KR20230076417A - 전기 자동차의 통합 열관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 자동차의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차의 전장품에서 발생하는 폐열과 수냉식 응축기에서 얻어진 폐열을 실내 난방과 배터리 승온에 활용함으로써 냉각수 전기히터의 전력소모를 최소화하여 시스템의 효율을 향상시킬 수 있고 자동차의 주행 마일리지를 증대시킬 수 있는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기 자동차의 통합 열관리 시스템은, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와; 압축기 또는 내부열교환기로부터 전달되는 냉매를 전장품 냉각수 회로부를 순환하는 냉각수와 열교환시키는 수냉식 응축기와; 수냉식 응축기에서 전달된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 압축기에서 배출된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키는 내부열교환기와; 압축기로부터 토출되는 냉매를 공조 모드에 따라 수냉식 응축기 또는 내부열교환기로 전달하는 제1사방밸브와; 전장품 냉각수 회로부와 실내난방 냉각수 회로부 사이에 설치되어, 공조 모드에 따라 유로변경을 통해 전장품 냉각수 회로부의 냉각수를 실내난방 냉각수 회로부로 선택적으로 전달하는 제2사방밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 전기 자동차의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차의 전장품에서 발생하는 폐열과 수냉식 응축기에서 얻어진 폐열을 실내 난방과 배터리 승온에 활용함으로써 냉각수 전기히터의 전력소모를 최소화하여 시스템의 효율을 향상시킬 수 있고 자동차의 주행 마일리지를 증대시킬 수 있는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 자동차 내에는 실내의 공기 온도를 조절하기 위한 공조 시스템이 갖추어져 있다. 이러한 자동차용 공조 시스템은 겨울철에는 온기를 발생시켜 실내를 따뜻하게 유지하고, 여름철에는 냉기를 발생시켜 실내를 시원하게 유지하도록 한다.
일반적인 자동차용 공조 시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기가 냉매배관에 의해 순차적으로 연결되어 있으며, 엔진의 동력에 의해 압축기가 구동하면서 냉매가 순환한다. 이러한 자동차용 공조 시스템은 압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매가스가 응축기를 통과하면서 주변의 공기와 열교환하여 액체상태의 냉매로 변환되고, 액화된 냉매는 응축기에 연결된 리시버 드라이어를 통과하면서 불순물이 제거된 후 팽창밸브를 통과하면서 저온의 기체로 변화된다. 그리고, 기화된 저온의 냉매는 증발기를 통과하면서 주변의 공기와 열교환하면서 냉각되고, 이 냉각된 공기는 송풍기에 의해 자동차 실내로 토출되며, 증발기를 통과한 저온 기체 상태의 냉매는 다시 압축기로 보내져 고온, 고압으로 압축되는 과정을 반복적으로 순환하게 된다.
한편, 최근에는 전기에너지를 동력원으로 이용하는 전기 자동차가 출시되고 있는데, 이러한 전기 자동차에 장착되는 공조 시스템은 배터리에서 공급되는 전원을 통해 물 또는 공기를 가열하여 자동차 실내의 난방을 수행하도록 구성됨에 따라 전기 자동차의 동력성능을 현저하게 저하시키는 단점이 있다.
이에 따라, 전기 자동차의 공조 시스템에는 기존의 내연기관 자동차와 유사하게 히트펌프 시스템을 적용하고 있는데, 이러한 히트펌프 시스템은 냉매의 압축-응축-감압-증발로 이루어지는 사이클을 가역적으로 적용하여 냉방과 난방을 겸하는 냉난방 겸용 시스템이다.
즉, 히트펌프 시스템은 액체 냉매가 증발기 내에서 증발하여 주위의 열을 빼앗아 기체가 되고, 다시 응축기에서 주위에 열을 방출하면서 액화되는 순환 사이클을 가지기 때문에, 이를 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용하면 기존 공조 시스템에 부족한 열원을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
이와 같은 히트펌프 시스템을 적용한 종래의 전기 자동차용 공조 시스템은 실내난방 모드로 작동 시 히트펌프(Heat pump)와 냉각수 전기히터(Coolant heater)의 2가지 열원을 이용하여 실내난방을 수행하게 된다. 여기서, 히트펌프는 효율적인 부분이 월등히 뛰어난 장점은 있지만 사용 가능한 외부환경이 제한적이며 외부환경에 따라 최고 성능 편차가 심하다는 단점이 있다. 반면, 냉각수 전기히터는 어떠한 경우라도 원하는 만큼의 열을 가할 수 있는 장점은 있으나 소비전력량이 크다는 단점이 있다.
따라서, 공조 시스템을 이용한 차량의 실내난방 시 난방 성능을 신속히 증가시키기 위해 히트펌프와 냉각수 전기히터의 2개의 열원을 동시에 작동시키면 그만큼 배터리의 전력소모량도 증가되어 차량의 주행거리는 단축될 수밖에 없다. 전기 자동차의 경우 배터리의 전력소모량을 최소화하면서 주행거리를 증가시키는 것을 최선의 목표로 하고 있는 바, 사용자의 편의성을 향상시키기 위한 목표와 주행거리를 향상시키기 위한 목표는 서로 상충될 수밖에 없는 목표이다.
한편, 상기와 같이 차량의 실내난방을 위해 히트펌프와 냉각수 전기히터의 2개의 열원을 동시에 사용하는 전기 자동차는 일반적인 내연기관 자동차와는 달리 폐열 에너지가 적기 때문에 배터리나 전장부품에서 발생하는 폐열을 냉각수를 매개로 수집 및 재사용하는 통합 열관리 시스템이 개발되고 있다.
또한, 전기 자동차의 주행 마일리지를 증가시키기 위해 통합 열관리 시스템의 경량화, 소형화 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히, 겨울철에 전기 자동차의 난방 효율이 저하되는 현상을 개선하기 위해 수냉식 열교환기 적용 사례가 증가하고 있다.
