KR20230075228A - 차량용 열관리시스템의 제어방법 - Google Patents

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KR20230075228A
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이승호
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Abstract

개시된 차량용 열관리시스템의 제어방법에 따르면, 승객실의 실내냉방만이 실행되고, 측정된 인버터의 온도가 설정온도 보다 클 때, 제어기에 의해, 측정된 증발기의 온도로부터 차감온도만큼 차감함으로써 증발기의 타겟온도를 결정하고, 상기 증발기의 타겟온도가 증가됨에 따라 압축기의 RPM을 증가시킬 수 있다.

Description

차량용 열관리시스템의 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING VEHICLE THERMAL MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 차량용 열관리시스템의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동식 압축기의 인터버가 과열됨을 방지할 수 있는 차량용 열관리시스템의 제어방법에 관한 것이다.
최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드(Hybrid) 차량으로 구분된다.
기존의 전기차량 및 하이브리드차량은 실내의 차가운 공기를 이용한 공랭식 배터리 냉각시스템을 적용하여 왔으며, 최근에는 300km(200마일) 이상으로 AER(All Electric Range)를 연장하기 위하여 배터리를 수냉식으로 냉각하는 수냉식 배터리 냉각시스템에 대한 연구가 진행중에 있다. 구체적으로, 공조시스템 및 라디에이터 등을 이용하여 배터리를 수냉식으로 냉각하는 구조를 채택함으로써 에너지 밀도를 증대시킬 수 있다. 또한, 수냉식 배터리냉각시스템은 배터리셀들 사이의 간격을 줄임으로써 컴팩트한 배터리시스템(battery system)을 구현할 수 있고, 배터리셀들 사이의 온도를 균일하게 유지함으로써 배터리의 성능 및 내구성을 향상할 수 있다.
상술한 수냉식 배터리냉각시스템을 구현하기 위하여 전기모터 및 전장부품을 냉각하는 파워트레인 냉각서브시스템(power train cooling subsystem)과, 배터리를 냉각하는 배터리 냉각서브시스템(battery cooling subsystem)과, 차량의 승객실의 공기를 가열 내지 냉각하는 공조 서브시스템을 통합한 차량용 열관리시스템에 대한 연구가 진행되고 있다.
공조 서브시스템은 증발기, 압축기, 응축기, 및 상기 증발기의 상류측에 배치된 팽창밸브에 유체적으로 연결된 냉매루프를 포함하고, 냉매가 냉매루프를 순환하도록 구성된다.
파워일렉트로닉 냉각서브시스템은 전장부품(전기모터, 인버터 등)에 유체적으로 연결된 파워일렉트로닉 냉각수루프를 포함하고, 냉각수가 파워일렉트로닉 냉각수루프를 순환하며, 파워일렉트로닉 냉각수루프를 순환하는 냉각수는 전장 라디에이터에 의해 냉각된다.
배터리 냉각서브시스템은 배터리 및 배터리칠러에 유체적으로 연결된 배터리 냉각수루프를 포함하고, 냉각수가 배터리 냉각수루프를 순환하도록 구성된다. 배터리 칠러는 냉매루프로부터 분기된 분기라인 및 배터리 냉각수루프 사이에서 열을 전달하도록 구성되고, 배터리 칠러 내에서 냉매에 의해 냉각된 냉각수가 배터리를 냉각할 수 있다.
공조 서브시스템의 압축기는 인버터를 포함한 인버터 압축기로 구성되고, 인버터를 적절히 냉각하도록 냉매가 인버터와 인접한 냉매통로를 통과하도록 구성된다. 이때, 냉매통로를 통과하는 냉매의 유량이 충분히 확보되지 않거나 냉매의 온도가 상대적으로 높은 경우에는 인버터가 과열될 수 있고, 이로 인해 인버터의 제어가 정상적으로 이루어지지 못하거나 인버터의 소자들이 소손될 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 전동식 압축기의 인터버가 과열됨을 효율적으로 방지할 수 있는 차량용 열관리시스템의 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리시스템의 제어방법은, 승객실의 실내냉방만이 실행되고, 측정된 인버터의 온도가 설정온도 보다 클 때, 제어기에 의해, 측정된 증발기의 온도로부터 차감온도만큼 차감함으로써 증발기의 타겟온도를 결정하고, 상기 증발기의 타겟온도가 증가됨에 따라 압축기의 RPM을 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 압축기의 RPM이 증가함에 따라 인버터와 인접한 냉매통로를 통과하는 냉매의 유량이 상대적으로 증가할 수 있고, 이를 통해 인버터가 적절히 냉각될 수 있다.
상기 차감온도는 측정된 인버터의 온도가 증가함에 따라 증가할 수 있다.
상기 증발기의 타겟온도는 측정된 인버터의 온도에 따라 상기 증발기의 타겟온도는 가변적으로 감소될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리시스템의 제어방법은, 승객실의 실내냉방이 실행되지 않고 배터리팩의 냉각만이 실행되고, 측정된 인버터의 온도가 설정온도 보다 클 때, 제어기에 의해, 배터리칠러의 출구에서 측정된 냉매의 온도로부터 차감온도만큼 차감함으로써 배터리칠러를 통과하는 냉매의 과열도를 결정하고, 상기 결정된 냉매의 과열도에 따라 칠러측 팽창밸브의 개도를 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 칠러측 팽창밸브의 개도가 증가함에 따라 인버터와 인접한 냉매통로를 통과하는 냉매의 유량이 증가할 수 있고, 이에 인버터는 적절히 냉각될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리시스템의 제어방법은, 승객실의 실내냉방 및 배터리팩의 냉각이 동시에 실행되고, 측정된 인버터의 온도가 설정온도 보다 클 때, 제어기에 의해, 측정된 증발기의 온도로부터 차감온도만큼 차감함으로써 증발기의 타겟온도를 결정하고, 압축기에 의해 압축된 냉매의 최대 한계압력을 일정 압력만큼 증가시키고, 증가된 냉매의 최대 한계압력에 기초하여 상기 압축기의 RPM을 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 압축기의 RPM이 증가함에 따라 인버터와 인접한 냉매통로를 통과하는 냉매의 유량이 증가할 수 있고, 이에 인버터가 적절히 냉각될 수 있다.
칠러측 팽창밸브의 개도를 제한하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 칠러측 팽창밸브의 개도가 제한됨으로써 배터리칠러의 제1통로를 통과하는 냉매의 유량이 상대적으로 제한될 수 있고, 이에 인버터와 인접한 냉매통로를 통과하는 냉매의 온도가 과도하게 상승함을 최소화할 수 있다.
상기 칠러측 팽창밸브의 개도는 측정된 인버터의 온도가 변화함에 따라 가변적으로 제한될 수 있다.
상기 칠러측 팽창밸브의 개도는 측정된 인버터의 온도가 증가함에 따라 감소될 수 있다.
본 발명에 의하면, 인버터와 인접한 냉매통로를 통과하는 냉매의 유량 및 냉매의 온도를 일시적으로 감소시킴으로써 전동식 압축기의 인터버가 과열됨을 효율적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리시스템의 압축기의 인버터구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리시스템의 제어방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 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 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리시스템은, 냉매가 순환하는 냉매루프(21)를 포함한 공조 서브시스템(11, HVAC subsystem)과, 배터리팩(41)을 냉각하기 위한 냉각수가 순환하는 배터리 냉각수루프(22)를 포함한 배터리 냉각서브시스템(12, battery cooling subsystem)과, 파워트레인의 전기모터(51) 및 전장부품(52)을 냉각하는 냉각수가 순환하는 파워트레인 냉각수루프(23)를 포함한 파워트레인 냉각서브시스템(13, power train cooling subsystem)을 포함할 수 있다.
