환기(17b-2) 상류측의 제 2팽창밸브(17c)를 완전히 개방하는 구조이므로, 히트펌프 모드 진입 시에, 압축기(14)의 흡입구측에 대응되는 에어컨모드용 분지라인(17)을 개방할 수 있다.
또한, 히트펌프 모드 진입 시에, 압축기(14)의 흡입구측에 대응되는 에어컨모드용 분지라인(17)을 개방할 수 있는 구조이므로, 히트펌프 모드 진입 시에, 에어컨모드용 분지라인(17) 내에 존재하는 냉매와 오일이 상기 압축기(14)측으로 회수될 수 있게 한다.
또한, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인(17)측의 냉매와 오일이 압축기(14)측으로 회수될 수 있으므로, 히트펌프 모드 시에, 에어컨모드용 분지라인(17)의 차단으로 인한 냉매와 오일의 정체 및, 그로 인한 냉매와 오일의 순환량 부족을 방지할 수 있다.
또한, 히트펌프 모드 시에, 냉매와 오일의 순환량 부족을 방지할 수 있으므로, 냉매순환라인(12)에 충분한 양의 냉매와 오일이 순환될 수 있게 하고, 이를 통해, 히트펌프 모드의 효율을 개선시킴과 아울러 냉매순환라인(12)의 각 습동부분에 충분한 양의 오일이 공급되게 하여 각 습동부분의 수명을 연장시킬 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)
14: 압축기 15: 고압측 열교환기
16: 제 1팽창밸브(Valve) 17: 에어컨모드용 분지라인
17a: 실외열교환기
17b-1: 차실내 냉방용 저압측 열교환기
17b-2: 배터리 냉방용 저압측 열교환기
17c: 제 2팽창밸브 17c-1: 밸브바디(Valve Body)
17c-2: 냉매도입구 17c-3: 냉매배출구
17c-4: 밸브체 17c-5: 팽창유로
17c-6: 풀 오픈(Full Open)유로 18: 히트펌프모드용 분지라인
18a: 전장폐열 칠러(Chiller) 19: 3방향 흐름제어밸브
20: 수냉식 배터리 냉각장치 22: 배터리측 냉각수순환라인
30: 수냉식 전장부품모듈 냉각장치 32: 전장부품모듈측 냉각수순환라인
40: 냉매 및 오일회수부 42: 제어부
44: 공조모드 감지부 B: 배터리(Battery)
C: 전장부품모듈(Module)

Claims (8)

  1. 압축기와, 고압측 열교환기와, 실외열교환기와, 복수개의 팽창밸브와 저압측 열교환기를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서,
    에어컨 모드 시에, 상기 압축기와 고압측 열교환기를 통과한 냉매가 상기 실외열교환기, 저압측 열교환기 순으로 순환하는 에어컨모드용 분지라인과;
    히트펌프 모드 시에, 상기 압축기와 고압측 열교환기를 통과한 냉매가 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기를 바이패스하여 순환하는 히트펌프용 분지라인 및;
    공조모드에 따라 상기 에어컨모드용 분지라인과 히트펌프모드용 분지라인 중 어느 하나가 사용될 시에, 사용되지 않는 분지라인측의 냉매와 상기 냉매속의 오일을 상기 압축기측으로 회수시킬 수 있는 냉매 및 오일회수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저압측 열교환기들은,
    차실내 냉방용 저압측 열교환기와, 배터리 냉방용 저압측 열교환기를 포함하고;
    상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 상류측 상기 팽창밸브는, 개도량이 가변 조절되는 전자식 가변 팽창밸브이며,
    상기 냉매 및 오일회수부는,
    히트펌프 모드 시에, 상기 압축기의 흡입구에 대응되는 상기 에어컨모드용 분지라인의 일측부분이 개방되면서 내부의 냉매와 오일이 상기 압축기측으로 회수될 수 있도록, 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 상류측 팽창밸브를 개방시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    히트펌프 모드 시에, 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 상류측 팽창밸브를 완전히 개방하여, 상기 압축기측에 대한 상기 에어컨모드용 분지라인의 냉매와 오일의 회수율을 높이는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    히트펌프 모드 시에, 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 상류측 팽창밸브를 완전히 개방하되, 개방된 내부유로의 개도량이, 냉매파이프(P)의 직경(D) 대비, 80% 이상이 될 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 상류측 팽창밸브는,
    냉매도입구와 냉매배출구 사이의 개도량을 가변 조절하여, 냉매의 감압, 팽창량을 가변 조절하는 팽창유로와;
    상기 냉매도입구와 냉매배출구 사이의 냉매를 감압,팽창없이 그대로 통과시키는 풀 오픈(Full Open)유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 상류측 팽창밸브는,
    에어컨 모드 시에 상기 팽창유로로 냉매를 제어하고, 히트펌프 모드 시에 상기 풀 오픈유로로 냉매를 제어하며;
    상기 제어부는,
    히트펌프 모드 시에, 상기 풀 오픈유로를 통해 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 상류측 팽창밸브를 완전히 개방시키는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 상류측 팽창밸브의 풀 오픈유로는, 상기 냉매도입구와 냉매배출구측 냉매파이프의 직경에 대비하여 80% 이상의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    공조모드에 따라 상기 압축기측의 냉매를 상기 에어컨모드용 분지라인과 히트펌프모드용 분지라인 중 어느 하나로 도입시키는 3방향 흐름제어밸브를 더 포함하며;
    상기 제어부는,
    히트펌프 모드 시에, 상기 압축기측에서 상기 에어컨모드용 분지라인으로의 냉매 흐름을 완전히 차단하도록, 상기 3방향 흐름제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
KR1020200066418A 2020-06-02 2020-06-02 차량의 열관리 시스템 KR20210149407A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200066418A KR20210149407A (ko) 2020-06-02 2020-06-02 차량의 열관리 시스템
PCT/KR2021/006648 WO2021246722A1 (ko) 2020-06-02 2021-05-28 차량의 열관리 시스템
CN202180034937.9A CN115605363A (zh) 2020-06-02 2021-05-28 车辆热管理系统
DE112021003069.8T DE112021003069T5 (de) 2020-06-02 2021-05-28 Fahrzeugwärmemanagementsystem
US17/921,212 US20230173885A1 (en) 2020-06-02 2021-05-28 Vehicular thermal management system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200066418A KR20210149407A (ko) 2020-06-02 2020-06-02 차량의 열관리 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210149407A true KR20210149407A (ko) 2021-12-09