그러나, 사방밸브(4-way valve)를 적용한 기존 방식의 열관리 시스템은 실내난방제습 운전시 HVAC 모듈 내부의 내부열교환기가 증발기로 기능을 하여 제습을 할 뿐 냉매회로에서 회수한 전장품의 폐열을 난방열원으로 활용하지 못하는 문제가 있고, 냉각수 전기히터가 실내히터(Cabin heater)로 흐르는 냉각수를 가열하는 유일한 열원으로 사용되어 실내난방이 이루어지기 때문에 열관리 시스템의 효율이 저하되고 자동차의 주행 마일리지가 감소하는 문제가 있었다.
아울러, 기존 방식의 열관리 시스템의 경우에는 전장부품과 배터리의 냉각을 위해 전장부품과 배터리를 각각 냉각시킬 수 있는 칠러(Chiller)와, 각 칠러의 입구측 냉매를 기화시키는 팽창밸브와, 이들 칠러 및 팽창밸브가 설치되는 냉매라인이 각각 구성됨으로써, 열관리 시스템의 구성이 복잡해지고 구성 부품수가 많아 결국 전기 자동차의 생산원가를 증가시키게 되는 문제가 있었다. 따라서, 전장품 칠러와 배터리 칠러를 포함하는 열관리 시스템의 구조 개선을 통해 열관리 시스템의 구성을 단순화시키고 설치부품 개수를 최소화할 수 있는 패키징의 개선이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 차량에 탑재된 전장품에서 발생하는 폐열과 수냉식 응축기에서 냉매와의 열교환을 통해 얻어진 폐열을 이용하여 차량의 실내 난방 및 배터리 승온에 활용함으로써 냉각수 전기히터의 전력소모를 최소화하여 시스템의 효율을 향상시킬 수 있고, 이를 통해 차량의 주행거리를 증대시킬 수 있는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기 자동차의 통합 열관리 시스템은, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와; 압축기 또는 내부열교환기로부터 전달되는 냉매를 전장품 냉각수 회로부를 순환하는 냉각수와 열교환시키는 수냉식 응축기와; 수냉식 응축기에서 전달된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 압축기에서 배출된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키는 내부열교환기와; 압축기로부터 토출되는 냉매를 공조 모드에 따라 수냉식 응축기 또는 내부열교환기로 전달하는 제1사방밸브와; 전장품 냉각수 회로부와 실내난방 냉각수 회로부 사이에 설치되어, 공조 모드에 따라 유로변경을 통해 전장품 냉각수 회로부의 냉각수를 실내난방 냉각수 회로부로 선택적으로 전달하는 제2사방밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 통합 열관리 시스템에는 수냉식 응축기와 내부열교환기 사이를 연결하는 냉매라인의 일측으로부터 분기되어 수냉식 응축기에서 압축기로 향하는 또 다른 냉매라인을 형성하는 분기냉매라인이 설치될 수 있다.
그리고, 본 발명의 통합 열관리 시스템에는 분기냉매라인을 따라 이동하는 냉매와 내부를 순환하는 냉각수와의 열교환을 통해 배터리의 냉각 또는 승온을 수행하는 배터리 냉각수 회로부가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 통합 열관리 시스템에는 실내난방 냉각수 회로부와 배터리 냉각수 회로부 사이에 설치되어, 공조 모드에 따라 유로변경을 통해 상기 실내난방 냉각수 회로부의 냉각수를 배터리 냉각수 회로부로 선택적으로 전달하는 제3사방밸브가 설치될 수 있다.
아울러, 본 발명의 통합 열관리 시스템에는 분기냉매라인을 따라 이동하는 냉매와 상기 전장품 냉각수 회로부를 순환하는 냉각수 및 상기 배터리 냉각수 회로부를 순환하는 냉각수를 각각 열교환시키는 통합형 칠러가 설치될 수 있다.
이때, 상기 통합형 칠러의 입구측 분기냉매라인 상에는 냉매의 이동을 차단하거나 냉매를 팽창시켜 저온 상태로 상기 통합형 칠러로 유입시키는 팽창밸브가 설치될 수 있다.
그리고, 상기 전장품 냉각수 회로부에는 전장품 라디에이터를 통과한 냉각수가 통합형 칠러 측으로 바이패스되는 바이패스 유로가 설치되고, 상기 바이패스 유로 측으로 냉각수의 이동을 선택적으로 허용하는 바이패스 밸브가 설치될 수 있다.
그리고, 상기 통합형 칠러는, 전장품 냉각수 회로부의 바이패스 유로를 따라 이동하는 냉각수와 분기냉매라인을 따라 이동하는 냉매가 열교환되는 전장품 칠러부와, 배터리 냉각수 회로부를 순환하는 냉각수와 분기냉매라인을 따라 이동하는 냉매가 열교환되는 배터리 칠러부가 서로 구획되어 하나의 몸체 내에 통합된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 통합 열관리 시스템에는 분기냉매라인을 따라 압축기로 이동하는 냉매와, 수냉식 응축기에서 내부열교환기로 이동하는 냉매를 열교환시키는 중간열교환기가 더 설치될 수 있다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 통합 열관리 시스템 구조에 따르면, 기존의 열관리 시스템에서 구성되는 공랭식 응축기를 수냉식 응축기로 변경하고, 전장품 냉각수 회로부와 실내난방 냉각수 회로부 사이에 냉각수 유로 변경이 가능한 사방밸브를 설치하여, 실내난방 및 제습 모드시 전장품 냉각수가 전장품 및 수냉식 응축기의 폐열을 흡수한 상태에서 사방밸브를 거쳐 실내히터로 유입되어 차량의 실내난방과, 제습, 배터리승온이 이루어지도록 함으로써, 냉각수 전기히터 사용에 따른 전력소모를 최소화할 수 있다.
또한, 기존 방식의 열관리 시스템에서는 실내난방 및 제습 모드로 운전시 실내난방을 위한 열원으로 냉각수 전기히터를 사용하였으나, 본 발명의 통합 열관리 시스템에서는 냉각수 전기히터를 구동하지 않고서도 차량의 전장품에서 회수한 폐열과 수냉식 응축기에서 냉매와 열교환을 통해 얻어진 폐열을 이용하여 실내난방과 배터리 승온에 활용할 수 있기 때문에, 냉각수 전기히터의 전력소모를 최소화하여 열관리 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 차량의 주행 마일리지를 크게 증대시킬 수 있기 때문에, 총 주행거리가 낮은 저온 환경에서도 높은 수준의 저온 연비 달성이 가능하다는 장점이 있다.