공조 서브시스템(11)은 냉매루프(21)를 순환하는 냉매에 의해 차량의 승객실의 공기를 가열 내지 냉각하도록 구성될 수 있다. 냉매루프(21)는 증발기(31), 압축기(32), 내측 응축기(33, interior condenser), 난방측 팽창밸브(16), 수냉식 열교환기(70), 외측 열교환기(35), 및 냉방측 팽창밸브(15)에 유체적으로 연결될 수 있다. 도 1에서, 냉매는 냉매루프(21)를 통해 압축기(32), 내측 응축기(33), 난방측 팽창밸브(16), 수냉식 열교환기(70), 외측 열교환기(35), 냉방측 팽창밸브(15), 증발기(31) 순으로 통과할 수 있다.
증발기(31)는 냉방측 팽창밸브(15)로부터 공급받은 냉매를 증발시키도록 구성될 수 있다. 즉, 냉방측 팽창밸브(15)에 의해 팽창된 냉매는 증발기(31)에서 공기로부터 열을 흡수함으로써 증발할 수 있다. 이에, 공조 서브시스템(11)의 냉방작동 시에, 증발기(31)는 외측 열교환기(35)에 의해 냉각되고 냉방측 팽창밸브(15)에 의해 팽창된 냉매를 이용하여 승객실로 흘러들어가는 공기를 냉각하도록 구성될 수 있다.
압축기(32)는 증발기(31) 및/또는 배터리칠러(37)로부터 공급받은 냉매(refrigerant received from the evaporator)를 압축하도록 구성될 수 있다. 일 예에 따르면, 압축기(32)는 인버터(80)를 포함한 인버터 압축기일 수 있다.
압축기(32)는 압축기 모터(compressor motor) 및 압축기 모터에 의해 작동하는 압축부(compression section)을 포함할 수 있다. 냉매루프(21)는 압축기(32)의 압축부에 유체적으로 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 압축기(32)는 압축기 모터를 커버하는 모터하우징(32a)을 포함할 수 있고, 인버터(80)가 압축기(32)의 모터하우징(32a)에 인접하게 배치될 수 있다. 인버터(80)는 IGBT 등과 같은 하나 이상의 소자(81)가 클램프(82)에 의해 모터하우징(32a)에 장착될 수 있다. 인쇄회로기판(83)이 소자(81) 및 클램프(82) 위에 배치될 수 있고, 인버터(80)의 온도를 센싱하는 온도센서(84)가 인쇄회로기판(83)에 장착될 수 있다. 모터하우징(32a)은 냉매통로(32b)를 가질 수 있고, 냉매통로(32b)는 냉매루프(21)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 모터하우징(32a)의 냉매통로(32b)는 어큐뮬레이터(38)에 유체적으로 연결될 수 있고, 냉매가 어큐뮬레이터(38)로부터 배출되는 냉매가 냉매통로(32b)를 통과함에 따라 인버터(80)는 냉매에 의해 적절히 냉각될 수 있다.
내측 응축기(33)는 압축기(32)로부터 공급받은 냉매를 응축하도록 구성될 수 있고, 이에 내측 응축기(33)를 통과하는 공기는 내측 응축기(33)에 의해 가열될 수 있다. 내측 응축기(33)에 의해 가열된 공기가 승객실 내로 흘러들어감에 따라 승객실은 난방될 수 있다.
외측 열교환기(35)는 차량의 전방 그릴에 인접하게 배치될 수 있고, 외측 열교환기(35)는 외부에 노출되어 있으므로 외측 열교환기(35) 및 외기 사이에서 열이 전달될 수 있다. 공조 서브시스템(11)의 냉방작동 시에 외측 열교환기(35)는 내측 응축기(33)로부터 공급받은 냉매를 응축하도록 구성될 수 있다. 즉, 외측 열교환기(35)는 공조 서브시스템(11)의 냉방작동 시에 열을 외기로 전달함으로써 냉매를 응축하는 외측 응축기의 기능을 할 수 있다. 공조 서브시스템(11)의 난방작동 시에 외측 열교환기(35)는 수냉식 열교환기(70)로부터 공급받은 냉매를 증발하도록 구성될 수 있다. 즉, 외측 열교환기(35)는 공조 서브시스템(11)의 난방작동 시에 열을 외기로부터 흡열함으로써 냉매를 증발하는 외측 증발기의 기능을 할 수 있다. 특히, 외측 열교환기(35)는 냉각팬(75)에 의해 강제로 송풍되는 외기와 열교환함으로써 외측 열교환기(35) 및 외기 사이의 열전달율이 더 높아질 수 있다.
수냉식 열교환기(70)는 공조 서브시스템(11)의 냉매루프(21), 배터리 냉각서브시스템(12)의 배터리 냉각수루프(22), 및 파워트레인 냉각서브시스템(13)의 파워트레인 냉각수루프(23) 사이에서 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 수냉식 열교환기(70)는 냉매루프(21) 상에서 실내측 응축기(33) 및 실외측 열교환기(35) 사이에 배치될 수 있다. 수냉식 열교환기(70)는 파워트레인 냉각수루프(23)와 유체적으로 연결된 제1통로(71)와, 배터리 냉각수루프(22)와 유체적으로 연결된 제2통로(72)와, 냉매루프(21)와 유체적으로 연결된 제3통로(73)를 포함할 수 있다.
공조 서브시스템(11)의 난방작동 시에, 수냉식 열교환기(70)는 파워트레인 냉각서브시스템(13)으로부터 전달받은 열에 의해 실내측 응축기(33)로부터 공급받은 냉매를 증발시키도록 구성될 수 있다. 즉, 공조 서브시스템(11)의 난방 작동 시에, 수냉식 열교환기(70)는 파워트레인 냉각서브시스템(13)의 전기모터(51) 및 전장부품(52)으로부터 발생된 폐열을 회수함으로써 냉매를 증발시키는 증발기의 역할을 할 수 있다.
수냉식 열교환기(70)는 공조 서브시스템(11)의 냉방작동 시에, 내측 응축기(24)로부터 수용된 냉매를 응축하도록 구성될 수 있다. 수냉식 열교환기(70)는 배터리 냉각서브시스템(12)의 배터리 냉각수루프(22)를 순환하는 배터리 냉각수 및 파워트레인 냉각서브시스템(13)의 파워트레인 냉각수루프(23)를 순환하는 파워트레인측 냉각수에 의해 냉매를 냉각하고 응축함으로써 냉매를 응축시키는 응축기의 역할을 할 수 있다.
난방측 팽창밸브(16)는 냉매루프(21) 상에서 수냉식 열교환기(70)의 상류 측에 배치될 수 있다. 구체적으로, 난방측 팽창밸브(16)는 내측 응축기(33) 및 수냉식 열교환기(70) 사이에 배치될 수 있다. 난방측 팽창밸브(16)는 공조 서브시스템(11)의 난방 작동 시에, 수냉식 열교환기(70)로 흘러들어가는 냉매의 흐름 내지 유량 등을 조절할 수 있고, 난방측 팽창밸브(16)는 공조 서브시스템(11)의 난방 작동 시에 내측 응축기(33)로부터 공급받은 냉매를 팽창시키도록 구성될 수 있다.
일 예에 따르면, 난방측 팽창밸브(16)는 구동모터(16a)를 가진 전자팽창밸브(EXV, electronic expansion valve)일 수 있다. 구동모터(16a)는 난방측 팽창밸브(16)의 밸브바디에서 한정된 오리피스를 개폐하도록 이동하는 샤프트를 가질 수 있고, 샤프트의 위치는 구동모터(16a)의 회전방향 및 회전정도 등에 따라 가변될 수 있으며, 이에 의해 난방측 팽창밸브(16)의 오리피스에 대한 개도가 가변될 수 있다. 제어기(100)는 구동모터(16a)의 작동을 제어할 수 있다. 그리고, 난방측 팽창밸브(16)는 완전 개방형 전자팽창밸브(full open type EXV)일 수 있다.