Family

ID=78831547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200066418A KR20210149407A (ko) 2020-06-02 2020-06-02 차량의 열관리 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230173885A1 (ko)
KR (1) KR20210149407A (ko)
CN (1) CN115605363A (ko)
DE (1) DE112021003069T5 (ko)
WO (1) WO2021246722A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024045122A1 (zh) * 2022-09-01 2024-03-07 深圳市富兰瓦时技术有限公司 热管理系统及储能设备

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011174540A (ja) * 2010-02-24 2011-09-08 Tokyo Electron Ltd 真空排気用のボールバルブ及び真空排気装置
KR101342931B1 (ko) * 2011-03-09 2013-12-18 한라비스테온공조 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
KR102047749B1 (ko) * 2014-09-18 2019-11-25 한온시스템 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
KR102382721B1 (ko) * 2017-09-27 2022-04-05 한온시스템 주식회사 자동차의 통합 열관리 시스템
KR102637895B1 (ko) * 2018-08-10 2024-02-19 한온시스템 주식회사 차량의 열관리 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021246722A1 (ko) 2021-12-09
CN115605363A (zh) 2023-01-13
US20230173885A1 (en) 2023-06-08
DE112021003069T5 (de) 2023-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111231618B (zh) 车辆热管理系统及其控制方法、车辆
CN110182017B (zh) 一种集成电池包加热及降温的汽车热泵空调系统
US11479079B2 (en) Circuit for the thermal management of a hybrid or electric vehicle
KR102399618B1 (ko) 차량의 공조시스템
US10532630B2 (en) HVAC system of vehicle
KR102373420B1 (ko) 전기자동차 공조 시스템
CN111231655B (zh) 车辆热管理系统及其控制方法、车辆
KR20200142617A (ko) 차량용 열관리시스템
US10562367B2 (en) Heating, ventilation, and air conditioning system for vehicle
CN111251802B (zh) 车辆的热管理系统及车辆
KR102280621B1 (ko) 차량용 배터리의 열관리 시스템
CN111251813B (zh) 车辆的热管理系统及车辆
KR102299301B1 (ko) 차량의 통합 열관리 회로
KR102375155B1 (ko) 차량의 통합 열관리 회로
KR20210149407A (ko) 차량의 열관리 시스템
CN111251814A (zh) 车辆的热管理系统及车辆
KR102276253B1 (ko) 차량의 통합 열관리 회로
CN111251808B (zh) 车辆的热管理系统及车辆
CN111923694B (zh) 一种热管理系统及电动车
CN111251804B (zh) 车辆的热管理系统及车辆
KR20230015764A (ko) 차량의 통합 열관리 회로
KR20220122391A (ko) 차량용 열관리시스템의 난방 제어방법
KR20210126905A (ko) 차량의 열관리 시스템
US11207940B2 (en) Integrated thermal management system for vehicle
CN213565505U (zh) 用于燃料电池汽车的组合式冷却系统及包括其的燃料电池汽车

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination