KR20230098622A - 배터리 구동 차량용 냉각기가 있는 히트 펌프 어셈블리 및 히트 펌프 어셈블리 작동 방법 - Google Patents

배터리 구동 차량용 냉각기가 있는 히트 펌프 어셈블리 및 히트 펌프 어셈블리 작동 방법 Download PDF

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Abstract

배터리 구동 차량용 냉각기가 있는 히트 펌프 어셈블리 및 히트 펌프 어셈블리 작동 방법.
본 발명은 압축기(1), 가열 응축기(2), 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(3), 주변 열교환기(4), 팽창 기능을 갖는 관련 냉매 밸브(5)를 갖는 적어도 하나의 증발기(6) 및 냉각기 바이패스(29)를 거치는 냉매 경로 및 냉각기(9)를 거치는 냉매 경로를 갖고 증발기(6)에 병렬로 배치된 팽창 기능을 갖는 3/2 방향 냉매 밸브(8)를 포함하는 냉매 회로를 구비하는, 배터리 구동 차량용 냉각기를 구비한 히트 펌프 어셈블리에 관한 것이다.

Description

배터리 구동 차량용 냉각기가 있는 히트 펌프 어셈블리 및 히트 펌프 어셈블리 작동 방법
본 발명은 배터리 구동 차량용 냉각기를 구비한 히트 펌프 어셈블리에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 선택된 작동 모드에서 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법에 관한 것으로, 여기서 히트 펌프 어셈블리의 냉매 회로는 객실의 냉각을 포함하며 따라서 결합된 히트 펌프와 냉각 장치를 구성한다.
본 발명의 적용 분야는 일반적으로 차량의 구동 트레인에 에너지를 공급하기 위해 에너지 저장 장치로 고전압 배터리(HV 배터리)를 사용하는 전기 구동 차량 분야이다. 본 발명의 다른 적용 분야는 소량의 폐열만 발생하고 배터리가 열 관리 시스템에 통합된 소위 플러그인 하이브리드가 장착된 차량이다.
이러한 측면에서, 배터리 및 전기 구동 트레인의 최적의 열 관리와 함께 차량에 효율적인 열 공급이 중요한 역할을 한다.
전기 배터리 구동 차량은 폐열 발생이 상대적으로 적기 때문에 차량 실내의 난방을 위한 열을 효율적으로 생성하고 충분한 양과 적절한 온도 수준으로 공급해야 할 필요성이 일반적으로 발생한다.
종래 기술에서는, 냉각 유닛용 냉매 회로와 히트 펌프 회로가 이 구조로 알려져 있으며, 이는 배터리 구동 차량에 특별히 맞춤화되어 있다.
예를 들어, DE 10 2019 109 796 A1은 열 유동 관리 장치 및 열 유동 관리 장치의 작동 방법을 개시하는데, 여기에는 냉매 회로와 구동 트레인 냉각수 회로 및 가열 라인 열 전달 회로를 갖추고 있다.
DE 10 2016 100 971 A1은 히트 펌프 서브 시스템을 갖춘 차량용 공조 시스템에 관한 것이며, DE 10 2008 062 176 A1은 자동차의 전기 요소 온도를 제어하는 장치 및 방법을 개시한다.
US 2019/0344640 A1은 히트 펌프로 구성된 차량용 열 관리 장치를 개시하고 있다.
DE 10 2020 111 505 A1은 배터리 구동 차량용 히트 펌프 어셈블리 및 히트 펌프 어셈블리 작동 방법에 관한 것으로, 차량의 폐열을 활용하기 위해 냉매 회로와 열 전달 회로를 연결하기 위해 다수의 냉각기가 요구된다.
그러나, 이러한 시스템은 대개 매우 복잡하여 공조 장치라고도 하는 차량의 에어컨을 통한 적절한 열 공급에 대한 차량 탑승자의 필요와 요구 사항과 다양한 작동 상태 각각에서 최적으로 요구되는 배터리 및 전기 구동 트레인의 냉각 또는 가열을 조합하는 것이 매우 어렵다.
본 발명의 목적은 자동차의 승객실용 에어컨에 열을 공급하기 위한 히트 펌프의 효율을 높이고 배터리에 최적의 열을 공급할 수 있는 가능성을 갖는, 효율적인 냉각뿐만 아니라 특정 작동 상태에서 필요한 난방을 포함하는 배터리 구동 차량용 히트 펌프 어셈블리를 제공하는 데 있다.
배터리 구동 전기 자동차의 열 관리 시스템 내의 히트 펌프 어셈블리는 다양한 작동/환경 조건에서 유연하게 작동할 수 있다. 차량 및 열 관리 시스템의 작동은 주변 환경 및 주행 조건, 사용자 편의 요구 사항, 배터리, 전기 구동 트레인 및 제어 유닛의 구성 요소 기능, 안전 측면 등 다양한 요소의 영향을 받는다. 따라서, 허용 온도 범위 내에서 차량 구성품의 작동을 보장하는 동시에 실내 에어컨과 같은 편의 기능을 제공하려면 신뢰할 수 있는 차량 전체 열 관리 및 히트 펌프 어셈블리가 요구된다. 또한, 열 시스템은 김서림 방지 특성을 얻기 위해 앞 유리의 제빙 및 제습과 같이 차량의 안전한 작동을 보장해야 한다.
이 목적은 독립 특허 청구항의 특징을 갖는 히트 펌프 어셈블리 및 방법에 의해 실현된다. 추가적인 개선 사항은 종속 청구항에 명시되어 있다.
본 발명의 목적은 특히 냉매 회로와 두 개의 냉각수 회로, 배터리 냉각수 회로 및 구동 트레인 냉각수 회로를 갖는 배터리 구동 차량용 냉각기를 구비한 히트 펌프 어셈블리에 의해 달성된다. 냉매 회로는 적어도 하나의 압축기, 가열 응축기, 주변 열교환기와 관련된 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브, 팽창 기능을 갖는 관련 냉매 밸브를 갖는 적어도 하나의 증발기 및 냉각기 바이패스를 거치는 냉매 경로 및 냉매 측에 연결된 냉각기를 거치는 냉매 경로를 갖는 증발기에 병렬로 배치된 팽창 기능을 갖는 3/2 방향 냉매 밸브를 포함한다.
팽창 기능이 있는 냉매 밸브를 갖춘 주변 열교환기 바이패스는 가열 응축기와 팽창 기능이 있는 하류 냉매 밸브 사이의 냉각기의 상류에 배치된다.
배터리 냉각수 회로에는 냉각수 펌프, 냉각수 측에 연결된 냉각기, 배터리 열교환기 및 배터리 냉각 라디에이터가 있으며, 보조 냉각수 히터를 갖춘 배터리 냉각 라디에이터 바이패스는 3/2 방향 냉각수 밸브를 거쳐 배터리 냉각 라디에이터와 병렬로 배터리 냉각수 회로에 배치되어 있다.
구동 트레인 냉각수 회로는 냉각수 펌프, 구동 트레인 냉각기 및 구동 트레인 냉각 라디에이터를 포함하며, 배터리 냉각수 회로의 배터리 냉각 라디에이터 바이패스에 대한 유체 연결은 구동 트레인 냉각 라디에이터와 병렬로 형성된다.
또한, 3/2 방향 냉각수 밸브를 갖춘 배터리 열교환기 바이패스가 배터리 냉각수 회로에 배치되어 구동 트레인 냉각수 회로로부터 냉각기로 직접 연결된다.
3/2 방향 밸브들의 기능은 개별 구성 요소로도 얻을 수 있다. 그러나 이는 장비 측면에서 더 많은 지출로 이어진다.
유리하게는, 차량 실내의 공기를 가열하기 위한 가열 응축기 외에 차량의 에어컨에 공기 PTC가 배치된다.
히트 펌프 어셈블리의 유리한 실시 예는 3/2 방향 냉매 밸브가 있는 구동 트레인 루프가 구동 트레인 냉각 라디에이터에 병렬로 형성된다는 것이다. 더욱이, 구동 트레인 루프는 유리하게는 배터리 냉각수 회로에 대한 유체 연결과 병렬로 배치된다.
장점으로는, 주변 열교환기, 구동 트레인 냉각 라디에이터 및 배터리 냉각 라디에이터가 하나의 라디에이터 유닛에 결합되어 있다는 점이다.
보다 유리하게는, 냉매 수집기는 냉매 회로에서 압축기의 상류에 배치되고, 냉매 회로에서 냉매로 R134a 또는 R1234yf를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적상, 가열 응축기는 차량의 실내 난방을 위해 차량의 에어컨 내부의 열을 에어컨의 공기 흐름으로 전달하는 열교환기를 의미하는 것으로 이해된다. 주변 열교환기는 어셈블리가 히트 펌프로 작동하는 경우 라디에이터로서 주변 공기로부터 열을 흡수하거나 냉각 유닛으로 작동하는 경우 주변 공기로 열을 방출하는 열교환기를 목적으로 한다.