난방측 팽창밸브(16)는 제어기(100)에 의해 그 개도가 가변되도록 구성될 수 있고, 난방측 팽창밸브(16)의 개도가 가변됨에 따라 제3통로(73)로 흘러들어가는 냉매의 유량이 가변될 수 있다. 난방측 팽창밸브(16)는 공조 서브시스템(11)의 난방작동 시에 제어기(100)에 의해 제어될 수 있다.
냉방측 팽창밸브(15)는 냉매루프(21) 상에서 외측 열교환기(35) 및 증발기(31) 사이에 배치될 수 있다. 냉방측 팽창밸브(15)가 증발기(31)의 상류측에 배치됨으로써 증발기(31)로 흘러들어가는 냉매의 흐름 내지 유량 등을 조절할 수 있고, 냉방측 팽창밸브(15)는 공조 서브시스템(11)의 냉방 작동 시에 외측 열교환기(35)로부터 공급받은 냉매를 팽창시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 냉방측 팽창밸브(15)는 냉매의 온도 및/또는 압력을 센싱하여 냉방측 팽창밸브(15)의 개도를 조절하는 감온팽창밸브(TXV, Thermal Expansion Valve)일 수 있다. 구체적으로 실시예에 따르면, 냉방측 팽창밸브(15)는 냉매가 냉방측 팽창밸브(15)의 내부유로 흘러들어감을 선택적으로 차단할 수 있는 개폐밸브(15a)를 가진 감온팽창밸브일 수 있고, 개폐밸브(15a)는 솔레노이드 밸브일 수 있다. 개폐밸브(15a)는 제어기(100)에 의해 개폐될 수 있고, 이에 냉매가 냉방측 팽창밸브(15)로 흘러들어감을 차단(block) 내지 해제(unblock)할 수 있다. 개폐밸브(15a)가 개방될 때 냉매가 냉방측 팽창밸브(15)로 흘러들어감이 허용될 수 있고, 개폐밸브(15a)가 폐쇄될 때 냉매가 냉방측 팽창밸브(15)로 흘러들어감이 차단될 수 있다. 일 예에 따르면, 개폐밸브(15a)는 냉방측 팽창밸브(15)의 밸브바디의 내부에 일체로 장착됨으로써 냉방측 팽창밸브(15)의 내부유로를 개폐하도록 구성될 수 있다. 다른 예에 따르면, 개폐밸브(15a)는 냉방측 팽창밸브(15)의 상류측에 배치됨으로써 냉방측 팽창밸브(15)의 입구를 선택적으로 개폐하도록 구성될 수 있다.
개폐밸브(15a)가 폐쇄될 경우 냉방측 팽창밸브(15)가 차단될 수 있고, 이에 냉매는 냉방측 팽창밸브(15) 및 증발기(31) 측으로 흘러들어가지 않고 배터리칠러(37) 측으로만 흘러들어갈 수 있다. 즉, 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a)가 폐쇄될 경우에는 공조 서브시스템(11)의 냉방작동이 실행되지 않고, 배터리칠러(37)만이 냉각되거나 공조 서브시스템(11)의 난방작동이 실행될 수 있다. 개폐밸브(15a)가 개방될 경우 냉매는 냉방측 팽창밸브(15) 및 증발기(31) 측으로 흘러들어갈 수 있다. 즉, 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a)가 개방될 경우에는 공조 서브시스템(11)의 냉방이 실행될 수 있다.
공조 서브시스템(11)은 인렛 및 아웃렛을 가진 공조케이스(30)를 포함할 수 있고, 공조케이스(30)는 차량의 승객실을 향해 공기를 흘러감을 허용하도록 구성될 수 있다. 증발기(31) 및 내측 응축기(33)는 공조케이스(30) 내에 위치할 수 있다. 에어믹싱도어(34a)가 증발기(31) 및 내측 응축기(33) 사이에 배치될 수 있고, PTC히터(34b, Positive Temperature Coefficient heater)가 내측 응축기(33)의 하류 측에 배치될 수 있다.
공조 서브시스템(11)은 냉매루프(21) 상에서 증발기(31) 및 압축기(32) 사이에 배치된 어큐뮬레이터(38)를 더 포함할 수 있고, 어큐뮬레이터(38)는 증발기(31)의 하류 측에 위치할 수 있다. 어큐뮬레이터(38)는 증발기(31)로부터 공급받은 냉매에서 액상의 냉매를 분리함으로써 압축기(32) 내로 액상의 냉매가 흘러들어감을 방지하도록 구성될 수 있다.
공조 서브시스템(11)은 냉매루프(21)로부터 분기된 분기도관(36)을 더 포함할 수 있다. 분기도관(36)은 냉매루프(21) 상에서 냉방측 팽창밸브(15)의 상류지점으로부터 분기되고 압축기(32)에 연결될 수 있다. 배터리칠러(37)가 분기도관(36)에 유체적으로 연결될 수 있으며, 배터리칠러(37)는 분기도관(36) 및 후술하는 배터리 냉각수루프(22) 사이에서 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 즉, 배터리칠러(37)는 공조 서브시스템(11) 상에서 순환하는 냉매 및 배터리 냉각서브시스템(12) 상에서 순환하는 배터리 냉각수 사이에서 열을 전달하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 배터리칠러(37)는 분기도관(36)에 유체적으로 연결된 제1통로(37a) 및 배터리 냉각수루프(22)에 유체적으로 연결된 제2통로(37b)를 포함할 수 있고, 제1통로(37a) 및 제2통로(37b)는 배터리칠러(37) 내에서 서로 인접하거나 접촉하도록 배치될 수 있으며, 제1통로(37a)는 제2통로(37b)에 대해 유체적으로 분리될 수 있다. 이에, 배터리칠러(37)는 제2통로(37b)를 통과하는 배터리 냉각수 및 제1통로(37a)를 통과하는 냉매 사이에서 열을 전달하도록 구성될 수 있고, 냉매는 배터리 냉각수로부터 열을 흡수함으로써 기화되고 과열될 수 있고, 배터리 냉각수는 냉매로 열을 방출함으로써 냉각될 수 있다.
분기도관(36)은 어큐뮬레이터(38)에 유체적으로 연결될 수 있고, 분기도관(36)을 통과하는 냉매가 어큐뮬레이터(38)에 수용될 수 있다.
칠러측 팽창밸브(17)가 분기도관(36) 상에서 배터리칠러(37)의 상류 측에 배치될 수 있다. 칠러측 팽창밸브(17)는 배터리칠러(37)로 흘러들어가는 냉매의 흐름 내지 유량 등을 조절할 수 있고, 칠러측 팽창밸브(17)는 외측 열교환기(35)로부터 공급받은 냉매를 팽창시키도록 구성될 수 있다.
일 예에 따르면, 칠러측 팽창밸브(17)는 구동모터(17a)를 가진 전자팽창밸브(EXV, electronic expansion valve)일 수 있다. 구동모터(17a)는 칠러측 팽창밸브(17)의 밸브바디에서 한정된 오리피스를 개폐하도록 이동하는 샤프트를 가질 수 있고, 샤프트의 위치는 구동모터(17a)의 회전방향 및 회전정도 등에 따라 가변될 수 있으며, 이에 의해 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 가변될 수 있다. 즉, 제어기(100)가 구동모터(17a)의 작동을 제어함으로써 칠러측 팽창밸브(17)의 개도는 가변될 수 있다. 그리고, 칠러측 팽창밸브(17)는 완전 개방형 전자팽창밸브(full open type EXV)일 수 있다. 칠러측 팽창밸브(17)는 도 3에 도시된 난방측 팽창밸브(16)와 동일 또는 유사한 구조로 이루어질 수 있다.
칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 가변됨에 따라 배터리칠러(37)로 흘러들어가는 냉매의 유량이 가변될 수 있다. 예컨대, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 기준개도 보다 커질 경우 배터리칠러(37)로 흘러들어가는 냉매의 유량이 기준유량 보다 상대적으로 증가할 수 있고, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 기준 개도 보다 작을 경우 배터리칠러(37)로 흘러들어가는 냉매의 유량이 기준유량과 유사해지거나 기준유량 보다 상대적으로 감소할 수 있다. 여기서, 기준개도는 목표 증발기온도를 유지할 수 있는 칠러측 팽창밸브(17)의 개도일 수 있다. 기준유량은 칠러측 팽창밸브(17)가 기준개도로 개방될 경우 배터리칠러(37)로 흘러들어가는 냉매의 유량일 수 있다. 이에, 칠러측 팽창밸브(17)가 기준개도로 개방될 경우 냉매는 그에 대응하는 기준유량만큼 배터리칠러(37)로 흘러들어갈 수 있다.
칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 제어기(100)에 의해 조절됨에 따라 배터리칠러(37)로 흘러들어가는 냉매의 유량이 가변되므로 증발기(31)로 흘러들어가는 냉매의 유량이 가변될 수 있다. 이에, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 조절됨에 따라 냉매는 증발기(31) 및 배터리칠러(37) 측으로 일정 비율로 분배되어 흘러들어갈 수 있고, 이를 통해 공조 서브시스템(11)의 냉방 및 배터리칠러(37)의 냉각이 동시에 또는 선택적으로 실행될 수 있다.
공조 서브시스템(11)은 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73)의 하류지점 및 분기도관(36)을 연결하는 냉매 바이패스도관(39)을 더 포함할 수 있다. 냉매 바이패스도관(39)의 입구는 수냉식 열교환기(70)의 하류지점에 연결될 수 있고, 냉매 바이패스도관(39)의 출구는 분기도관(36)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 냉매 바이패스도관(39)의 입구는 수냉식 열교환기(70) 및 외측 열교환기(35) 사이의 지점에 연결될 수 있고, 냉매 바이패스도관(39)의 출구는 분기도관(36) 상에서 배터리칠러(37) 및 압축기(32) 사이의 지점에 연결될 수 있다. 제1쓰리웨이밸브(61)가 냉매 바이패스도관(39)의 입구 및 냉매루프(21) 사이의 연결지점에 배치될 수 있다. 이에, 제1쓰리웨이밸브(61)가 냉매루프(21) 상에서 외측 열교환기(35) 및 수냉식 열교환기(70) 사이에 배치될 수 있다. 제1쓰리웨이밸브(61)가 냉매 바이패스도관(39)의 입구를 개방하도록 스위칭될 경우, 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73)를 통과한 냉매는 냉매 바이패스도관(39) 및 어큐뮬레이터(38)를 통해 압축기(32)로 흘러들어갈 수 있다. 즉, 냉매 바이패스도관(39)의 입구가 제1쓰리웨이밸브(61)의 스위칭에 의해 개방될 때, 냉매는 외측 열교환기(35)를 바이패스할 수 있다. 제1쓰리웨이밸브(61)가 냉매 바이패스도관(39)의 입구를 폐쇄하도록 스위칭될 경우, 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73)를 통과한 냉매는 냉매 바이패스도관(39)을 통과하지 않고, 외측 열교환기(35)로 흘러들어갈 수 있다. 즉, 냉매 바이패스도관(39)의 입구가 제1쓰리웨이밸브(61)의 스위칭에 의해 폐쇄될 때, 냉매는 외측 열교환기(35)를 통과할 수 있다.
제어기(100)가 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a), 난방측 팽창밸브(16), 칠러측 팽창밸브(17), 압축기(32) 등의 개별적인 작동을 제어하도록 구성될 수 있고, 이를 통해 공조 서브시스템(11)은 제어기(100)에 의해 그 전체적인 작동이 제어될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어기(100)는 FATC(Full Automatic Temperature Control System)일 수 있다.
공조 서브시스템(11)이 냉방모드로 작동할 때, 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a)가 개방되고, 냉매는 압축기(32), 내측 응축기(33), 난방측 팽창밸브(16), 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73), 외측 열교환기(35), 냉방측 팽창밸브(15), 증발기(31) 순으로 순환할 수 있다.
공조 서브시스템(11)이 난방모드로 작동할 때, 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a)가 폐쇄되고, 냉매는 압축기(32), 내측 응축기(33), 난방용 팽창밸브(16), 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73), 외측 열교환기(35), 칠러측 팽창밸브(17), 배터리칠러(37)의 제1통로(37a), 압축기(32) 순으로 순환할 수 있다. 한편, 공조 서브시스템(11)의 난방작동 시에, 냉방측 팽창밸브(15)의 개폐밸브(15a)가 폐쇄되고 냉매 바이패스도관(39)의 입구가 제1쓰리웨이밸브(61)의 스위칭에 의해 개방될 때, 냉매는 압축기(32), 내측 응축기(33), 난방용 팽창밸브(16), 수냉식 열교환기(70)의 제3통로(73), 압축기(32) 순으로 순환할 수 있다.
배터리 냉각서브시스템(12)은 배터리 냉각수루프(22)를 순환하는 배터리 냉각수에 의해 배터리팩(41)을 냉각하도록 구성될 수 있다. 배터리 냉각수루프(22)는 배터리팩(41), 히터(42), 배터리칠러(37), 제2배터리펌프(45), 배터리 라디에이터(43), 리저버탱크(48), 및 제1배터리펌프(44)에 유체적으로 연결될 수 있다. 도 1에서, 배터리 냉각수는 배터리 냉각수루프(22)를 통해 배터리팩(41), 히터(42), 배터리칠러(37), 제2배터리펌프(45), 배터리 라디에이터(43), 리저버탱크(48), 수냉식 열교환기(70)의 제2통로(72), 및 제1배터리펌프(44)를 순차적으로 흐를 수 있다.
배터리팩(41)은 그 내부 또는 외부에 배터리 냉각수가 통과하는 냉각수통로를 가질 수 있고, 배터리 냉각수루프(22)가 배터리팩(41)의 냉각수통로에 유체적으로 연결될 수 있다.
히터(42)는 배터리칠러(37) 및 배터리팩(41) 사이에 배치될 수 있고, 히터(42)는 배터리 냉각수루프(22)를 순환하는 배터리 냉각수를 가열함으로써 냉각수를 워밍업할 수 있다. 일 예에 따르면, 히터(42)는 고온의 유체와 열교환에 의해 냉각수를 가열하는 수가열식 히터일 수 있다. 다른 예에 따르면, 히터(42)는 전기 히터일 수 있다.
배터리 라디에이터(43)는 차량의 전방 그릴에 인접하게 배치될 수 있고, 배터리 라디에이터(43)는 냉각팬(75)에 의해 강제로 송풍되는 외기를 통해 냉각될 수 있다. 배터리 라디에이터(43)는 외측 열교환기(35)에 인접할 수 있다.
제1배터리펌프(44)는 배터리 냉각수를 배터리 냉각수루프(22)의 적어도 일부를 따라 순환시키도록 구성될 수 있고, 제2배터리펌프(45)는 배터리 냉각수를 배터리 냉각수루프(22)의 적어도 일부를 따라 순환시키도록 구성될 수 있다.