아울러, 기존 방식의 열관리 시스템에서 개별적으로 설치되던 전장품 칠러 및 배터리 칠러를 하나로 통합하여 하나의 통합형 칠러 내부에 일체로 구성함으로써, 기존의 열관리 시스템과 같이 전장품 칠러 및 배터리 칠러를 각각 개별적으로 구비할 필요가 없고, 각각의 칠러 설치를 위한 팽창밸브 및 연결라인 등의 추가 구성부품이 필요치 않기 때문에 부품수의 감소에 따른 원가절감 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 통합 열관리 시스템의 전체 구성을 보여주는 구성도.
도 2는 본 발명의 통합 열관리 시스템에 적용되는 통합형 칠러에서 냉매와 냉각수의 유동흐름을 보여주는 예시도.
도 3은 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내냉방 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 4는 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내냉방 및 배터리냉각 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 5는 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내난방 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 6은 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내난방 및 제습 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 7은 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내난방, 제습, 및 배터리승온 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 2는 본 발명의 통합 열관리 시스템에 적용되는 통합형 칠러에서 냉매와 냉각수의 유동흐름을 보여주는 예시도.
도 3은 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내냉방 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 4는 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내냉방 및 배터리냉각 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 5는 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내난방 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 6은 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내난방 및 제습 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 7은 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내난방, 제습, 및 배터리승온 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
아래에서는 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 국한되지 않는다. 또한, 상세한 설명 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미함을 밝혀둔다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 통합 열관리 시스템에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 통합 열관리 시스템의 전체 구성을 보여주는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 열관리 시스템은, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기(102)와, 압축기(102) 또는 내부열교환기(106)로부터 전달되는 냉매를 전장품 냉각수 회로부(120)를 순환하는 냉각수와 열교환시키는 수냉식 응축기(110)와, 수냉식 응축기(110)에서 전달된 냉매를 HVAC 모듈(미도시) 내부로 공급되는 공기와 열교환시키거나 압축기(102)에서 배출된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키는 내부열교환기(106)와, 압축기(102)로부터 토출되는 냉매를 공조 모드에 따라 수냉식 응축기(110) 또는 내부열교환기(106)로 전달하는 제1사방밸브(V1)와, 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130) 사이에 설치되어 공조 모드에 따라 유로변경을 통해 전장품 냉각수 회로부(120)의 냉각수를 실내난방 냉각수 회로부(130)로 선택적으로 전달하는 제2사방밸브(V2)를 포함하여 구성될 수 있다.
압축기(102)는 냉매를 압축하여 토출하는 구성으로, 제어부를 통해 압축기(102)의 RPM을 PID 제어(Proportional Integral Differential Control)할 수 있는 전동식 압축기가 구비될 수 있다.
내부열교환기(106)는 HVAC(heating, ventilation, & air conditioning) 모듈(미도시) 내부에 배치되어, 수냉식 응축기(110)에서 전달된 냉매를 탑승객이 위치한 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 압축기(102)에서 배출된 냉매를 실내로 공급되는 공기와 열교환시키는 기능을 한다.
그리고, 내부열교환기(106)로 인입되거나 내부열교환기(106)로부터 배출되는 냉매라인 상에는 냉매의 흐름을 개폐하면서 특정 공조 모드시 냉매를 팽창시킬 수 있는 제1팽창밸브(105)가 설치된다. 이때, 상기 제1팽창밸브(105)로는 PID 제어에 의해 개도량 조절이 가능한 전자식 팽창밸브(Electronic Expansion Valve; EEV)가 사용될 수 있다.
제1사방밸브(V1)는 압축기(102)로부터 배출되는 냉매를 공조 모드에 따라 수냉식 응축기(110)로 전달하거나 내부열교환기(106)로 전달하는 구성으로, 제어부의 제어를 통해 냉매의 흐름을 특정 방향으로 유도할 수 있다.
수냉식 응축기(110)는 기존의 전기 자동차용 열관리 시스템에 설치되던 공랭식 응축기가 대체된 것으로, 냉방 모드에서는 전장품 냉각수 회로부(120)를 순환하는 냉각수를 이용하여 수냉식 응축기로서 작동하고, 난방 모드에서는 차량에 탑재된 전장품에서 발생된 열을 흡수하는 증발기로 작동할 수 있다.
수냉식 응축기(110)와 인접하여 장착되는 전장품 냉각수 회로부(120)는 공조 모드에 따라 차량의 전장품에서 발생되는 열을 흡수하여 외부로 방출하는 기능을 한다. 이와 같은 전장품 냉각수 회로부(120)는 열관리 시스템의 공조 모드가 난방 모드 또는 냉방 모드일 경우 작동하도록 제어될 수 있다.
그리고, 상기 전장품 냉각수 회로부(120)는 냉각수가 순환되는 냉각수 유로(126)의 일부분이 수냉식 응축기(110) 내부를 통과하는 구조로 설치되어, 수냉식 응축기(110)를 통과하는 냉매와 냉각수 유로(126)를 따라 유동하는 냉각수가 서로 열교환될 수 있다.
이 경우, 냉각수 유로(126)는 차량의 전장부품에서 발생되는 열을 흡수하는 전장품 냉각수단(125), 즉 전장품 열관리 장치(Power Electronics and Electric Motor; PEEM)와 전장품 라디에이터(121)를 연결하는 하나의 냉각수 유동 통로를 형성하고, 전장품 냉각수단(126)과 전장품 라디에이터(121) 사이에는 냉각수의 일방향 유동을 발생시키는 펌프(124)가 장착될 수 있다.