냉각기는 일측은 냉매 회로에 다른 일측은 냉각수 회로에 통합된 열교환기로, 냉각기는 냉각수 측의 배터리 열교환기 및 구동 트레인 냉각기에 냉기를 공급하고 냉매 측에서 열을 방출한다.
냉매 수집기는 어큐뮬레이터라고도 하며 선택적으로 압축기의 상류에서 액체 냉매를 위한 분리기로 설계 및 작동될 수도 있다.
바이패스는 냉매 회로의 구성 요소를 우회하거나 냉매 질량 흐름의 일부를 관련 구성 요소에 병렬로 보내는 냉매 라인을 의미하는 것으로 이해된다.
차량의 냉각수 회로는 냉각기를 거쳐 냉매 회로에 열적으로 결합되며, 일반적으로 전체 시스템의 작동 상태에 따라 냉각수 또는 열 전달 매체 역할을 하는 물/글라이콜 혼합물이 포함되어 있다.
저온 냉각기들은 주변 공기로 열을 방출하는 라디에이터들로 설계된 냉각수 냉각기들이다. 냉각수 회로에서 배터리 열교환기는 배터리에서 발생하는 폐열을 흡수하고 이를 방출하여 배터리가 최적의 작동 모드로 작동할 수 있도록 한다. 구동 트레인 냉각기는 또한 구동 트레인 구성 요소의 열을 흡수하여 이를 냉각시킨다. 예를 들어, 구동 트레인의 구성 요소는 폐열을 발생시키는 전자 부품과 전동 드라이브 자체이다.
능동 냉각은 냉매 회로를 통한 냉각을 의미하는 것으로 이해되는 반면, 수동 냉각은 라디에이터를 통해 열을 주변 환경으로 방출하는 냉각을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 개념은 배터리 구동 전기 자동차의 열 관리 시스템이 본 발명에 따른 히트 펌프 어셈블리를 사용하여 냉매 및 냉각수 회로를 통해 다양한 열원과 싱크를 연결한다는 것이다. 일반적으로 시스템의 작동은 매우 유연하여 모든 구성 요소의 효율적이고 강력하며 동적인 작동을 가능하게 하고 다양한 차량 구성 요소의 상황에 따른 냉방 또는 난방을 보장한다.
차량의 용도에 따라 열 시스템 아키텍처는 예를 들어 히트 펌프 기능의 포함 여부와 같이 크게 다를 수 있다. 일반적으로 더 유연한 시스템은 차량 구성 요소 간에 더 다양하고 효율적인 열 전달을 가능하게 한다. 그러나, 이러한 효율성 및 성능 향상은 전형적으로 시스템 복잡성 및 관련 시스템 비용에 영향을 미친다.
열 관리 시스템 설계의 핵심 측면은 냉매 시스템과 냉매 회로를 연결하는 열교환기의 수를 포함한 냉매 회로의 구조이다. 일반적으로, 가장 효율적인 시스템 설계는 에어컨의 공기 경로에 증발기 외에 서로 다른 냉매 회로에 연결된 두 개의 개별 열교환기를 갖춘 이중 냉각기 배치를 갖추고 있다. 이러한 방식으로, 두 냉각수 회로의 병렬 작동이 가능하여 유연성을 최대화할 수 있다. 이러한 레이아웃은 특히 (저압) 흡입 측에서 냉매 시스템의 시스템 복잡성을 증가시킨다. 이로 인해 압력 손실이 증가하여 시스템 효율에 부정적인 영향을 미치고 COP(성능 계수)가 감소한다. 더욱이, 복잡한 회로로 인해 패키징 및 시스템 비용이 증가하게 된다.
또한, 열 관리 시스템은 정상 상태 및 높은 과도 작동을 포함한 모든 작동 조건에서 적절한 실내 난방 및 냉방 용량을 보장해야 한다. 히트 펌프 시스템 아키텍처는 일반적으로 주변, 구동 트레인, 배터리, 프로세서 유닛 등 보드에 존재하는 다양한 열원을 사용할 수 있지만, 특히 높은 가열을 사용하는 과도 작동 시에는 이러한 열원이 충분하지 않을 수 있다.
예를 들어, 주변 온도가 매우 낮고 차량 실내와 배터리가 차가운 상태에서 차량을 시운전하는 것이 중요한 작동 사례 중 하나이다. 실내와 배터리의 빠른 가열을 보장하기 위해 최신 열 관리 시스템은 냉각수 회로와 실내로 통하는 공기 경로에 모두 설치될 수 있는 저전압 또는 고전압 PTC(PTC 서미스터, 양의 온도 계수)와 같은 추가 전기 가열 요소를 포함한다. 이 기술은 주로 비히트펌프 시스템에서 사용되며, 일반적으로 실내로 공급되는 공기의 가열이 공기 PTC에 의해서만 제공된다. 그러나, 더 높은 난방 용량과 향상된 시스템 역학으로 인한 편안함을 위해 히트 펌프 시스템에 공기 PTC를 보완하는 경우도 흔하다. 그러나 공기 PTC는 시스템의 전체 비용을 크게 증가시킨다.
본 발명에 따르면, 두 가지 새로운 시스템 아키텍처가 독립 특허 청구항들에 따라 히트 펌프 어셈블리로 도출되어 열 관리 시스템의 유연하고 강력하며 효율적인 작동을 가능하게 한다. 두 히트 펌프 어셈블리 모두 필요한 구성 요소를 줄여 시스템 아키텍처 및 관련 시스템 비용을 간소화할 수 있다. 또한, 일 실시예에서는 공기 경로의 고전압 PTC를 생략할 수 있으므로 전체 시스템 비용을 더욱 크게 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 대한 보다 상세한 내용, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면에서:
도 1은 히트 펌프 어셈블리의 흐름도를 도시한다.
도 2는 실내를 열원으로 하고 주변 환경을 방열판(히트 싱크)으로 하는 실내 냉방의 흐름도를 도시한다.
도 3은 실내와 배터리를 열원으로 하고 주변 환경을 방열판으로 하는 실내 냉방 및 능동 배터리 냉각의 흐름도를 도시한다.
도 4는 실내를 열원으로 하고 주변 환경을 방열판으로 하는 실내 냉방 및 수동 배터리 냉각의 흐름도를 도시한다.
도 5는 실내와 배터리를 열원으로 하고 주변 환경을 방열판으로 하는 실내 재가열 및 능동 배터리 냉각의 흐름도를 도시한다.
도 6은 주변 환경과 배터리를 열원으로, 실내를 방열판으로 하여 실내를 재가열하는 흐름도를 도시한다.
도 7은 주변 환경과 보조 히터를 열원으로 하고 실내를 방열판으로 하는 실내 재가열의 흐름도를 도시한다.
도 8은 주변 환경과 보조 히터를 열원으로 하고 실내를 방열판으로 하는 실내 재가열의 흐름도를 도시한다.
도 9는 주변 환경을 열원으로 하고 실내를 방열판으로 하는 실내 난방의 흐름도를 도시한다.
도 10은 주변 환경과 구동 트레인을 열원으로, 실내와 배터리를 방열판으로 하는 실내 난방의 흐름도를 도시한다.
도 11은 주변 환경과 구동 트레인을 열원으로, 실내를 방열판으로 하는 실내 난방의 흐름도를 도시한다.
도 12는 구동 트레인을 열원으로 하고 실내를 방열판으로 하는 실내 난방의 흐름도를 도시한다.
도 13은 구동 트레인 루프가 있는 히트 펌프 어셈블리를 도시한다.
도 14는 구동 트레인과 보조 히터를 열원으로 하고 실내를 방열판으로 하는 실내 난방의 흐름도를 도시한다.
도 15는 보조 히터를 열원으로 하고 실내를 방열판으로 하는 실내 난방의 흐름도를 도시한다.
도 16은 보조 히터를 열원으로 하고 실내를 방열판으로 하는 주변 열교환기 제빙의 흐름도를 도시한다.
도 1에 따른 히트 펌프 어셈블리는 중앙 냉매 회로와 2개의 저온 냉각 회로, 배터리를 냉각/가열하기 위한 배터리 냉각수 회로(24), 전기 구동 트레인을 냉각/가열하기 위한 구동 트레인 냉각수 회로(25)를 포함한다. 실내 에어컨은 냉매 회로에 의해 제공된다. 이 시스템은 표준 공조 시스템 아키텍처를 갖춘 모든 차량에 통합될 수 있다.