제1배터리펌프(44)는 배터리 냉각수루프(22) 상에서 배터리팩(41)의 상류지점에 배치될 수 있다. 이에, 제1배터리펌프(44)는 배터리 냉각수를 배터리팩(41)으로 강제로 펌핑함으로써 배터리 냉각수가 배터리팩(41)을 통과함을 허용하도록 구성될 수 있다.
제2배터리펌프(45)는 배터리 냉각수루프(22) 상에서 배터리 라디에이터(43)의 상류지점에 배치될 수 있다. 이에, 제2배터리펌프(45)는 배터리 냉각수를 배터리 라디에이터(43)의 입구로 강제로 펌핑함으로써 배터리 냉각수가 배터리 라디에이터(43)를 통과함을 허용하도록 구성될 수 있다.
제1배터리펌프(44) 및 제2배터리펌프(45)는 배터리팩(41)의 발열상태 및 충전조건, 공조 서브시스템(11)의 작동 조건 등에 따라 개별적이고 선택적으로 작동할 수 있다.
리저버탱크(48)는 배터리 라디에이터(43)의 출구 및 제1배터리펌프(44)의 입구 사이에 배치될 수 있다.
배터리 냉각서브시스템(12)은 배터리 냉각수가 배터리 라디에이터(43)를 바이패스함을 허용하도록 구성된 제1배터리 바이패스도관(46)을 더 포함할 수 있다. 제1배터리 바이패스도관(46)은 배터리 냉각수루프(22) 상에서 배터리 라디에이터(43)의 상류지점과 배터리 라디에이터(43)의 하류지점을 직접적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
제1배터리 바이패스도관(46)의 입구는 배터리 냉각수루프(22) 상에서 배터리칠러(37) 및 배터리 라디에이터(43)의 입구 사이의 지점에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1배터리 바이패스도관(46)의 입구는 배터리 냉각수루프(22) 상에서 배터리칠러(37) 및 제2배터리펌프(45)의 입구 사이의 지점에 연결될 수 있다.
제1배터리 바이패스도관(46)의 출구는 배터리 냉각수루프(22) 상에서 배터리칠러(37) 및 배터리 라디에이터(43)의 출구 사이의 지점에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1배터리 바이패스도관(46)의 출구는 배터리 냉각수루프(22) 상에서 제1배터리펌프(44)의 입구 및 리저버탱크(48)의 출구 사이의 지점에 연결될 수 있다.
배터리 냉각수가 배터리칠러(37)의 하류 측으로부터 제1배터리 바이패스도관(46)을 통해 제1배터리펌프(44)의 상류 측으로 흘러감으로써 배터리 냉각수는 제2배터리펌프(45), 배터리 라디에이터(43), 리저버탱크(48), 및 수냉식 열교환기(70)를 바이패스할 수 있고, 이에 제1배터리 바이패스도관(46)을 통과하는 배터리 냉각수는 제1배터리펌프(44)에 의해 배터리팩(41), 히터(42), 배터리칠러(37) 순으로 순차적으로 흐를 수 있다.
배터리 냉각서브시스템(12)은 배터리 냉각수가 배터리팩(41), 히터(42), 및 배터리칠러(37)를 바이패스함을 허용하도록 구성된 제2배터리 바이패스도관(47)을 더 포함할 수 있다. 제2배터리 바이패스도관(47)은 배터리 냉각수루프(22) 상에서 배터리칠러(37)의 하류지점과 배터리팩(41)의 상류지점을 직접적으로 연결하도록 구성될 수 있다.
제2배터리 바이패스도관(47)의 입구는 배터리 냉각수루프(22) 상에서 제1배터리 바이패스도관(46)의 출구 및 배터리 라디에이터(43)의 출구 사이의 지점에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2배터리 바이패스도관(47)의 입구는 배터리 냉각수루프(22) 상에서 제1배터리 바이패스도관(46)의 출구 및 리저버탱크(48)의 출구 사이의 지점에 연결될 수 있다.
제2배터리 바이패스도관(47)의 출구는 배터리 냉각수루프(22) 상에서 제1배터리 바이패스도관(46)의 입구 및 배터리 라디에이터(43)의 입구 사이의 지점에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2배터리 바이패스도관(47)의 출구는 배터리 냉각수루프(22) 상에서 제1배터리 바이패스도관(46)의 입구 및 제2배터리펌프(45)의 입구 사이의 지점에 연결될 수 있다. 배터리 냉각수가 배터리 라디에이터(43)의 하류 측으로부터 제2배터리 바이패스도관(47)을 통해 제2배터리펌프(45)의 상류 측으로 흘러감으로써 배터리 냉각수는 배터리팩(41), 히터(42), 및 배터리칠러(37)를 바이패스할 수 있고, 이에 제2배터리 바이패스도관(47)을 통과하는 배터리 냉각수는 제2배터리펌프(45)에 의해 배터리 라디에이터(43), 리저버탱크(48), 수냉식 열교환기(70)의 제2통로(72) 순으로 순차적으로 흐를 수 있다.
제1배터리 바이패스도관(46) 및 제2배터리 바이패스도관(47)은 서로 간에 평행할 수 있다.
배터리 냉각서브시스템(12)은 제1배터리 바이패스도관(46)의 입구에 배치된 제2쓰리웨이밸브(62)를 더 포함할 수 있다. 즉, 제2쓰리웨이밸브(62)는 제1배터리 바이패스도관(46)의 입구 및 배터리 냉각수루프(22) 사이의 합류지점에 배치될 수 있다. 제2쓰리웨이밸브(62)가 제1배터리 바이패스도관(46)의 입구를 개방하도록 스위칭될 경우 일부의 배터리 냉각수(배터리칠러(37)로부터 흘러나온 배터리 냉각수)는 제1배터리 바이패스도관(46)을 통해 흐름으로써 일부의 배터리 냉각수는 배터리 라디에이터(43)를 바이패스할 수 있고, 나머지의 배터리 냉각수(배터리 라디에이터(43)로부터 흘러나온 냉각수)가 제2배터리 바이패스도관(47)을 통해 흐름으로써 나머지의 배터리 냉각수는 배터리팩(41), 히터(42), 및 배터리칠러(37)를 바이패스할 수 있다. 즉, 제1배터리 바이패스도관(46)의 입구가 제2쓰리웨이밸브(62)의 스위칭에 의해 개방될 때 배터리 냉각수루프(22)는 제1배터리 바이패스도관(46) 및 제2배터리 바이패스도관(47)을 통해 서로 독립적인 순환루프를 형성할 수 있다. 제1배터리 바이패스도관(46)을 통과하는 배터리 냉각수는 제2배터리펌프(45), 배터리 라디에이터(43), 리저버탱크(48), 및 수냉식 열교환기(70)를 바이패스하고, 제1배터리펌프(44)의 작동에 의해 배터리팩(41), 히터(42), 및 배터리칠러(37) 순으로 순환할 수 있다. 제2배터리 바이패스도관(47)을 통과하는 배터리 냉각수는 제1배터리펌프(44), 배터리팩(41), 히터(42), 및 배터리칠러(37)를 바이패스하고, 제2배터리펌프(45)의 작동에 의해 배터리 라디에이터(43), 리저버탱크(48), 및 수냉식 열교환기(70) 순으로 순환할 수 있다.
제2쓰리웨이밸브(62)가 제1배터리 바이패스도관(46)의 입구를 폐쇄하도록 스위칭될 경우 배터리 냉각수는 제1배터리 바이패스도관(46)을 통과하지 않는다. 즉, 제1배터리 바이패스도관(46)의 입구가 제2쓰리웨이밸브(62)의 스위칭에 의해 폐쇄될 경우 배터리 냉각수는 배터리 냉각수루프(22)를 따라 순환할 수 있다.