또한, 전장품 라디에이터(121)와 펌프(124) 사이에는 분기냉매라인(L3) 상에 설치된 통합형 칠러(150) 측으로 냉각수를 바이패스(bypass)시킬 수 있는 바이패스 유로(123)가 설치될 수 있다. 이때, 냉각수 유로(126)와 바이패스 유로(123)의 교차 지점에는 바이패스 유로(123) 측으로 냉각수의 이동을 선택적으로 허용할 수 있는 바이패스 밸브(122)가 설치될 수 있다.
이 경우, 바이패스 밸브(122)는 공조 모드에 따라 전장품 라디에이터(121)에서 나온 냉각수가 곧바로 펌프(124)를 경유하여 전장품 냉각수단(125)으로 유입되도록 하거나, 바이패스 유로(123)를 통해 우회하여 전장품 냉각수단(125)으로 유입되도록 냉각수의 이동 경로를 선택적으로 전환할 수 있는 삼방밸브(3-way valve) 방식이 적용될 수 있다.
전장품 라디에이터(121)는 냉각수 유로(126)를 통해 유동하는 냉각수의 열을 외부로 방출시키게 되는데, 차량의 전장부품에서 발생된 열을 흡수한 고온의 냉각수를 전장품 라디에이터(121)만을 이용하여 외부로 방열시켜 냉각할 수 있으며, 별도의 냉각팬을 추가 설치하여 방열을 촉진시킬 수 있다.
한편, 수냉식 응축기(110)와 내부열교환기(106) 사이를 연결하는 냉매라인(L2) 상에는 상기 냉매라인(L2)의 일측으로부터 분기되어 수냉식 응축기(110)에서 압축기(102)로 향하는 또 다른 냉매 유동 라인을 형성하는 분기냉매라인(L3)이 설치될 수 있다.
이 경우, 분기냉매라인(L3)은 수냉식 응축기(110) 출구측의 냉매라인(L2)으로부터 분기되어 중간열교환기(104)의 입구측에 연결된 또 다른 냉매라인(L5)과 연결되도록 구성되어, 상기 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매가 중간열교환기(104)를 거쳐 압축기(102)로 유입될 수 있다.
여기서, 중간열교환기(104)는 IHX(Intermediate Heat Exchanger)로도 약칭되는 구성으로서, 내부열교환기(106)를 통과하기 전의 냉매와 통과한 후의 냉매 간의 열교환을 위해 마련되는 구성이다.
이와 같은 중간열교환기(104)는 수냉식 응축기(110)와 내부열교환기(106) 사이를 연결하는 냉매라인(L2)과 압축기(102)로 향하는 냉매라인(L6) 사이에 장착되어, 공조 모드에 따라 수냉식 응축기(110)로부터 배출되는 냉매를 열교환시킨 후 내부열교환기(106)에 전달하거나, 내부열교환기(106)로부터 배출되는 냉매를 열교환시킨 후 수냉식 응축기(110)에 전달하게 된다.
한편, 실내난방 냉각수 유로부(130)는 내부를 순환하는 고온의 냉각수를 통해 차량의 실내난방을 하는 부분으로, 냉각수의 유동흐름에 따라 냉각수 전기히터(131)와 펌프(132)와 실내히터(133)가 순차적으로 배치된다.
실내히터(133)는 HVAC 모듈 내부에 장착되며, 냉각수 전기히터(131)에 의해 가열된 냉각수가 상기 실내히터(133)로 유입될 수 있다. 이러한 실내히터(133)는 공조 모드가 실내난방, 제습, 제상 모드일 경우 HVAC 모듈 내부에서 차량 실내로 송풍되는 공기에 열을 가해줌으로서 실내난방, 제습, 제상을 수행할 수 있다.
그리고, 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130) 사이는 제2사방밸브(V2)를 통해 연결되어 상기 제2사방밸브(V2)의 내부유로 변경을 통해 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130) 간에 냉각수가 순환될 수 있다. 즉, 공조 모드에 따라 제2사방밸브(V2)의 유로변경을 통해 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130) 간에 냉각수의 유출입이 이루어지거나, 상기 각 회로부(120,130) 간에 냉각수 유출입이 차단될 수 있다.
또한, 본 발명의 통합 열관리 시스템에는 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매와 내부를 순환하는 냉각수와의 열교환을 통해 배터리(141)의 냉각 또는 승온을 수행할 수 있는 배터리 냉각수 회로부(140)가 설치된다.
이 경우, 실내난방 냉각수 회로부(130)와 배터리 냉각수 회로부(140) 사이에는 공조 모드에 따라 내부의 유로변경을 통해 실내난방 냉각수 회로부(130)의 냉각수를 배터리 냉각수 회로부(140)로 선택적으로 전달할 수 있는 제3사방밸브(V3)가 설치된다. 즉, 상기 제3사방밸브(V3)의 내부 유로변경을 통해 실내난방 냉각수 회로부(130)와 배터리 냉각수 회로부(140) 간에 냉각수가 유출입되거나, 상기 각 회로부(130,140) 간에 냉각수의 유출입이 차단될 수 있다.
한편, 분기냉매라인(L3) 상에는 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매와 전장품 냉각수 회로부(120)를 순환하는 냉각수 및 배터리 냉각수 회로부(140)를 순환하는 냉각수가 각각 열교환될 수 있는 통합형 칠러(Intergrated chiller;150)가 설치된다.
그리고, 통합형 칠러(150)의 입구측 분기냉매라인(L3) 상에는 선택적 개폐동작에 따라 냉매의 이동을 허용하거나 차단할 수 있는 제2팽창밸브(156)가 설치되는데, 상기 제2팽창밸브(156)의 개방 시에는 냉매의 팽창에 따라 기화된 냉매를 저온 상태로 만들어 통합형 칠러(150)로 유입시킬 수 있다. 이 경우, 상기 통합형 칠러(150) 전단에 설치되는 제2팽창밸브(156)는 내부열교환기(106) 측에 설치되는 제1팽창밸브(105)와 마찬가지로 PID 제어에 의해 개도량 조절이 가능한 전자식 팽창밸브(EEV)가 사용될 수 있다.