열 관리 시스템의 냉매 회로는 이중선으로 표시되어 있으며, 실내(객실)로 통하는 공기 경로에 있는 증발기(6) 외에 여러 개의 팽창 밸브(8, 10)에 연결된 단일 냉매 열교환기, 냉각기(9)를 기반으로 한다. 난방 모드에서 효율을 극대화하기 위해 시스템은 에어컨 장치(공조 장치)(27)의 차량 실내 공기(34)를 위한 공기 경로에 직접 열교환기, 가열 응축기(2)를 갖는다. 이 시스템은 R134a 및 R1234yf와 같은 냉매로 작동하도록 설계하는 것이 바람직하다. 차량의 에어컨 장치(27)에서 차량 실내 공기(34)가 조화된다. 보다 넓은 의미에서, 이는 필요에 따라 에어컨 장치(27)로부터 차량 실내로 유입되는 공기의 냉방, 난방 및 제습을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
시스템 아키텍처는 각각 여러 열원 및 싱크를 사용하여 팽창 및 방향 밸브를 최소로 사용하면서 냉방, 난방 및 제습과 같은 다양한 작동 모드에서 히트 펌프 시스템을 유연하게 작동할 수 있도록 한다. 각각의 열원 및 싱크는 주변 환경, 고전압 배터리, 전기 및 전자 부품이 포함된 전기 구동 트레인, 고전압 공기 PTC 및 냉각수 히터이다.
냉매 회로 내에서 압축기(1)는 에어컨 장치(27)에 통합된 가열 응축기(2)에 연결된다. 가열 응축기(2)에서 냉매는 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)를 통해 주변 열교환기(OHX)(4)로 전달될 수 있다. 가열 응축기(2)와 주변 열교환기(4) 사이에 냉매 밸브(3)를 사용하면 이 두 구성 요소 간에 서로 다른 압력 수준을 설정할 수 있다. 이 기능은 냉각 모드에서 주변 공기(26)로의 열 전달과 난방 모드에서 주변 공기(26)로부터의 열 흡수를 제어하는 데 필요하다. 이러한 방식으로, 전체 시스템은 세 가지 다른 압력 레벨에서 작동할 수 있으며, 중간 압력 레벨은 고압과 흡입 압력 레벨 사이에서 달라질 수 있다.
주변 열교환기(4)를 통한 상호 연결의 대안으로, 가열 응축기(2)는 주변 열교환기 바이패스(28)를 통해 냉각기(9) 입구에서 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(10)에도 연결된다.
냉각 모드에서는, 냉매가 주변 열교환기(4)를 통과하여 응축 열을 주변 환경으로 발산한다. 난방 모드에서는, 응축 열이 가열 응축기(2)에서 방출되어 에어컨 장치(27)에서 조절되는 차량 실내 공기(34)를 가열한다.
주변 열교환기(4)의 출구는 증발기(6) 입구에 있는 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(5)와 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(8)에 모두 연결된다. 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(8)는 1, 2, 3으로 표시된 세 개의 포트를 가지고 있다. 포트 2와 포트 3은 출력이고 포트 1은 입력이다. 냉매 밸브(8)의 팽창 측이 출력(2)에서 냉각기(9)에 연결되는 동안, 출력(1)은 냉각기 바이패스(29)라고 하는 바이패스 라인을 통해 냉매 수집기(11) 및 압축기(1)로 향하는 시스템의 흡입 측에 직접 연결된다. 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(8) 대신 해당 기능이 있는 개별 밸브를 대안으로 사용할 수도 있다.
증발기(6), 냉각기(9) 및 냉각기 바이패스(29)의 출구에서 흡입 측의 냉매 라인은 냉매 수집기(11)로의 입구 상류에서 서로 연결되는 것이 바람직하다. 냉매 수집기(11)의 출구는 압축기(1)의 흡입 측에 연결된다. 이 아키텍처를 사용하면, 냉매가 주변 열교환기(4), 에어컨 장치(27)의 증발기(6) 및 냉각기(9)에서 부분적으로 증발, 증발 및 과열될 수 있다.
특정 시스템 레이아웃으로 인해 냉매 회로는 서로 다른 압력 수준에서 주변 열교환기(4)와 냉각기(9)를 병렬로 작동할 수 있다. 필요한 경우 주변 열교환기(4)와 냉각기(9)를 직렬 모드로 작동할 수도 있다. 작동 모드는 차량의 온도 및 열원 등 주변 환경과 작동 조건에 따라 유연하게 적용될 수 있다.
배터리 냉각수 회로(24)는 점선으로 표시되어 있으며 냉각기(9)를 통해 냉매 회로와 통신한다. 냉각기(9)의 출구에서, 냉각수는 3/2 방향 냉각수 밸브(18)를 통해 HV 배터리 냉각을 위해 배터리 열교환기(19)로 안내되거나 병렬 바이패스 라인, 배터리 열교환기 바이패스(32)를 통해 안내된다. 배터리 열교환기(19)의 출력에서, 또 다른 3/2 방향 냉각수 밸브(20)는, 예를 들어, 냉각수를 배터리 냉각수 회로(24)의 배터리 냉각 라디에이터(13)로 향하게 하거나, 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)를 통해 배터리 가열에 사용되는 선택적 보조 전기 냉각수 히터(21) 쪽으로 향하게 한다. 냉각수는 배터리 냉각 라디에이터(13)와 선택적 보조 냉각수 히터(21)에 모두 연결된 냉각기(9) 입구에 있는 냉각수 펌프(17)를 사용하여 순환된다.
구동 트레인 냉각수 회로(25)는 연속 실선으로 표시되어 있으며 구동 트레인 냉각기(15)를 통해 전기 구동 트레인을 냉각하는 데 사용된다. 전기 구동 트레인의 구동 트레인 냉각기(15)의 출구에서 3/2 방향 냉각수 밸브(14)는 냉각수를 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)로 향하게 한다. 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)는 구동 트레인 냉각기(15)의 입구에 위치한 냉각수 펌프(16)에 연결된다. 이러한 방식으로, 구동 트레인 냉각수 회로(25)를 사용하여 전기 구동 트레인을 수동적으로 냉각할 수 있으므로 효율적인 시스템 작동이 가능하다. 구동 트레인의 열을 활용하려는 경우, 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 배터리 냉각수 회로(24)의 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)에 연결되어 개략적으로 표시된 대로 3/2 방향 냉각수 밸브(14)를 통해 배터리 냉각수 회로(24)에 연결될 수 있다.
에어컨 장치(27)에 공기 측 PTC 가열 요소(7)를 사용하여 실내 난방 용량을 추가로 확보할 수 있다.
히트 펌프 어셈블리의 라디에이터들, 구동 트레인 냉각 라디에이터(12), 배터리 냉각 라디에이터(13) 및 주변 열교환기(4)는 바람직하게는 하나의 라디에이터 유닛(31)에 구조적으로 결합되어 있다.
도 2는 도 1의 히트 펌프 어셈블리의 강조 표시된 구성 요소들을 통한 모드 1 실내 냉방을 도시한다. 아래 도면들 전체에서, 비활성 구성요소 및/또는 냉매 또는 냉각수 라인은 가는 선으로 표시되어 있고 활성 냉매 또는 냉각수 라인은 상대적으로 굵은 선으로 표시되어 있다.
다음의 도면들에서, 밸브의 스위칭 상태는 기호가 표시되는 방식에 따라 설명된다. 삼각형 기호가 윤곽선으로만 표시되고 비어 있으면 밸브가 열려 있는 것이다. 삼각형 기호가 완전히 채워지면 밸브가 닫힌 것이다. 밸브가 확장 기능과 함께 작동되는 경우(제공된 경우) 삼각형이 해칭으로 표시된다.
도 2에 표시된 모드는 30℃ 이상의 높은 주변 온도에 맞게 설계된다.
이 모드에서는, 냉매가 압축기(1)의 하류에 있는 공냉식 주변 열교환기(OHX)(4)를 통해 흐르면서 응축 열을 주변 환경으로 방출한다. 냉매 유동은 증발기(6)의 상류에 배치된 EXV(5)와 함께 증발기(6)로 팽창되어 증발기(6)를 통해 실내로 유입되는 공기(34)를 냉각시킨다. 냉매 밸브(3)는 팽창 기능 없이 최대 통로로 전환되고 에어컨 장치(27)의 가열 응축기(2)는 무기능으로 전환되어 냉매 회로가 전체 냉방 용량을 공기(34)로 방출하여 차량 실내를 냉각시킨다.
배터리 냉각수 회로(24)는 재순환 모드에서 작동하여 온도 분포와 관련하여 배터리를 균질화한다. 냉각기(9)가 작동하지 않고 해당 냉매 밸브가 닫혀 있으므로 이 모드에서 냉각기(9)는 열 전달과 관련하여 기능이 없으며 냉각수 측으로만 통과한다. 냉각수는 냉각수 펌프(17)에서 냉각기(9)를 거쳐 배터리 열교환기(19) 및 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)를 거쳐 다시 냉각수 펌프(17)로 순환하여 흐른다. 이 모드에서는, 보조 냉각수 히터(21)가 작동하지 않으며 열 전달과 관련하여 어떠한 기능도 수행하지 않는다.
전기 구동 트레인의 구동 트레인 냉각수 회로(25)의 냉각수는 냉각수 펌프(16)로부터 구동 트레인 냉각기(15)와 라디에이터로서 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)를 통해 유도되고, 이 과정에서 주변 공기(26)에 의해 수동적으로 냉각된다.