배터리 냉각서브시스템(12)은 배터리관리시스템(110, BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)에 의해 제어되도록 구성될 수 있다. 배터리관리시스템(110)은 배터리팩(41)의 상태를 모니터링하고, 배터리팩(41)의 온도가 설정온도 이상으로 높아질 경우 배터리팩(41)의 냉각을 실행하도록 구성될 수 있다. 배터리관리시스템(110)은 제어기(100)에 대해 배터리팩(41)의 냉각작동을 지시하는 명령을 전송할 수 있고, 이에 제어기(100)는 압축기(32)의 작동 및 칠러측 팽창밸브(17)의 개방을 제어할 수 있다. 배터리팩(41)의 냉각작동 도중에 공조 서브시스템(11)의 작동이 필요하지 않은 경우에는 제어기(100)는 냉방측 팽창밸브(15)의 폐쇄를 제어할 수 있다. 또한, 필요에 따라 배터리 냉각수가 배터리 라디에이터(43)를 바이패스하고 배터리팩(41) 및 배터리칠러(37)를 순환하도록 배터리관리시스템(110)은 제1배터리펌프(44)의 작동 및 제2쓰리웨이밸브(62)의 스위칭을 제어할 수 있다.
파워트레인 냉각서브시스템(13)은 파워트레인 냉각수루프(23)를 순환하는 파워트레인 냉각수에 의해 전기적 파워트레인의 전기모터(51) 및 전장부품(52)을 냉각하도록 구성될 수 있다. 파워트레인 냉각수루프(23)는 전기모터(51), 전장부품(52), 파워트레인 라디에이터(53), 파워트레인펌프(54), 리저버탱크(56)에 유체적으로 연결될 수 있다. 도 1에서, 파워트레인 냉각수는 파워트레인 냉각수루프(23)를 통해 전기모터(51), 파워트레인 라디에이터(53), 리저버탱크(56), 수냉식 열교환기(70)의 제1통로(71), 및 전장부품(52) 순으로 흐를 수 있다.
전기모터(51)는 그 내부 또는 외부에 파워트레인 냉각수가 통과하는 냉각수통로를 가질 수 있고, 파워트레인 냉각수루프(23)는 전기모터(51)의 냉각수통로에 유체적으로 연결될 수 있다.
전장부품(52)은 인버터, OBC, LDC 등과 같은 전기모터(51)의 구동 등과 관련된 하나 이상의 전장부품일 수 있다. 전장부품(52)은 그 내부 또는 외부에 파워트레인 냉각수가 통과하는 냉각수통로를 가질 수 있고, 파워트레인 냉각수루프(23)는 전장부품(52)의 냉각수통로에 유체적으로 연결될 수 있다.
파워트레인 라디에이터(53)는 차량의 전방그릴에 인접하게 배치될 수 있고, 파워트레인 라디에이터(53)는 냉각팬(75)에 의해 강제로 송풍되는 외기를 통해 냉각될 수 있다. 외측 열교환기(35), 배터리 라디에이터(43), 파워트레인 라디에이터(53)는 차량의 전방 측에 서로 인접하게 배치될 수 있고, 냉각팬(75)은 외측 열교환기(35), 배터리 라디에이터(43), 파워트레인 라디에이터(53)의 후방 측에 배치될 수 있다.
파워트레인펌프(54)는 전기모터(51) 및 전장부품(52)의 상류 측에 배치될 수 있고, 파워트레인펌프(54)는 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 냉각수를 순환시키도록 구성될 수 있다.
파워트레인 냉각서브시스템(13)은 파워트레인 냉각수가 파워트레인 라디에이터(53)를 바이패스함을 허용하는 파워트레인 바이패스도관(55)을 더 포함할 수 있다. 파워트레인 바이패스도관(55)은 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 파워트레인 라디에이터(53)의 상류지점과 파워트레인 라디에이터(53)의 하류지점을 직접적으로 연결함으로써 전기모터(51)의 출구로부터 배출된 파워트레인 냉각수는 파워트레인 바이패스도관(55)을 통해 파워트레인펌프(54)의 입구로 흘러들어갈 수 있고, 이에 파워트레인 냉각수는 파워트레인 라디에이터(53)를 바이패스할 수 있다.
파워트레인 바이패스도관(55)의 입구는 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 전기모터(51) 및 파워트레인 라디에이터(53) 사이의 지점에 연결될 수 있다. 파워트레인 바이패스도관(55)의 출구는 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 리저버탱크(56) 및 전장부품(52) 사이의 지점에 연결될 수 있다. 구체적으로, 파워트레인 바이패스도관(55)의 출구는 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 리저버탱크(56) 및 파워트레인펌프(54)의 입구 사이의 지점에 연결될 수 있다.
파워트레인 냉각서브시스템(13)은 파워트레인 바이패스도관(55)의 출구에 배치된 제3쓰리웨이밸브(63)를 더 포함할 수 있고, 파워트레인 냉각수는 제3쓰리웨이밸브(63)의 스위칭에 의해 파워트레인 바이패스도관(55)을 통해 파워트레인 라디에이터(53)를 바이패스할 수 있고, 파워트레인 냉각수는 파워트레인펌프(54)에 의해 전기모터(51), 수냉식 열교환기(70)의 제1통로(71), 및 전장부품(52)을 순차적으로 통과할 수 있다.
리저버탱크(56)가 파워트레인 라디에이터(53)의 하류 측에 배치될 수 있다. 특히, 리저버탱크(56)는 파워트레인 냉각수루프(23) 상에서 파워트레인 라디에이터(53) 및 수냉식 열교환기(70)의 제1통로(71) 사이에 배치될 수 있다.
파워트레인 냉각서브시스템(13)의 제3쓰리웨이밸브(63)의 스위칭 및 파워트레인펌프(54)의 작동은 제어기(100)에 의해 제어될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리시스템의 제어방법을 도시한 순서도이다.
제어기(100)는 공조 서브시스템(11)이 냉방모드만으로 작동함에 따라 승객실의 실내냉방만이 실행되는지를 판단한다(S1).
승객실의 실내냉방만이 실행될 때 인버터(80)의 온도센서(84)에 의해 측정된 인버터(80)의 온도(T)가 설정온도(A, threshold temperature) 보다 큰지를 판단한다(S2). 설정온도(A)는 인버터(80)의 과온으로 인해 압축기(32)의 작동이 정지될 수 있는 인버터(80)의 기준온도일 수 있다. 예컨대, 설정온도(A)는 125℃ 이상일 수 있다.
인버터(80)의 온도(T)가 설정온도(A) 보다 클 때 제어기(100)는 온도센서에 의해 측정된 증발기(31)의 온도로부터 차감온도만큼 차감함으로써 증발기(31)의 타겟온도(TE)를 재설정한다(S3). 사용자에 의해 설정된 승객실의 냉방온도에 부합하도록 제어기(100)는 증발기(31)의 타겟온도(TE)를 미리 결정할 수 있다. 즉, 증발기(31)의 타겟온도(TE)는 공조 서브시스템(11)의 설정된 냉방모드에 부합하도록 제어기(100)에 의해 결정된 제어파라매트(control parameter)의 일종일 수 있다.