아울러, 본 발명의 통합 열관리 시스템에는 공조 모드에 따라 압축기(102), 제1 내지 제3사방밸브(V1~V3), 냉각수 전기히터(131), 제1 및 제2팽창밸브(105, 156), 바이패스 밸브(122), 펌프(124,132,142)의 동작을 각각 제어할 수 있는 제어부(미도시)가 설치된다.
한편, 본 발명의 통합 열관리 시스템에 장착되는 통합형 칠러(Integrated chiller; 150)는 기존의 열관리 시스템에서 전장품을 냉각시키는 전장품 칠러와 배터리를 냉각시키는 배터리 칠러를 하나로 통합하여 구성한 것으로서, 전장품 냉각수 회로부(120) 및 배터리 냉각수 회로부(140)와 동시에 연결되어 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매와 상기 전장품 냉각수 회로부(120) 및 배터리 냉각수 회로부(140)의 내부를 순환하는 각 냉각수를 열교환시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 통합 열관리 시스템에 적용되는 통합형 칠러에 대한 하나의 실시 예 형태를 예시한 것으로서, (a)는 통합형 칠러 내부에서 냉매 및 냉각수의 유동흐름을 나타낸 것이고, (b)는 통합형 칠러에서 냉매와 냉각수의 입,출구 위치를 나타낸 것이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 통합형 칠러(150)는 전장품 냉각수 회로부(120)의 바이패스 유로(123)를 따라 이동하는 냉각수와 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매와의 열교환이 이루어지는 전장품 칠러부(152)와, 배터리 냉각수 회로부(140)를 순환하는 냉각수와 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매와의 열교환이 이루어지는 배터리 칠러부(154)가 하나의 몸체 내부에 서로 구획되어 통합된 형태의 구성을 갖는다.
이 경우, 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매는 통합형 칠러(150)의 하부에서 유입되어 전장품 칠러부(152) 및 배터리 칠러부(154)에서 분기된 후 상방으로 이동하여 통합형 칠러(150)의 상부에서 배출되고, 전장품 냉각수 회로부(120)의 냉각수는 통합형 칠러(150)의 상부에서 유입되어 전장품 칠러부(152) 내에서 냉매와 열교환 후 통합형 칠러(150)의 하부로 배출되며, 배터리 냉각수 회로부(140)의 냉각수는 통합형 칠러(150)의 상부에서 유입되어 배터리 칠러부(154) 내에서 냉매와 열교환 후 하부로 배출되는 형태로 구성될 수 있다.
이때, 전장품 냉각 모드시 전장품 칠러부(152)에서는 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하여 제2팽창밸브(156)를 통해 기화된 저온의 냉매와 전장품 냉각수 회로부(120)의 바이패스 유로(123)를 따라 이동하는 냉각수와의 열교환을 통해 전장품을 냉각시킬 수 있다. 아울러, 배터리 칠러부(154)에서는 분기냉매라인(L3)을 따라 제2팽창밸브(156)를 거쳐 내부로 유입되는 저온의 냉매와 배터리 냉각수 회로부(140)를 순환하는 냉각수와 열교환되어 배터리(141)를 냉각시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 통합 열관리 시스템에서는 통합형 칠러(150) 내부에 전장품 냉각수 회로부(120)의 냉각수와 배터리 냉각수 회로부(140)의 냉각수가 냉매와 각각 열교환되는 전장품 칠러부(152)와 배터리 칠러부(154)를 구성하여, 하나의 통합형 칠러(150)를 통해 전장품 및 배터리의 냉각이 이루어지기 때문에, 기존 열관리 시스템과 같이 전장품 및 배터리를 각각 냉각시키기 위한 전장품 칠러와 배터리 칠러를 개별적으로 구비할 필요가 없고, 각각의 칠러 설치를 위한 팽창밸브, 연결라인 등의 구성 부품수가 줄어들게 되어 원가절감이 가능하다.
이하에서는 상술한 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템의 각 공조 모드에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 통합 열관리 시스템이 실내냉방 모드로 작동될 때의 냉매와 냉각수의 흐름을 보여주고 있다.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내냉방 모드로 작동될 경우 냉매의 흐름은 "압축기(102) - 제1사방밸브(V1) - 수냉식 응축기(110) - 중간열교환기(104) - 내부열교환기(106, 증발기로 기능) - 제1사방밸브(V1) - 중간열교환기(104) - 어큐뮬레이터(101) - 압축기(102)" 순으로 이루어진다.
여기서, 압축기(102)로부터 배출되는 냉매가 수냉식 응축기(110)로 인입되고, 내부열교환기(106)로부터 배출되는 냉매가 압축기(102)로 인입될 수 있도록 제1사방밸브(V1)를 통해 냉매 경로가 변경된다.
또한, 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130) 및 배터리 냉각수 회로부(140) 상호 간에 냉각수의 유출입이 이루어지지 않도록 제2사방밸브(V2) 및 제3사방밸브(V3)를 통해 각 냉각수의 유동 경로가 통제되고, 전장품 냉각수 회로부(120)에서는 냉각수가 바이패스 유로(123) 측으로 우회되지 않고 곧바로 펌프(124) 측으로 전달되어 순환될 수 있도록 바이패스 밸브(122)를 통해 냉각수의 유동 경로가 통제된다. 아울러, 분기냉매라인(L3) 상의 제2팽창밸브(156)는 폐쇄되어 통합형 칠러(150) 측으로 냉매의 유입이 이루어지지 않도록 통제된다.
이에 따라, 압축기(102)에서 배출된 고온의 냉매는 수냉식 응축기(110)에서 전장품 냉각수 회로부(120)를 순환하는 냉각수와 열교환된 이후 냉매라인(L2)을 따라 이동하여 제1팽창밸브(105)를 통과하면서 저온 상태로 만들어진 후 HVAC 모듈 내부의 내부열교환기(106)로 유입되고, 차량 실내로 송풍되는 공기와의 열교환을 통해 실내냉방이 수행될 수 있다.
이때, 전장품 냉각수 회로부(120)에서는 차량에 탑재된 전장품의 열을 흡수한 냉각수가 수냉식 응축기(110)에서 냉매와 열교환된 후 전장품 라디에이터(121)에서 열을 방출하여 온도가 낮아지 상태에서 다시 전장품 냉각수단(125)으로 유입되는 순환 과정을 거치게 된다.