도 3은 모드 2 실내 냉방 및 능동 배터리 냉방을 도시한다. 이 모드는 30℃ 이상의 높은 주변 온도에서 사용된다.
이 모드에서는, 냉매가 공냉식 주변 열교환기(OHX)(4)를 통해 흐르면서 응축 열을 주변 공기(26)로 방출한다. 냉매의 부분 유동이 증발기(6)의 상류에 배치된 EXV(5)와 함께 증발기(6)로 팽창되어 모드 1과 유사하게 에어컨 장치(27)의 증발기(6)를 통해 실내로 유입되는 공기(34)를 냉각한다. 냉매 밸브(3)는 팽창 기능이 없는 상태로 전환되고 가열 응축기(2)도 기능이 작동하지 않는다.
주변 열교환기(OHX)(4)의 하류에 있는 냉매의 다른 부분 유동은 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(8)에서 팽창되고 배터리 냉각수 회로(24)에서 열을 흡수하여 냉각기(9)에서 증발되어 배터리를 냉각시킨 다음 증발기에서 나오는 냉매의 부분 유동과 결합되어 냉매 수집기(11)를 통해 압축기(1)로 향한다.
배터리 냉각수 회로(24)는 능동 냉각 모드에서 작동하여 배터리를 냉각한다. 냉각수는 배터리 열교환기(19)에서 배터리로부터 열을 흡수한 다음 냉각기(9)의 냉매 회로에 의해 능동적으로 냉각되어 냉매 회로로 열을 전달한다. 이를 위해 위에서 설명한 바와 같이 냉매의 부분 유동은 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(EXV)(8)를 통해 증발기(6)에 병렬로 안내되고 냉각기(9)로 유입될 때 팽창된다. 냉각수는 냉각수 펌프(17)에서 냉각기(9)를 거쳐 배터리 열교환기(19) 및 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)를 통해 다시 냉각수 펌프(17)로 순환하여 흐른다. 이 모드에서는, 보조 냉각수 히터(21)가 작동하지 않으며 열 전달과 관련하여 어떠한 기능도 수행하지 않는다.
도 2에 따른 작동 모드와 유사하게, 전기 구동 트레인의 구동 트레인 냉각수 회로(25)의 냉각수는 냉각수 펌프(16)로부터 구동 트레인 냉각기(15)와 라디에이터로서 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)를 통해 안내되고, 이 과정에서 주변 공기(26)에 의해 수동적으로 냉각된다.
도 4는 30℃ 이상의 높은 주변 온도에서 실내 냉방 및 수동 배터리 냉각 모드를 도시한다.
이 모드에서는, 냉매가 공냉식 주변 열교환기(OHX)(4)를 통해 흐르면서 응축 열을 주변 공기(26)로 방출한다. 냉매 유동은, 증발기(6)를 통해 흐르는 차량 실내 공기(34)를 냉각시키기 위해, 증발기(6)의 상류에 배치된 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(5)를 갖는 증발기(6)로 팽창된다. 냉매 밸브(3)는 팽창 기능 없이 최대 통로로 전환되고 에어컨 장치(27)의 가열 응축기(2)는 무기능으로 전환되어 냉매 회로가 전체 냉방 용량을 공기(34)로 방출하여 차량 실내를 냉각시킨다.
배터리 냉각수 회로(24)는 수동 냉각 모드로 작동하여 배터리 열교환기(19)를 통해 배터리를 냉각한다. 냉각수는 냉각수 펌프(17)에서 냉각기(9)를 통해 배터리 열교환기(19)로 흐르고, 배터리에서 열을 흡수한 다음 배터리 냉각 라디에이터(13)에서 냉각되어 주변 공기(26)로 열을 전달한다. 냉각기(9)는 작동 중이 아니며 관련 냉매 밸브들은 폐쇄되어 있다.
전기 구동 트레인은 도 2 및 도 3에 도시된 절차와 유사하게 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)를 사용하여 구동 트레인 냉각수 회로(25)를 통해 수동적으로 냉각된다.
도 5는 15℃ 이상의 비교적 온화한 주변 온도에서 실내 재가열 및 능동 배터리 냉각 모드를 도시한다.
차량 공조에서, 재가열 모드는 차량 실내로 공급될 공기(34)가 먼저 에어컨 장치(27)에서 냉각 및 제습된 후, 원하는 온도로 가열되는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 차량 실내 공기(34)의 습도를 낮춤으로써 차량 창문의 김서림이 감소 및/또는 방지된다.
이 모드에서는, 냉매가 공냉식 주변 열교환기(OHX)(4)를 통해 흐르면서 응축 열을 주변 공기(26)로 방출한다. 주변 공기(26)로의 열 방출 조절은 주변 열교환기(OHX)(4)로 들어가기 전에 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)를 통해 이루어진다. 주변 열교환기(OHX)(4)에서는 냉매가 중간 압력 수준으로 팽창된다.
냉매 유동은, 증발기(6)를 통해 실내로 유입되는 공기(34)를 냉각시키기 위해, 증발기(6)의 상류에 배치된 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(5)를 갖는 증발기(6)로 팽창된다. 이어서, 차량 실내 공기(34)는 에어컨 장치(27)의 가열 응축기(2)에 의해 재가열된다. 실내로 유입되는 공기 유동을 재가열하는 데 필요한 열 유동은 증발기(6)의 공기 유동에서 추출된 열 유동보다 적다. 전술한 공기(34)로부터 열을 추출하고, 공기(34)로부터 일체의 관련 습기를 추출하고, 이어서 공기(34)를 차량 실내를 위한 원하는 온도의 공기(34)로 가열하는 것을 재가열이라고 지칭한다.
배터리 냉각수 회로(24)는 수동 냉각 모드에서 작동하여 배터리를 냉각한다. 냉각수는 배터리 열교환기(19)를 통해 배터리에서 열을 흡수한 다음 배터리 냉각 라디에이터(13)에서 냉각되어 주변 공기(26)로 열을 전달한다. 냉각기(9)는 작동 중이 아니며 해당 냉매 밸브들은 폐쇄되어 있다. 전기 구동 트레인은 구동 트레인 냉각수 회로(25)의 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)를 통해 수동적으로 냉각된다.
배터리 냉각수 회로(24) 및 구동 트레인 냉각수 회로(25)의 작동 모드는 도 4에 설명된 회로 및 절차에 해당한다.
도 6은 0℃ 이상의 낮은 주변 온도에서 실내 재가열 모드를 도시한다.
이 모드에서는, 냉매가 공랭식 주변 열교환기(OHX)(4)를 통해 흐르면서 주변 환경의 열을 냉매로 전달한다. 이 과정에서 냉매가 증발하거나 부분적으로 증발한다. 주변 공기(26)로부터 열 흡수 조절은 주변 열교환기(4)로 들어가기 전에 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)를 통해 이루어진다. 주변 열교환기(4)에서는 냉매가 중간 압력 수준으로 팽창된다. 이전에는, 냉매로부터의 열이 가열 응축기(2)를 통해 실내 공조용 공기 유동으로 전달되고, 추가로 차량 실내 공기(34)가 공기 PTC(7)에 의해 가열된다. 공기 PTC(7)는 PTC 서미스터의 원리에 따라 차량 실내의 공기를 가열하기 위한 추가 열교환기이다. PTC 저항기 또는 PTC라고도 한다. 대안으로, 다른 추가 열교환기들을 사용하여 차량 실내 공기(34)를 가열할 수 있다.
그 하류에서, 냉매의 부분 유동은 증발기(6)의 상류에 배치된 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(5)에 의해 증발기(6)로 팽창되어 증발기(6)를 통해 실내로 유입되는 공기(34)를 냉각시킨다. 이어서, 차량 실내 공기(34)는 가열 응축기(2)에 의해 재가열된다. 실내 공급 공기를 재가열하는 데 도움을 주기 위해 공기 PTC(7)가 활성화될 수 있다. 실내로 유입되는 공기 유동을 재가열하는 데 필요한 열 유동은 증발기(6)의 공기 유동에서 추출되는 열 유동보다 더 크고, 특히 훨씬 더 크다.
이와 함께, 냉매의 부분 유동은 냉각기(9)의 상류에 배치된 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(EXV)(8)를 통해 냉각기(9)로 팽창된다. 시스템 성능을 높이기 위해, 전기 구동 트레인으로부터의 열은 구동 트레인 냉각기(15)로부터 전달되고, 선택적으로 배터리 열교환기(19)의 배터리로부터의 열은 냉각기(9)를 통해 냉매로 전달된다. 이를 위해, 배터리 냉각수 회로(24)는 능동 냉각 모드에서 작동하며 구동 트레인 냉각수 회로(25)에 연결된다. 표시된 모드에서, 냉각수는 배터리와 구동 트레인의 열을 흡수하여 이 열을 냉매 회로로 전달하고, 이 열은 가열 응축기(2)를 통해 차량 실내를 가열하는 데 사용된다.