구체적인 실시예에 따르면, 제어기(100)는 측정된 인버터의 온도(T)에 따라 증발기(31)의 타겟온도(TE)를 가변적으로 재설정할 수 있다. 차감온도는 측정된 인버터(80)의 온도(T)에 따라 가변될 수 있다. 특히, 측정된 인버터(80)의 온도(T)가 증가함에 따라 차감온도가 증가할 수 있다. 예컨대, 측정된 인버터(80)의 온도(T)가 125℃일 때, 차감온도는 1℃일 수 있고, 제어기(100)는 측정된 인버터(80)의 의 온도(T)로부터 1℃를 차감함으로써 증발기(31)의 타겟온도(TE)가 미리 결정된 증발기의 타겟온도 보다 상대적으로 감소할 수 있다. 측정된 인버터(80)의 온도(T)가 128℃일 때, 차감온도는 2℃일 수 있고, 제어기(100)는 측정된 인버터(80)의 온도(T)로부터 2℃를 차감함으로써 증발기(31)의 타겟온도(TE)가 미리 결정된 증발기의 타겟온도 보다 상대적으로 감소할 수 있다. 측정된 인버터의 온도(T)가 130℃일 때, 차감온도는 3℃일 수 있고, 제어기(100)는 측정된 인버터(80)의 온도(T)로부터 3℃를 차감함으로써 증발기(31)의 타겟온도(TE)가 미리 결정된 증발기의 타겟온도 보다 상대적으로 감소할 수 있다.
제어기(100)에 의해 증발기(31)의 타겟온도(TE)가 재설정(감소)됨에 따라 압축기(32)의 일량이 상대적으로 증가할 수 있고, 이에 연동하여 제어기(100)는 압축기(32)의 RPM을 증가시킨다(S4). 이와 같이, 압축기(32)의 RPM이 증가함에 따라 인버터(80)와 인접한 냉매통로(32b)를 통과하는 냉매의 유량이 증가할 수 있고, 이에 인버터(80)가 적절히 냉각될 수 있다.
S1단계에서 승객실의 실내냉방만이 실행되지 않는 것으로 판단될 때, 배터리팩(41)의 냉각만이 실행되는지를 판단한다(S5).
배터리팩(41)의 냉각만이 실행될 때 인버터(80)의 온도센서(84)에 의해 측정된 인버터(80)의 온도(T)가 설정온도(A) 보다 큰지를 판단한다(S6).
인버터(80)의 온도(T)가 설정온도(A) 보다 클 때 제어기(100)는 배터리칠러(37)를 통과하는 냉매의 과열도(super heat degree)를 재설정한다(S7). 냉매가 배터리칠러(37)의 제1통로(37a)를 통과하고, 배터리 냉각수가 배터리칠러(37)의 제2통로(37b)를 통과함에 따라 냉매는 배터리 냉각수로부터 열을 흡수함으로써 기화되고 과열될 수 있고, 배터리 냉각수는 냉매로 열을 방출함으로써 냉각될 수 있다. 배터리팩(41)의 온도가 상승함에 따라 제어기(100)는 배터리칠러(37)를 통과한 냉매의 과열도를 미리 결정할 수 있다. 즉, 배터리칠러(37)를 통과한 냉매의 과열도는 배터리 냉각서브시스템(12)의 냉각모드에 부합하도록 제어기(100)에 의해 결정된 제어파라매터(control parameter)의 일종일 수 있다. 실시예에 따르면, 냉매의 과열도는 배터리칠러(37)의 출구에서 측정된 냉매의 온도일 수 있고, 배터리칠러(37)의 출구에서 측정된 냉매의 온도는 온도센서에 의해 측정될 수 있다. 예컨대, 제어기(100)는 배터리칠러(37)의 출구에서 측정된 냉매의 온도로부터 일정한 차감온도(예컨대, 10℃)를 차감함으로써 냉매의 과열도를 재설정할 수 있고, 이에 냉매의 과열도가 감소될 수 있다
제어기(100)에 의해 배터리칠러(37)를 통과한 냉매의 과열도가 감소됨에 따라 이에 연동하여 제어기(100)는 칠러측 팽창밸브(17)의 개도를 증가시킬 수 있다(S8). 이와 같이, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 증가함에 따라 인버터(80)와 인접한 냉매통로(32b)를 통과하는 냉매의 유량이 증가할 수 있고, 이에 인버터(80)는 적절히 냉각될 수 있다.
S5단계에서, 배터리팩(41)의 냉각만이 실행되지 않는 것으로 판단될 때, 승객실의 실내냉방 및 배터리팩(41)의 냉각이 동시에 실행되는지를 판단한다(S9).
승객실의 실내냉방 및 배터리팩(41)의 냉각이 동시에 실행될 때 인버터(80)의 온도센서(84)에 의해 측정된 인버터(80)의 온도(T1)가 설정온도(A, threshold temperature) 보다 큰지를 판단한다(S10). 설정온도(A)는 인버터(80)의 과온으로 인해 압축기(32)의 작동이 정지될 수 있는 인버터(80)의 기준온도일 수 있다. 예컨대, 설정온도(A)는 125℃ 이상일 수 있다.
인버터(80)의 온도(T1)가 설정온도(A) 보다 클 때 제어기(100)는 온도센서에 의해 측정된 증발기(31)의 온도로부터 차감온도만큼 차감함으로써 증발기(31)의 타겟온도(TE)를 재설정한다(S11). 사용자에 의해 설정된 승객실의 냉방온도에 부합하도록 제어기(100)는 증발기(31)의 타겟온도(TE)를 미리 결정할 수 있다. 즉, 증발기(31)의 타겟온도(TE)는 공조 서브시스템(11)의 설정된 냉방모드에 부합하도록 제어기(100)에 의해 결정된 제어파라매트(control parameter)의 일종일 수 있다.
구체적인 실시예에 따르면, 제어기(100)는 측정된 인버터의 온도(T1)에 따라 증발기(31)의 타겟온도(TE)를 가변적으로 재설정할 수 있다. 차감온도는 측정된 인버터(80)의 온도(T1)에 따라 가변될 수 있다. 특히, 측정된 인버터(80)의 온도(T1)가 증가함에 따라 차감온도가 증가할 수 있다. 예컨대, 측정된 인버터(80)의 온도(T1)가 125℃일 때, 차감온도는 1℃일 수 있고, 제어기(100)는 측정된 인버터(80)의 온도(T1)로부터 1℃를 차감함으로써 증발기(31)의 타겟온도(TE)가 미리 결정된 증발기의 타겟온도 보다 상대적으로 감소할 수 있다. 측정된 인버터(80)의 의 온도(T1)가 128℃일 때, 차감온도는 2℃일 수 있고, 제어기(100)는 측정된 인버터(80)의 온도(T1)로부터 2℃를 차감함으로써 증발기(31)의 타겟온도(TE)가 미리 결정된 증발기의 타겟온도 보다 상대적으로 감소할 수 있다. 측정된 인버터의 온도(T)가 130℃일 때, 차감온도는 3℃일 수 있고, 제어기(100)는 측정된 인버터(80)의 온도(T1)로부터 3℃를 차감함으로써 증발기(31)의 타겟온도(TE)가 미리 결정된 증발기의 타겟온도 보다 상대적으로 감소할 수 있다. 제어기(100)에 의해 증발기(31)의 타겟온도(TE)가 감소됨에 따라 압축기(32)의 일량이 상대적으로 증가할 수 있고, 이에 연동하여 제어기(100)는 압축기(32)의 RPM을 증가시킨다. 이와 같이, 압축기(32)의 RPM이 증가함에 따라 인버터(80)와 인접한 냉매통로(32b)를 통과하는 냉매의 유량이 증가할 수 있고, 이에 인버터(80)가 적절히 냉각될 수 있다.
S11단계 이후에, 인버터(80)의 온도(T2)가 온도센서(84)에 의해 2차적으로 측정될 수 있고, 측정된 인버터(80)의 온도(T2)가 설정온도(A) 보다 큰지를 판단한다(S12).