다음으로, 도 4는 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내냉방 및 배터리냉각 모드로 작동될 경우에 냉매의 흐름을 보여주는 것이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 실내냉방 및 배터리냉각 모드에서의 냉매의 흐름은 "압축기(102) - 제1사방밸브(V1) - 수냉식 응축기(110) - 내부열교환기(106, 증발기로 기능) - 제1사방밸브(V1) - 중간열교환기(104) - 어큐뮬레이터(101) - 압축기(102)" 순으로 유동하고, 이와 동시에 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출되는 냉매의 일부는 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하여 통합형 칠러(150)를 거쳐 중간열교환기(104)로 유입되도록 제어될 수 있다.
그리고, 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130) 및 배터리 냉각수 회로부(140) 상호 간에는 냉각수의 유출입이 이루어지지 않도록 제2사방밸브(V2) 및 제3사방밸브(V3)를 통해 통제되며, 전장품 냉각수 회로부(120)에서는 냉각수가 바이패스 유로(123) 측으로 우회되지 않고 곧바로 펌프(124) 측으로 전달되어 순환되도록 바이패스 밸브(122)를 통해 냉각수의 유동이 통제된다. 또한, 배터리 냉각수 회로부(140)는 펌프(142)의 구동에 따라 냉각수의 순환이 이루어진다.
이에 따라, 압축기(102)에서 배출된 고온의 냉매가 수냉식 응축기(110)에서 전장품 냉각수 회로부(120)의 냉각수와 열교환 후 냉매라인(L2)과 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하게 되는데, 이때 상기 냉매라인(L2)을 따라 이동하는 냉매는 제1팽창밸브(105)를 거쳐 저온 상태로 만들어진 후 HVAC 모듈 내부의 내부열교환기(106)로 유입되어 차량 실내로 송풍되는 공기와의 열교환을 통해 실내냉방이 수행되고, 상기 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 일부 냉매는 제2팽창밸브(156)를 거쳐 저온 상태로 만들어진 후 통합형 칠러(150)로 유입되어 배터리 냉각수 회로부(140)를 순환하는 냉각수와 열교환됨으로써 배터리(141)의 냉각이 이루어질 수 있다.
이때, 전장품 냉각수 회로부(120)에서는 통합형 칠러(150)와 연결된 바이패스 유로(123) 측으로 냉각수가 유입되지 않도록 바이패스 밸브(122)에 의해 닫힌 상태가 되기 때문에 통합형 칠러(150)에 의한 전장품의 냉각은 이루어지지 않으며, 차량의 전장품에서 발생된 열은 전장품 라디에이터(121)를 통해서만 열 방출이 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내난방 모드로 작동될 경우의 냉매의 흐름을 보여주고 있다.
도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내난방 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름은 "압축기(102) - 제1사방밸브(V1) - 내부열교환기(106) - 중간열교환기(104) - 수냉식 응축기(110, 증발기로 기능) - 제1사방밸브(V1) - 중간열교환기(104) - 어큐뮬레이터(101) - 압축기(102)" 순으로 냉매의 흐름이 이루어질 수 있다.
이 경우, 압축기(102)로부터 배출되는 냉매는 내부열교환기(106)로 인입되고, 수냉식 응축기(110)로부터 배출되는 냉매가 압축기(102)로 인입될 수 있도록 제1사방밸브(V1)를 통해 냉매의 이동 경로가 제어될 수 있다.
그리고, 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130) 및 배터리 냉각수 회로부(140) 간에는 상호 냉각수의 유출입이 발생하지 않도록 제2사방밸브(V2) 및 제3사방밸브(V3)를 통해 제어되고, 실내난방 냉각수 회로부(130) 및 배터리 냉각수 회로부(140) 내의 각 펌프(132,142) 동작이 정지되어 실내난방 냉각수 회로부(130) 및 배터리 냉각수 회로부(140) 내에서 냉각수의 순환은 이루어지지 않게 된다.
반면, 전장품 냉각수 회로부(120)에서는 펌프(124)의 구동에 따라 냉각수의 순환이 이루어지게 되는데, 이때, 바이패스 밸브(122)의 유로 변경을 통해 냉각수가 바이패스 유로(123) 측으로 우회되어 순환될 수 있도록 냉각수의 유동 경로가 제어된다. 아울러, 분기냉매라인(L3) 상의 제2팽창밸브(156)는 폐쇄되어 통합형 칠러(150) 측으로 냉매의 유입이 이루어지지 않도록 제어된다.
이에 따라, 압축기(102)에서 배출되는 고온의 냉매가 HVAC 모듈 내부에 위치한 내부열교환기(106)로 유입되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환을 통해 실내난방이 이루어질 수 있다. 이 경우 실내난방 냉각수 회로부(130)의 작동은 오프(OFF)된 상태이므로 내부열교환기(106)로 유입되는 고온 냉매에 의해서만 실내난방이 실시될 수 있다.
그리고, 전장품 냉각수 회로부(120)에서는 차량의 전장품에서 발생하는 열을 흡수한 냉각수가 증발기로서 기능을 하는 수냉식 응축기(110)의 냉매와 열교환 후 온도가 낮아진 상태에서 전장품 라디에이터(121)로 유입되어 추가적으로 방열되고 바이패스 유로(123)를 따라 우회한 후 전장품 냉각수단(125)으로 유입되어 전장품을 냉각하는 순환 과정을 거치게 된다.
한편, 도 6은 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내난방 및 제습 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주고 있다.
도 6에서 보는 바와 같이, 실내난방 및 제습 모드에서의 냉매의 흐름은 "압축기(102) - 제1사방밸브(V1) - 수냉식 응축기(110) - 중간열교환기(104) - 내부열교환기(106, 증발기로 기능) - 제1사방밸브(V1) - 중간열교환기(104) - 어큐뮬레이터(101) - 압축기(102)" 순으로 냉매가 유동하고, 동시에 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출되는 냉매의 일부는 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하여 통합형 칠러(150)를 거쳐 중간열교환기(104)로 유입되는 유동 경로를 형성할 수 있다.