배터리 냉각수 회로(24)와 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 서로 연결되어 있으며, 냉각수는 냉각수 펌프(17)에서 냉각기(9), 배터리 열교환기(19), 3/2 방향 냉각수 밸브(20), 냉각수 펌프(16), 구동 트레인 냉각기(15)를 거쳐 냉각수 펌프(17)로 순환하여 흐르게 된다. 냉각수 회로들의 라디에이터들, 구동 트레인 냉각 라디에이터(12) 및 배터리 냉각 라디에이터(13)는 이 모드에서 작동하지 않는다.
도 7은 0℃ 이상의 낮은 주변 온도에서 실내 재가열 모드를 도시한다.
이 모드에서는, 냉매가 공랭식 주변 열교환기(OHX)(4)를 통해 흐르면서 주변 공기(26)에서 냉매로 열을 전달한다. 이 과정에서 냉매가 증발하거나 부분적으로 증발한다. 주변 공기(26)로부터 열 흡수 조절은 주변 열교환기(OHX)(4)로 들어가기 전에 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)를 통해 이루어진다. 주변 열교환기(OHX)(4)에서는 냉매가 중간 압력 수준으로 팽창된다. 이전에는, 냉매로부터의 열이 가열 응축기(2)를 통해 실내 공조용 공기 유동으로 전달되고, 냉매가 응축되며, 추가로 공기 PTC(7)에 의해 차량 실내 공기(34)가 가열된다.
그 하류에서, 냉매의 부분 유동은 증발기(6)의 상류에 배치된 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(5)에 의해 증발기(6)로 팽창되어, 증발기(6)를 통해 실내로 유입되는 공기(34)를 냉각시킨다. 이어서, 차량 실내 공기(34)는 가열 응축기(2)에 의해 재가열된다. 차량 실내 공기(34) 재가열을 돕기 위해 공기 PTC(7)가 활성화될 수 있다. 실내로 유입되는 공기 유동을 재가열하는 데 필요한 열 유동은 증발기(6)의 공기 유동에서 추출한 열 유동보다 크다.
이와 함께, 냉매의 부분 유동은 냉각기(9)의 상류에 배치된 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(EXV)(8)를 통해 냉각기(9)로 팽창된다. 시스템 성능을 높이기 위해, 보조 전기 히터인 보조 냉각수 히터(21)가 배터리 냉각수 회로(24)의 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)에서 활성화된다. 열은 보조 냉각수 히터(21)에서 냉각수 회로로 전달된 다음 냉각기(9)를 통해 냉매로 전달되는데, 배터리의 배터리 열교환기(19)는 통과하지 않는다. 이 경우, 배터리 냉각수 회로(24)의 냉각수는 냉각기(9)에서 3/2 방향 냉각수 밸브(18)를 통해 보조 냉각수 히터(21)가 있는 배터리 열교환기 바이패스(32)를 거쳐 냉각수 펌프(17)로 순환하여 냉각기(9)로 흐른다.
도 8은 0℃ 이상의 낮은 주변 온도에서 실내 재가열 모드를 도시한다.
이 모드에서는, 냉매의 부분 유동은 공랭식 주변 열교환기(OHX)(4)를 통해 흐르면서 주변 환경의 열을 냉매로 전달한다. 이 과정에서 냉매가 증발하거나 부분적으로 증발한다. 주변 공기(26)로부터 열 흡수 조절은 주변 열교환기(OHX)(4)로 들어가기 전에 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)를 통해 이루어진다. 이전에는, 냉매로부터의 열이 가열 응축기(2)를 통해 실내 공조용 차량 실내 공기(34)로 전달되고, 냉매가 응축되며, 추가로 공기 PTC(7)에 의해 차량 실내용 공기(34)가 가열된다.
그 하류에서, 냉매는 증발기(6)의 상류에 배치된 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(5)에 의해 증발기(6)로 팽창되어 증발기(6)를 통해 실내로 유입되는 공기(34)를 냉각시킨다. 이어서, 차량 실내 공기(34)는 가열 응축기(2)에 의해 재가열된다. 실내 공급 공기를 재가열하는 데 도움을 주기 위해 공기 PTC(7)가 활성화될 수 있다. 실내로 유입되는 공기 유동을 재가열하는 데 필요한 열 유동은 증발기(6)에서 차량 실내 공기(34)에서 추출되는 열 유동보다 상당히 높다.
이와 동시에, 냉매의 나머지 부분 유동은 이미 주변 열교환기 바이패스(28)를 통해 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)의 상류에서 주변 열교환기(OHX)(4)로 분기되어 냉각기(9)의 상류에 있는 팽창 기능이 있는 단일 냉매 밸브(EXV)(10)를 통해 팽창되어 있다. 이러한 상호 연결은 다양한 압력 및/또는 온도 수준에서 열 흡수를 가능하게 한다. 주변 열교환기(OHX)(4)/증발기(6) 및 냉각기(9)로의 냉매 경로들은 병렬로 작동된다. 시스템 성능을 높이기 위해, 보조 전기 히터인 보조 냉각수 히터(21)가 배터리 냉각수 회로(24)의 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)에서 활성화된다. 열은 보조 냉각수 히터(21)에서 냉각수 회로로 전달된 다음 냉각기(9)를 통해 냉매로 전달되는데, 배터리의 배터리 열교환기(19)는 통과하지 않는다. 냉각수는 냉각수 펌프(17)에서 냉각기(9), 3/2방향 냉각수 밸브(18) 및 배터리 열교환기 바이패스(32)를 거쳐 보조 냉각수 히터(21)를 통해 배터리 냉각수 회로(24)의 냉각수 펌프(17)로 순환하여 흐른다.
도 9는 -20℃ 이하의 낮은/추운 주변 온도에서 주변 환경을 열원으로 하는 실내 난방 모드를 도시한다.
이 모드에서는, 냉매가 공랭식 주변 열교환기(OHX)(4)를 통해 흐르면서 주변 환경의 열을 냉매로 전달한다. 이 과정에서 냉매가 증발된다. 주변 공기(26)로부터의 열 흡수 조절은 주변 열교환기(OHX)(4)로 들어가기 전에 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)를 통해 이루어진다. 이전에는, 냉매로부터의 열이 가열 응축기(2)를 통해 실내 공조용 차량 실내 공기(34)로 방출되고, 냉매가 응축되며, 추가로 공기 PTC(7)에 의해 차량 실내 공기(34)가 가열될 수 있다.
이 모드에서는, 공기 PTC(7)가 작동하지 않는 한, 주변 열교환기(OHX)(4)가 실내 난방을 위한 유일한 열원이다.
시스템 효율을 극대화하기 위해, 냉매는 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(EXV)(8)를 통해 냉각기 바이패스(29)를 통해 냉각기(9)를 지나서 보내지므로, 이 모드에서 냉각기(9)는 냉매 측에서 꺼지고 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(EXV)(8)의 팽창 기능은 활성화되지 않는다.
배터리 열교환기(19)를 우회하는 배터리 냉각수 회로(24)는 3/2 방향 냉각수 밸브(18)를 거쳐 배터리 열교환기 바이패스(32)를 통해 구동 트레인 냉각수 회로(25)와 직접 상호 연결된다. 냉각수는 냉각수 펌프(17)로부터 기능을 하지 않는 냉각기(9), 3/2 방향 냉각수 밸브(18), 배터리 열교환기 바이패스(32), 냉각수 펌프(16), 구동 트레인 냉각기(15), 3/2 방향 냉각수 밸브(14)를 거쳐 냉각수 펌프(17)로 흐른다. 이렇게 하면 구동 트레인의 온도 분포가 균일해진다. 냉각수 회로들의 라디에이터들을 통해 열이 방출되지 않는다.
도 10은 -20℃ 이하의 낮은/추운 주변 온도에서 주변 열을 열원으로 사용하는 실내 난방 모드를 도시한다.
이 모드에서는, 냉매가 공랭식 주변 열교환기(OHX)(4)를 통해 흐르면서 주변 환경의 열을 냉매로 전달한다. 이 과정에서 냉매가 증발된다. 주변 공기(26)로부터의 열 흡수 조절은 주변 열교환기(OHX)(4)로 들어가기 전에 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)를 통해 이루어진다. 이전에는, 냉매로부터의 열이 가열 응축기(2)를 통해 실내 공조용 공기 유동으로 방출되고, 냉매가 응축되며, 추가로 공기 PTC(7)를 통해 차량 실내 공기(34)가 가열될 수 있다.
주변 열교환기(OHX)(4)는 공기 PTC(7)가 활성화되어 있지 않은 경우 실내 난방을 위한 유일한 열원이다. 이 모드에서는, 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(EXV)(8)의 팽창 기능이 활성화되지 않는다.
시스템 효율을 극대화하기 위해, 냉매는 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(EXV)(8)를 통해 냉각기 바이패스(29)를 거쳐 냉각기(9)를 지나가게 되므로 이 모드에서 냉각기(9)는 냉매 측에서 꺼지게 된다.