인버터(80)의 온도(T2)가 설정온도(A) 보다 클 때 제어기(100)는 압축기(32)에 의해 압축되는 냉매의 최대 한계압력을 일정 압력 만큼 증가시킬 수 있다(S13). 압축기(32)에 의해 압축되는 냉매의 압력이 과도하게 상승할 경우, 공조 서브시스템(11)의 일부 컴포넌트가 파손되거나 압축기에 과부하가 발생될 우려가 있다. 이에, 압축기(32)로부터 배출되는 냉매의 압력이 과도하게 상승함을 방지하기 위하여 제어기(100)는 고압보호로직에 의해 압축기(32)에 의해 압축된 냉매의 압력이 최대 한계압력(예컨대, 350psi)을 초과하지 않도록 압축기(32)를 제어할 수 있다. 즉, 고압보호로직은 압축기(32)에 의해 압축된 냉매의 압력을 제한하는 최대 한계압력을 결정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 차량이 높은 외기온에서 급속충전을 하거나 차량의 승객실의 최대 냉방작동을 실행할 경우, 압축기에 일체로 부착된 인버터(80)가 과열될 수 있다. 하지만, 압축기의 작동이 고압보호로직에 의해 제한되므로 과열된 인버터(80)를 냉각하기 위한 냉매유량이 충분하지 못하고, 이로 인해 인버터(80)가 정지되므로 압축기(32)는 정지될 수 있다. 제어기(100)는 고압보호로직에 의해 결정된 냉매의 최대 한계압력에 일정한 압력을 더함으로써 냉매의 최대 한계압력을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 냉매의 최대 한계압력이 350psi에서 380psi로 증가될 수 있다.
제어기(100)는 냉매의 최대 한계압력이 증가하는 것에 기초하여 압축기(32)의 RPM을 상대적으로 증가시킬 수 있다(S14). 이와 같이, 압축기(32)의 RPM이 증가함에 따라 인버터(80)와 인접한 냉매통로(32b)를 통과하는 냉매의 유량이 증가할 수 있고, 이에 인버터(80)가 적절히 냉각될 수 있다.
S14단계 이후에, 인버터(80)의 온도(T3)가 온도센서(84)에 의해 3차적으로 측정될 수 있고, 측정된 인버터(80)의 온도(T3)가 설정온도(A) 보다 큰지를 판단한다(S15).
한편, 배터리의 냉각 및 승객실의 냉방이 동시에 실행될 때, 냉매는 증발기(31) 및 배터리칠러(37)의 제1통로(37a)로 분배될 수 있다. 이때, 배터리칠러(37)의 제1통로(37a)로 유입되는 냉매의 유량이 증발기(31)로 유입되는 냉매의 유량 보다 상대적으로 많을 경우, 인버터(80)와 인접한 냉매통로(32b)를 통과하는 냉매의 온도가 상대적으로 증가할 수 있다. 이와 같이, 냉매의 온도가 상대적으로 증가한 경우에는 인버터(80)와 인접한 냉매통로(32b)를 통과하는 냉매의 유량이 상대적으로 증가하더라도 인버터(80)가 적절히 냉각되지 못할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, S15단계에서 측정된 인버터(80)의 온도(T3)가 설정온도(A) 보다 클 때, 제어기(100)는 칠러측 팽창밸브(17)의 개도를 제한할 수 있다(S16). 이와 같이, 칠러측 팽창밸브(17)의 개도가 제한됨으로써 배터리칠러(37)의 제1통로(37a)를 통과하는 냉매의 유량이 상대적으로 제한될 수 있고, 이에 인버터(80)와 인접한 냉매통로(32b)를 통과하는 냉매의 온도가 과도하게 상승함을 최소화할 수 있다. 특히, 제어기(100)는 측정된 인버터(80)의 온도(T3)가 변화함에 따라 칠러측 팽창밸브(17)의 개도를 가변적으로 제한할 수 있다. 예컨대, 측정된 인버터(80)의 온도(T3)가 125℃일 때, 제어기(100)는 칠러측 팽창밸브(17)의 개도를 80%로 제한할 수 있다. 측정된 인버터(80)의 온도(T3)가 130℃일 때, 제어기(100)는 칠러측 팽창밸브(17)의 개도를 70%로 제한할 수 있다. 측정된 인버터(80)의 온도(T3)가 135℃일 때, 제어기(100)는 칠러측 팽창밸브(17)의 개도를 60%로 제한할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 공조 서브시스템 12: 배터리 냉각서브시스템
13: 파워트레인 냉각서브시스템 15: 냉방측 팽창밸브
16: 난방측 팽창밸브 17: 칠러측 팽창밸브
21: 냉매루프 22: 배터리 냉각수루프
23: 파워트레인 냉각수루프 30: 공조케이스
31: 증발기 32: 압축기
33: 내측 응축기 35: 외측 열교환기
36: 분기도관 37: 배터리칠러
38: 어큐뮬레이터 39: 냉매 바이패스도관
41: 배터리팩 42: 히터
43: 배터리 라디에이터 44: 제1배터리펌프
45: 제2배터리펌프 46: 제1배터리 바이패스도관
47: 제2배터리 바이패스도관 48: 리저버탱크
51: 전기모터 52: 전장부품
53: 파워트레인 라디에이터 54: 파워트레인펌프
55: 파워트레인 바이패스도관 56: 리저버탱크
61: 제1쓰리웨이밸브 62: 제2쓰리웨이밸브
63: 제3쓰리웨이밸브 70: 수냉식 열교환기
80: 인버터

Claims (8)

  1. 승객실의 실내냉방만이 실행되고, 측정된 인버터의 온도가 설정온도 보다 클 때, 제어기에 의해, 측정된 증발기의 온도로부터 차감온도만큼 차감함으로써 증발기의 타겟온도를 결정하고,
    상기 증발기의 타겟온도가 증가됨에 따라 압축기의 RPM을 증가시키는 차량용 열관리시스템의 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차감온도는 측정된 인버터의 온도가 증가함에 따라 증가하는 차량용 열관리시스템의 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 증발기의 타겟온도는 측정된 인버터의 온도에 따라 가변적으로 감소되는 차량용 열관리시스템의 제어방법.
  4. 승객실의 실내냉방이 실행되지 않고 배터리팩의 냉각만이 실행되고, 측정된 인버터의 온도가 설정온도 보다 클 때, 제어기에 의해, 배터리칠러의 출구에서 측정된 냉매의 온도로부터 차감온도만큼 차감함으로써 배터리칠러를 통과하는 냉매의 과열도를 결정하고,
    상기 결정된 냉매의 과열도에 따라 칠러측 팽창밸브의 개도를 증가시키는 차량용 열관리시스템의 제어방법.
  5. 승객실의 실내냉방 및 배터리팩의 냉각이 동시에 실행되고, 측정된 인버터의 온도가 설정온도 보다 클 때, 제어기에 의해, 측정된 증발기의 온도로부터 차감온도만큼 차감함으로써 증발기의 타겟온도를 결정하고,
    압축기에 의해 압축된 냉매의 최대 한계압력을 일정 압력만큼 증가시키고,
    증가된 냉매의 최대 한계압력에 기초하여 상기 압축기의 RPM을 증가시키는 차량용 열관리시스템의 제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    칠러측 팽창밸브의 개도를 제한하는 단계를 더 포함하는 차량용 열관리시스템의 제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 칠러측 팽창밸브의 개도는 측정된 인버터의 온도가 변화함에 따라 가변적으로 제한되는 차량용 열관리시스템의 제어방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 칠러측 팽창밸브의 개도는 측정된 인버터의 온도가 증가함에 따라 감소되는 차량용 열관리시스템의 제어방법.
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