그리고, 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130)는 제2사방밸브(V2)의 유로변경에 의해 상호 간에 냉각수의 이동이 가능하여 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130) 간에 냉각수의 순환이 이루어지고, 상기 실내난방 냉각수 회로부(130)와 배터리 냉각수 회로부(140) 상호 간에는 냉각수가 유출입되지 않도록 제3사방밸브(V3)를 통해 냉각수 경로가 통제된다.
이 경우, 배터리 냉각수 회로부(140)는 펌프(142)의 구동이 정지되어 냉각수의 순환이 이루어지지 않게 되며, 전장품 냉각수 회로부(120)에서는 바이패스 밸브(122)에 의해 바이패스 유로(123)가 차단되어 전장품 냉각수 회로부(120)의 냉각수가 제2사방밸브(V2)를 통해 실내난방 냉각수 회로부(130)의 냉각수 전기히터(131) 측으로 유입됨으로써 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130) 상호 간에 냉각수의 순환이 이루어질 수 있다.
이에 따라, 압축기(102)에서 배출되는 냉매는 수냉식 응축기(110)에서 전장품 냉각수 회로부(120)의 냉각수와 열교환 후 냉매라인(L2)과 분기냉매라인(L3)을 따라 각각 이동하게 되는데, 이때 상기 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매는 통합형 칠러(150)와 중간열교환기(104)를 거쳐 압축기(102)로 이동하게 되고, 상기 냉매라인(L2)을 따라 이동하는 냉매는 제1팽창밸브(105)를 거쳐 저온 상태로 만들어진 후 HVAC 모듈 내부의 내부열교환기(106)로 유입된다.
이와 함께, 차량의 전장품에서 발생된 폐열을 흡수한 냉각수는 수냉식 응축기(110)에서 고온의 냉매와 열교환되어 보다 높은 고온 상태로 만들어진 후 제2사방밸브(V2)를 통해 실내히터(133) 측으로 유입되어 차량의 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환을 통해 차량 실내난방이 이루어질 수 있고, 동시에 상기 송풍되는 일부의 공기가 내부열교환기(106)를 통과하는 저온의 냉매와 열교환에 의해 응축됨으로써 실내 제습이 이루어질 수 있다.
이와 같이, 실내난방 및 제습 모드에서는 차량의 전장품에서 발생하는 폐열과 수냉식 응축기(110)에서 고온 냉매와의 열교환을 통해 얻어진 폐열을 활용하여 냉각수 전기히터(131)를 가동하지 않고서도 실내난방이 가능해지기 때문에 냉각수 전기히터(131)의 전력소모를 최소화할 수 있다.
다음으로, 도 7은 본 발명의 통합 열관리 시스템이 실내난방, 제습, 및 배터리 승온 모드로 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주고 있다.
도 7에서 보는 바와 같이, 실내난방, 제습, 배터리 승온 모드에서의 냉매의 흐름은 "압축기(102) - 제1사방밸브(V1) - 수냉식 응축기(110) - 중간열교환기(104) - 내부열교환기(106, 증발기로 기능) - 제1사방밸브(V1) - 중간열교환기(104) - 어큐뮬레이터(101) - 압축기(102)" 순으로 냉매가 유동될 수 있다. 이 경우 분기냉매라인(L3)에 위치한 제2팽창밸브(156)는 폐쇄되기 때문에 통합형 칠러(150)로의 냉매의 유입은 차단된다.
또한, 제2사방밸브(V2) 및 제3사방밸브(V3)의 유로변경에 의해 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130) 및 배터리 냉각수 회로부(140) 상호 간에는 냉각수의 이동이 가능해지며, 전장품 냉각수 회로부(120)에서는 바이패스 밸브(122)에 의해 바이패스 유로(123)가 차단되어 전장품 냉각수 회로부(120)의 냉각수가 제2사방밸브(V2)를 통해 실내난방 냉각수 회로부(130)의 냉각수 전기히터(131)를 거쳐 배터리(141) 측으로 전달되는 과정을 거쳐 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130)와 배터리 냉각수 회로부(140) 상호 간에 냉각수의 순환이 이루어질 수 있다.
이에 따라, 차량의 전장품에서 발생된 폐열을 흡수한 냉각수가 수냉식 응축기(110)에서 고온의 냉매와 열교환되어 보다 높은 고온 상태로 만들어진 후 제2사방밸브(V2)를 통해 실내히터(133) 측으로 유입되어 차량의 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환을 통해 차량 실내난방이 이루어지고, 이후 상기 제3사방밸브(V3)를 통해 배터리 냉각수 회로부(140)로 이동하는 냉각수에 의해 배터리(141)의 승온이 이루어질 수 있다. 또한, 압축기(102)에서 배출되는 냉매가 수냉식 응축기(110)에서 전장품 냉각수 회로부(120)의 냉각수와 열교환 후 냉매라인(L2)을 따라 이동하여 제1팽창밸브(105)를 거쳐 저온 상태로 만들어진 후 HVAC 모듈 내부의 내부열교환기(106)로 유입되어 실내로 송풍되는 공기와 열교환됨으로써 실내 제습이 이루어질 수 있다.