배터리 냉각수 회로(24)는 3/2 방향 냉각수 밸브(20)를 통해 구동 트레인 냉각수 회로(25)와 직접 상호 연결되며, 냉각수 유동은 배터리 열교환기(19)를 통해 안내된다. 냉각수는 냉각수 펌프(17)로부터 기능을 하지 않는 냉각기(9), 배터리 열교환기(19), 3/2 방향 냉각수 밸브(20), 냉각수 펌프(16) 및 구동 트레인 냉각기(15)를 거쳐 냉각수 펌프(17)로 흐른다. 이는 구동 트레인의 열을 배터리로 전달하고 구동 트레인과 배터리의 온도 분포를 균일화한다.
도 11은 -20℃ 이하의 낮은/추운 주변 온도에서 주변 열과 구동 트레인의 폐열을 열원으로 사용하는 실내 난방 모드를 도시한다.
이 모드에서는, 냉매의 부분 유동은 공랭식 주변 열교환기(OHX)(4)를 통해 흐르면서 주변 환경의 열을 냉매로 전달한다. 이 과정에서 냉매가 증발하거나 부분적으로 증발한다. 주변 공기(26)로부터의 열 흡수 조절은 주변 열교환기(OHX)(4)로 들어가기 전에 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)를 통해 이루어진다. 시스템 효율을 극대화하기 위해, 냉매는 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(EXV)(8)를 통해 냉각기 바이패스(29)를 거쳐 냉각기(9)를 지나가게 되므로 이 모드에서 냉각기(9)는 냉매 측에서 꺼지게 된다.
이와 동시에, 냉매의 나머지 부분 유동은 이미 주변 열교환기 바이패스(28)를 통해 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)의 상류에서 주변 열교환기(OHX)(4)로 분기되어 냉각기(9)의 상류에 있는 팽창 기능이 있는 단일 냉매 밸브(EXV)(10)를 통해 팽창되어 있다. 이러한 상호 연결은 다양한 압력 및/또는 온도 수준에서 열 흡수를 가능하게 한다. 주변 열교환기(OHX)(4)/증발기(6) 및 냉각기(9)로의 냉매 경로들은 병렬로 작동된다.
배터리 열교환기(19)를 우회하여 배터리 냉각수 회로(24)는 구동 트레인 냉각수 회로(25)와 직접 상호 연결된다. 냉각수는 냉각수 펌프(17)로부터 냉각기(9), 3/2 방향 냉각수 밸브(18), 배터리 열교환기 바이패스(32), 냉각수 펌프(16), 구동 트레인 냉각기(15), 3/2 방향 냉각수 밸브(14)를 거쳐 냉각수 펌프(17)로 흐른다. 이는 구동 트레인 냉각수 회로(25)에서 냉각기(9)를 통해 냉매 회로로 열을 전달한다.
따라서 가열 응축기(2)에 의해 수행되는 실내 공급 공기를 가열하기 위한 열원은 따라서 구동 트레인의 폐열뿐만 아니라 주변 공기(26)가 된다. 차량 실내 공기(34) 가열을 돕기 위해 공기 PTC(7)가 활성화될 수 있다.
도 12은 -20℃ 이하의 낮은/추운 주변 온도에서 구동 트레인의 폐열을 열원으로 사용하는 실내 난방 모드를 도시한다.
이 모드에서는, 시스템 성능과 효율을 극대화하기 위해, 전체 냉매 질량 유동이 이미 주변 열교환기 바이패스(28)를 통해 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)의 상류에서 주변 열교환기(OHX)(4)로 분기되고 냉각기(9)의 상류에서 팽창 기능이 있는 단일 냉매 밸브(EXV)(10)를 통해 팽창된다. 이를 통해 냉매 측에서 외부 주변 열교환기(OHX)(4)를 완전히 차단할 수 있다. 이렇게 하면 시스템의 흡입 압력이 크게 높아질 수 있다.
결합된 냉각수 회로(24 및 25)는 도 11에 설명된 대로 설계된다. 배터리 열교환기(19)를 우회하는 배터리 냉각수 회로(24)는 3/2 방향 냉각수 밸브(18) 및 배터리 열교환기 바이패스(32)를 통해 구동 트레인 냉각수 회로(25)와 직접 상호 연결된다. 이는 구동 트레인 냉각수 회로(25)에서 냉각기(9)를 통해 냉매 회로로 열을 전달한다.
따라서, 구동 트레인은 차량 실내 공기(34)를 가열하기 위한 주요 열원이며, 이는 가열 응축기(2)에 의해 이루어진다. 실내 공급 공기를 재가열하는 데 도움을 주기 위해 공기 PTC(7)가 활성화될 수 있다.
도 13에서, 도 1에 따른 히트 펌프 어셈블리는 유리하게 더욱 개선된다.
도 1의 구성요소들의 회로 배치와 달리, 도 13에 따른 회로 배치에서는 냉각기 바이패스(29)와 냉각기(9)의 냉매 측 출력이 증발기(6)의 출력과 결합되기 전에 냉매 회로 내의 체크 밸브(23)에 의해 냉매 유동 방향으로 증발기(6)의 하류가 보완되어 있다.
또한, 도 13에 따른 회로 배치에는 차량 실내 공기(34)의 추가 가열을 위한 도 1에 따른 공기 PTC(7)가 제공되지 않는다.
또한, 3/2 방향 냉각수 밸브(22)가 있는 구동 트레인 루프(33)가 제공된다.
도 13에 따른 히트 펌프 어셈블리는 중앙 냉매 회로와 2개의 저온 냉각 회로, 배터리를 냉각/가열하기 위한 배터리 냉각수 회로(24), 전기 구동 트레인을 냉각/가열하기 위한 구동 트레인 냉각수 회로(25)를 포함한다. 실내 에어컨은 냉매 회로에 의해 제공된다. 이 시스템은 표준 공조 시스템 아키텍처를 갖춘 모든 차량에 통합될 수 있다.
또한, 도 13에 도시된 히트 펌프 어셈블리는 도 1에 도시된 어셈블리와는 달리 에어컨 장치(27)의 공기 경로에서 고전압 공기 PTC를 생략할 수 있다. 이를 위해, 시스템은 보조 냉각수 히터(21)를 통해 배터리 냉각수 회로(24)의 냉각수 가열을 사용하고, 히트 펌프 기능을 통해 실내 난방을 위한 열을 공급할 수 있다.
도 13에 따른 열 관리 시스템의 냉매 회로는, 실내로 통하는 공기 경로에 있는 증발기(6) 이외에, 도 1에 따른 실시예와 유사하게 복수의 팽창 밸브들(8, 10)에 연결된 단일 냉매 열 교환기인 냉각기(9)를 기반으로 한다. 난방 모드에서 효율을 극대화하기 위해, 시스템에는 에어컨 장치(27), 가열 응축기(2)의 공기 경로에 직접 열교환기가 구비되어 있다. 이 시스템은 R134a 및 R1234yf와 같은 냉매로 작동하도록 설계하는 것이 바람직하다.
다시 말하지만, 시스템 아키텍처는 각각 여러 열원과 싱크를 사용하여 팽창 및 방향 밸브를 최소한으로 사용하면서 냉방, 난방 및 제습과 같은 다양한 작동 모드에서 히트 펌프 시스템을 유연하게 작동할 수 있도록 한다. 각각의 열원 및 싱크는 주변 환경, HV 배터리, 전기 및 전자 부품이 포함된 전기 구동 트레인, 및 냉각수 히터이다.
냉매 회로 내에서 압축기(1)는 에어컨 장치에 통합된 가열 응축기(2)에 연결된다. 가열 응축기(2)에서 냉매는 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)를 통해 주변 열교환기(OHX)(4)로 전달될 수 있다. 가열 응축기(2)와 주변 열교환기(4) 사이에 냉매 밸브(3)를 사용하면 이 두 구성 요소 간에 서로 다른 압력 수준을 설정할 수 있다. 이 기능은 냉각 모드에서 주변 공기(26)로의 열 전달과 난방 모드에서 주변 공기(26)로부터의 열 흡수를 제어하는 데 필요하다. 이러한 방식으로, 전체 시스템은 세 가지 다른 압력 레벨에서 작동할 수 있으며, 중간 압력 레벨은 고압과 흡입 압력 레벨 사이에서 달라질 수 있다.
주변 열교환기(4)를 통한 상호 연결의 대안으로, 가열 응축기(2)는 주변 열교환기 바이패스(28)를 통해 냉각기(9) 입구에서 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(10)에도 연결된다.
냉각 모드에서는, 냉매가 주변 열교환기(4)를 통과하여 응축 열을 주변 환경으로 발산한다. 난방 모드에서는, 응축 열이 가열 응축기(2)에서 방출되어 에어컨 장치(27)에서 조절되는 차량 실내 공기(34)를 가열한다.
주변 열교환기(4)의 출구는 증발기(6) 입구에 있는 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(5)와 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(8)에 모두 연결된다. 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(8)는 1, 2, 3으로 표시된 세 개의 포트를 가지고 있다. 포트 2와 포트 3은 출력이고 포트 1은 입력이다. 3/2 방향 냉매 밸브(8)의 팽창 측이 출력(2)에서 냉각기(9)에 연결되는 동안, 출력(1)은 냉각기 바이패스(29)라고 하는 바이패스 라인을 통해 냉매 수집기(11) 및 압축기(1)로 향하는 시스템의 흡입 측에 직접 연결된다. 체크 밸브(23)는 냉각기 바이패스(29)에 통합되어 있다. 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(8) 대신 해당 기능이 있는 개별 밸브를 대안으로 사용할 수도 있다.
증발기(6), 냉각기(9) 및 냉각기 바이패스(29)의 출구에서 흡입 측의 냉매 라인은 냉매 수집기(11)로의 입구 상류에서 서로 연결되는 것이 바람직하다. 냉매 수집기(11)의 출구는 압축기(1)의 흡입 측에 연결된다. 이 아키텍처를 사용하면, 냉매가 주변 열교환기(4), 에어컨 장치(27)의 증발기(6) 및 냉각기(9)에서 부분적으로 증발, 증발 및 과열될 수 있다.
특정 시스템 레이아웃으로 인해 냉매 회로는 서로 다른 압력 수준에서 주변 열교환기(4)와 냉각기(9)를 병렬로 작동할 수 있다. 필요한 경우 주변 열교환기(4)와 냉각기(9)를 직렬 모드로 작동할 수도 있다. 작동 모드는 차량의 온도 및 열원 등 주변 환경과 작동 조건에 따라 유연하게 적용될 수 있다.
배터리 냉각수 회로(24)는 냉각기(9)를 통해 냉매 회로와 연통한다. 냉각기(9)의 출구에서, 냉각수는 3/2 방향 냉각수 밸브(18)를 거쳐 HV 배터리 냉각을 위한 배터리 열교환기(19)로 안내되거나 또는 병렬 바이패스 라인, 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)를 통해 안내된다. 배터리 열교환기(19)의 출력에서, 또 다른 3/2 방향 냉각수 밸브(20)는 냉각수를 배터리 냉각수 회로(24)의 배터리 냉각 라디에이터(13) 또는 보조 전기 냉각수 히터(21)로 향하게 한다. 냉각수는 배터리 냉각 라디에이터(13)와 보조 냉각수 히터(21)에 모두 연결된 냉각기(9) 입구에 있는 냉각수 펌프(17)를 사용하여 순환된다.
구동 트레인 냉각수 회로(25)는 구동 트레인 냉각기(15)를 통해 전기 구동 트레인을 냉각하는 데 사용된다. 전기 구동 트레인의 구동 트레인 냉각기(15)의 출구에서 3/2 방향 냉각수 밸브(14)는 냉각수를 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)로 향하게 한다. 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)는 구동 트레인 냉각기(15)의 입구에 위치한 냉각수 펌프(16)에 연결된다. 이러한 방식으로, 구동 트레인 냉각수 회로(25)를 사용하여 전기 구동 트레인을 수동적으로 냉각할 수 있으므로 효율적인 시스템 작동이 가능하다. 구동 트레인의 열을 활용하려는 경우, 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 배터리 냉각수 회로(24)의 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)에 연결되어 개략적으로 표시된 바와 같이 3/2 방향 냉각수 밸브(14)를 통해 배터리 냉각수 회로(24)에 연결될 수 있다.
또한, 냉각수는 구동 트레인 루프(33)를 통해 3/2방향 냉각수 밸브(22)를 거쳐 구동 트레인을 통해 재순환될 수 있다. 두 개의 3/2 방향 냉각수 밸브(14 및 22)를 4/2 방향 냉각수 밸브에 결합할 수도 있다.
도 13에 따른 히트 펌프 어셈블리로 구현 가능한 모드는 도 2 내지 도 12에 도시된 도 1에 따른 히트 펌프 어셈블리의 모드와 동일하며, 도 13에 따른 히트 펌프 어셈블리의 경우 도 14 내지 도 16에 따라 다음에 설명되는 모드가 추가된다.
도 14는 -20℃ 이하의 낮은/추운 주변 온도에서 구동 트레인의 폐열과 보조 냉각수 히터(21)의 열을 열원으로 하는 실내 난방 모드를 도시한다.
시스템 성능과 효율을 극대화하기 위해, 전체 냉매 질량 유동은 가열 응축기(2)를 통해 안내되고 과열 및 응축 열은 실내 공조를 위해 차량 실내 공기(34)로 방출되며 냉매는 응축되고, 주변 열교환기 바이패스(28)를 통해 이미 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)의 상류에서 주변 열교환기(OHX)(4)로 분기되고, 팽창 기능이 있는 단일 냉매 밸브(EXV)(10)를 거쳐 안내되고 냉각기(9)에서 팽창 및 증발된 다음 압축기(1)로 공급된다. 이를 통해 냉매 측에서 외부 주변 열교환기(OHX)(4)를 완전히 차단할 수 있다.
이를 통해 매우 낮은 주변 온도에서도 시스템의 흡입 압력을 크게 높일 수 있다.
결합된 냉각수 회로(24 및 25)는 도 11 및 도 12에 설명된 대로 설계된다. 이러한 회로들과는 대조적으로, 보조 냉각수 히터(21)는 활발하게 작동하여 냉각수를 가열한다.
배터리 열교환기(19)를 우회하는 배터리 냉각수 회로(24)는 3/2 방향 냉각수 밸브(18) 및 배터리 열교환기 바이패스(32)를 통해 구동 트레인 냉각수 회로(25)와 직접 상호 연결된다. 이는 구동 트레인 냉각수 회로(25)와 보조 냉각수 히터(21)의 열을 냉각기(9)를 거쳐 냉매 회로로 전달한다. 이 모드에서는 구동 트레인의 재순환 분기인 구동 트레인 루프(33)가 비활성화된다.
따라서, 구동 트레인 및 보조 냉각수 히터(21)는 가열 응축기(2)에 의해 달성되는 차량 실내 공기(34)를 가열하기 위한 주요 열원이다. 여기서는 공기 PTC 사용을 생략할 수 있다.
도 15는 -20℃ 이하의 낮은/추운 주변 온도에서 보조 냉각수 히터(21)를 열원으로 사용하는 실내 난방 모드를 도시한다.
이 모드에서는, 도 14의 모드와 유사하게, 시스템 성능과 효율을 극대화하기 위해, 전체 냉매 질량 유동이 이미 주변 열교환기 바이패스(28)를 거쳐 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)의 상류에서 주변 열교환기(OHX)(4)로 분기되고, 냉각기(9)의 상류에서 팽창 기능이 있는 단일 냉매 밸브(EXV)(10)를 거쳐 팽창된다. 이를 통해 냉매 측에서 외부 주변 열교환기(OHX)(4)를 완전히 차단할 수 있다.
이를 통해 매우 낮은 주변 온도에서도 시스템의 흡입 압력을 크게 높일 수 있다.
배터리 열교환기(19)를 우회하는 배터리 냉각수 회로(24)는 3/2 방향 냉각수 밸브(18) 및 배터리 열교환기 바이패스(32)를 통해 구동 트레인 냉각수 회로와 상호 연결되지 않는다. 보조 냉각수 히터(21)가 열원으로 사용된다. 따라서, 보조 냉각수 히터(21)의 열은 배터리 냉각수 회로(24)에서 냉각기(9)를 거쳐 냉매 회로로 전달된다.
이 모드에서는, 재순환 분기가 활성화되고 냉각수 펌프(16), 구동 트레인 냉각기(15), 3/2 방향 냉각수 밸브(22) 및 구동 트레인 루프(33)를 통해 단락 회로를 전환하여 구동 트레인 온도 분포를 균일화한다.
보조 냉각수 히터(21)는 실내 공급 공기를 가열하기 위한 유일한 열원이며, 이는 가열 응축기(2)에 의해 이루어진다. 공기 PTC 사용을 생략할 수 있다.
도 16은 -20℃ 이하의 낮은/추운 주변 온도에서 주변 열교환기(OHX)(4) 제빙 모드를 도시한다.
이 모드에서는, 주변 열교환기(OHX)(4)의 제빙을 위해, 냉매가 냉매 밸브(3)를 통해 압축기(1) 및 가열 응축기(2)의 하류로 제한 없이 흐르고, 높은 압력과 온도에서 공냉식 주변 열교환기(OHX)(4)를 통해 흐르며, 응축열이 주변 열교환기(OHX)(4) 제빙에 활용되고 최종적으로 주변 공기(26)로 방출된다. 이 모드에서, 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)(3)는 냉매 질량 유동을 제한하지 않는다.