이와 같이, 실내난방, 제습, 배터리 승온 모드에서는 차량의 전장품에서 발생하는 폐열과 수냉식 응축기(110)에서 냉매와의 열교환을 통해 얻어진 폐열을 활용하여 냉각수 전기히터(131)를 가동하지 않고서도 실내난방 및 매터리난방이 가능해지기 때문에 냉각수 전기히터(131)의 전력소모를 최소화하여 열관리 시스템의 효율을 향상시킬 수 있고, 이를 통해 차량의 주행거리를 증대시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 통합 열관리 시스템의 구성에 따르면, 기존의 전장품 칠러와 배터리 칠러를 하나의 통합형 칠러(150) 내부에 일체로 구성함으로써, 기존 방식의 열관리 시스템과 같이 전장품 칠러 및 배터리 칠러를 각각 개별적으로 구비할 필요가 없고, 각각의 칠러 설치를 위한 팽창밸브 및 연결라인 등의 추가 구성부품이 필요치 않기 때문에 부품수의 감소에 따른 원가절감 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기존 방식의 전기 자동차용 열관리 시스템에서는 실내난방 및 제습 모드로 운전시 실내난방을 위한 열원으로 냉각수 전기히터를 사용하였으나, 본 발명의 전기 자동차 통합 열관리 시스템에서는 냉각수 전기히터를 구동하지 않고서도 차량의 전장품에서 회수한 폐열과 수냉식 응축기에서 냉매와 열교환을 통해 얻어진 폐열을 이용하여 실내난방과 배터리 승온에 활용할 수 있기 때문에, 냉각수 전기히터의 전력소모를 최소화하여 열관리 시스템의 효율을 향상시킬 수 있고, 이를 통해 차량의 주행 마일리지를 크게 증대시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 총 주행거리가 낮은 저온 환경에서도 높은 수준의 저온 연비 달성이 가능한 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다
101 : 어큐뮬레이터
102 : 압축기
104 : 중간열교환기 105; 제1팽창밸브
106 : 내부열교환기 110 : 수냉식 응축기
120 : 전장품 냉각수 회로부 121 : 전장품 라디에이터
122 : 바이패스 밸브 123 : 바이패스 유로
124, 132, 142 : 펌프 125 : 전장품 냉각수단
130 : 실내난방 냉각수 회로부 131 : 냉각수 전기히터
133 : 실내히터 140 : 배터리 냉각수 회로부
141 : 배터리 150 : 통합형 칠러
152 : 전장품 칠러부 154 : 배터리 칠러부
156 ; 제2팽창밸브 V1,V2,V3 : 제1,2,3사방밸브
104 : 중간열교환기 105; 제1팽창밸브
106 : 내부열교환기 110 : 수냉식 응축기
120 : 전장품 냉각수 회로부 121 : 전장품 라디에이터
122 : 바이패스 밸브 123 : 바이패스 유로
124, 132, 142 : 펌프 125 : 전장품 냉각수단
130 : 실내난방 냉각수 회로부 131 : 냉각수 전기히터
133 : 실내히터 140 : 배터리 냉각수 회로부
141 : 배터리 150 : 통합형 칠러
152 : 전장품 칠러부 154 : 배터리 칠러부
156 ; 제2팽창밸브 V1,V2,V3 : 제1,2,3사방밸브
Claims (9)
- 냉매를 압축하여 토출하는 압축기(102);
상기 압축기(102) 또는 내부열교환기(106)로부터 전달되는 냉매를 전장품 냉각수 회로부(120)를 순환하는 냉각수와 열교환시키는 수냉식 응축기(110);
상기 수냉식 응축기(110)에서 전달된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 상기 압축기(102)에서 배출된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키는 내부열교환기(106);
상기 압축기(102)로부터 토출되는 냉매를 공조 모드에 따라 상기 수냉식 응축기(110) 또는 내부열교환기(106)로 전달하는 제1사방밸브(V1);
상기 전장품 냉각수 회로부(120)와 실내난방 냉각수 회로부(130) 사이에 설치되어, 공조 모드에 따라 유로변경을 통해 상기 전장품 냉각수 회로부(120)의 냉각수를 상기 실내난방 냉각수 회로부(130)로 선택적으로 전달하는 제2사방밸브(V2);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 수냉식 응축기(110)와 내부열교환기(106) 사이를 연결하는 냉매라인(L2)의 일측으로부터 분기되어 상기 수냉식 응축기(110)에서 압축기(102)로 향하는 또 다른 냉매라인을 형성하는 분기냉매라인(L3)이 설치된 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매와 내부를 순환하는 냉각수와의 열교환을 통해 배터리(141)의 냉각 또는 승온을 수행하는 배터리 냉각수 회로부(140)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 실내난방 냉각수 회로부(130)와 상기 배터리 냉각수 회로부(140) 사이에 설치되어, 공조 모드에 따라 유로변경을 통해 상기 실내난방 냉각수 회로부(130)의 냉각수를 상기 배터리 냉각수 회로부(140)로 선택적으로 전달하는 제3사방밸브(V3)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매와 상기 전장품 냉각수 회로부(120)를 순환하는 냉각수 및 상기 배터리 냉각수 회로부(140)를 순환하는 냉각수를 각각 열교환시키는 통합형 칠러(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 통합형 칠러(150)의 입구측 분기냉매라인(L3) 상에는 냉매의 이동을 차단하거나 냉매를 팽창시켜 저온 상태로 상기 통합형 칠러(150)로 유입시키는 팽창밸브(156)가 설치된 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 전장품 냉각수 회로부(120)에는 전장품 라디에이터(121)를 통과한 냉각수가 상기 통합형 칠러(150) 측으로 바이패스되는 바이패스 유로(123)가 설치되고, 상기 바이패스 유로(123) 측으로 냉각수의 이동을 선택적으로 허용하는 바이패스 밸브(122)가 설치된 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 통합형 칠러(150)는,
상기 전장품 냉각수 회로부(120)의 바이패스 유로(123)를 따라 이동하는 냉각수와 상기 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매가 열교환되는 전장품 칠러부(152)와;
상기 배터리 냉각수 회로부(140)를 순환하는 냉각수와 상기 분기냉매라인(L3)을 따라 이동하는 냉매가 열교환되는 배터리 칠러부(154)가 서로 구획되어 하나의 몸체 내에 통합된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 분기냉매라인(L3)을 따라 압축기(102)로 이동하는 냉매와, 상기 수냉식 응축기(110)에서 내부열교환기(106)로 이동하는 냉매를 열교환시키는 중간열교환기(104)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 통합 열관리 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020210163319A KR20230076417A (ko) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | 전기 자동차의 통합 열관리 시스템 |
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| KR1020210163319A KR20230076417A (ko) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | 전기 자동차의 통합 열관리 시스템 |
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|---|---|
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2021
- 2021-11-24 KR KR1020210163319A patent/KR20230076417A/ko unknown
Patent Citations (1)
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