그 후, 냉매는 냉각기(9)의 상류에 배치된 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(EXV)(8)를 통해 냉각기(9)로 팽창되어 그 안에서 증발된다. 이 모드에서는, 매우 낮은 주변 온도에서도 시스템의 흡입 압력을 크게 높일 수 있다.
다시 말하지만, 도 15에 설명된 바와 같이, 이 모드에서, 배터리 열교환기(19)를 우회하는 배터리 냉각수 회로(24)는 3/2 방향 냉각수 밸브(18) 및 배터리 열교환기 바이패스(32)를 통해 구동 트레인 냉각수 회로(25)와 상호 연결되지 않는다. 보조 냉각수 히터(21)가 열원으로 사용된다. 따라서, 보조 냉각수 히터(21)의 열은 배터리 냉각수 회로(24)에서 냉각기(9)를 거쳐 냉매 회로로 전달된다.
도 15에 설명된 바와 같이, 이 모드에서는, 구동 트레인 냉각수 회로(25)의 구동 트레인 루프(33)도 활성화되고, 냉각수 펌프(16), 구동 트레인 냉각기(15), 3/2 방향 냉각수 밸브(22) 및 구동 트레인 루프(33)를 통해 단락 회로를 전환함으로써 구동 트레인 온도 분포의 균일화가 이루어진다.
차량 실내 공기(34)의 가열은 오직 가열 응축기(2)에 의해서만 이루어진다. 공기 PTC 사용을 생략할 수 있다.
1: 압축기
2: 가열 응축기
3: 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)
4: 주변 열교환기(OHX)
5: 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)/증발기
6: 증발기
7: 공기 PTC
8: 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(EXV)
9: 냉각기
10: 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(EXV)
11: 냉매 수집기
12: 구동 트레인 냉각수 회로의 구동 트레인 냉각 라디에이터
13: 배터리 냉각수 회로의 배터리 냉각 라디에이터
14: 3/2 방향 냉각수 밸브
15: 구동 트레인 냉각기
16: 냉각수 펌프
17: 냉각수 펌프
18: 3/2 방향 냉각수 밸브
19: 배터리 열교환기
20: 3/2 방향 냉각수 밸브
21: 보조 냉각수 히터
22: 3/2 방향 냉각수 밸브
23: 체크 밸브
24: HV 배터리 냉각을 위한 배터리 냉각수 회로
25: 전기 구동 트레인 냉각을 위한 구동 트레인 냉각수 회로
26: 주변 공기
27: 에어컨 장치
28: 주변 열교환기 바이패스
29: 냉각기 바이패스
30: 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스
31: 라디에이터 유닛
32: 배터리 열교환기 바이패스
33: 구동 트레인 루프
34: 차량 실내 공기

Claims (21)

  1. - 압축기(1), 가열 응축기(2), 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(3), 주변 열교환기(4), 팽창 기능을 갖는 관련 냉매 밸브(5)를 구비한 적어도 하나의 증발기(6), 및 냉각기 바이패스(29)를 거치는 냉매 경로 및 냉각기(9)를 거치는 냉매 경로를 갖고 증발기(6)에 병렬로 배치된 팽창 기능을 갖는 3/2 방향 냉매 밸브(8)를 포함하는 냉매 회로를 구비하고,
    - 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(10)를 갖는 주변 열교환기 바이패스(28)는 상기 가열 응축기(2)와 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(3) 사이의 상기 냉각기(9) 상류에 배치되고,
    - 냉각수 펌프(17), 상기 냉각기(9), 배터리 열교환기(19) 및 배터리 냉각 라디에이터(13)를 갖는 배터리 냉각수 회로(24)를 구비하며,
    - 보조 냉각수 히터(21)를 갖는 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)는 상기 배터리 냉각수 회로(24)의 3/2 방향 냉각수 밸브(20)를 거쳐 상기 배터리 냉각 라디에이터(13)에 병렬로 배치되고,
    - 냉각수 펌프(16), 구동 트레인 냉각기(15) 및 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)를 갖는 구동 트레인 냉각수 회로(25)를 구비하며,
    - 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)에서 상기 배터리 냉각수 회로(24)의 상기 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)까지 상기 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)에 병렬로 유동 연결이 형성되고,
    - 3/2 방향 냉각수 밸브(18)를 갖는 배터리 열교환기 바이패스(32)가 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)를 상기 배터리 냉각수 회로(24)의 상기 냉각기(9)에 연결하도록 형성되어 있는, 배터리 구동 차량용 냉각기(9)를 구비한 히트 펌프 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량 실내의 공기를 가열하기 위한 상기 가열 응축기(2) 이외에 공기 PTC(7)가 에어컨 장치(27) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    구동 트레인 루프(33)가 상기 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)에 병렬로 3/2 방향 냉매 밸브(22)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주변 열교환기(4), 상기 구동 트레인 냉각 라디에이터(12) 및 상기 배터리 냉각 라디에이터(13)가 하나의 라디에이터 유닛(31)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉매 수집기(11)가 상기 냉매 회로에서 상기 압축기(1)의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 회로에서 R134a 또는 R1234yf가 냉매로 사용되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리.
  7. 상기 차량 실내를 능동적으로 냉각하고, 상기 배터리의 온도 분포를 균질화하며, 상기 구동 트레인을 30℃ 이상의 주변 온도에서 수동적으로 냉각하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동시키는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 주변 열교환기(4)에서 상기 압축기(1)의 하류에서 응축되고, 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(5)에서 팽창되며, 상기 증발기(6)에서 차량 실내 냉방을 위해 공기로부터 열을 흡수하여 증발되어 상기 압축기(1)로 향하며,
    상기 냉각수 펌프(17), 상기 배터리 열교환기(19) 및 상기 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)를 포함하는 상기 배터리 냉각수 회로(24)는 가열 또는 냉각 없이 재순환 모드로 작동되고,
    상기 냉각수 펌프(16), 상기 구동 트레인 냉각기(15) 및 상기 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)를 포함하는 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 수동 냉각으로 작동되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동시키는 방법.
  8. 상기 차량 실내를 능동적으로 냉각하고, 상기 배터리를 능동적으로 냉각하고, 상기 구동 트레인을 30℃ 이상의 주변 온도에서 수동적으로 냉각하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동시키는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 주변 열교환기(4)에서 상기 압축기(1)의 하류에서 응축된 후, 부분 유동이 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(5)에서 팽창되고, 상기 증발기(6)에서 차량 실내 냉방을 위해 공기로부터 열을 흡수하여 증발되어 상기 압축기(1)로 향하며, 부분 유동이 상기 팽창 기능을 갖는 3/2 방향 냉매 밸브(8)에서 팽창되고, 상기 배터리 냉각을 위해 상기 배터리 냉각수 회로(24)로부터 열을 흡수하여 상기 냉각기(9)에서 증발되어 상기 압축기(1)로 향하게 되며,
    상기 냉각수 펌프(17), 상기 냉각기(9) 및 상기 배터리 열교환기(19)를 포함하는 상기 배터리 냉각수 회로(24)는 능동 냉각 모드로 작동되고,
    상기 배터리 냉각기 라디에이터 바이패스(30)는 가열 없이 작동되며,
    상기 냉각수 펌프(16), 상기 구동 트레인 냉각기(15) 및 상기 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)를 포함하는 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 수동 냉각으로 작동되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동시키는 방법.
  9. 상기 차량 실내를 능동적으로 냉각하고, 상기 배터리를 수동적으로 냉각하고, 상기 구동 트레인을 30℃ 이상의 주변 온도에서 수동적으로 냉각하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동시키는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 주변 열교환기(4)에서 상기 압축기(1)의 하류에 응축되고, 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(5)에서 팽창되고, 상기 증발기(6)에서 차량 실내 냉방을 위해 공기로부터 열을 흡수하여 증발되어 상기 압축기(1)로 향하고,
    상기 냉각수 펌프(17)로부터 상기 기능을 하지 않는 냉각기(9), 상기 배터리 열교환기(19) 및 상기 배터리 냉각 라디에이터(13)를 거쳐 상기 배터리 냉각수 회로(24)가 수동 냉각을 위해 작동되고,
    상기 냉각수 펌프(16), 상기 구동 트레인 냉각기(15) 및 상기 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)를 포함하는 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)가 수동 냉각을 위해 작동되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동시키는 방법.
  10. 상기 차량 실내의 재가열 모드, 상기 배터리의 수동 냉각 및 상기 구동 트레인을 15℃ 이상의 주변 온도에서 수동적으로 냉각하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동시키는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 가열 응축기(2)에서 상기 압축기(1)의 하류로 열을 방출한 후, 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(3)에서 중간 압력 수준으로 팽창하여 상기 주변 열교환기(4)에서 열을 방출하고, 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(5)에서 저압 수준으로 팽창하여 상기 증발기(6)에서 공기로부터 열을 흡수하여 증발되어 상기 압축기(1)로 향하고,
    상기 냉각수 펌프(17)로부터 상기 기능을 하지 않는 냉각기(9), 상기 배터리 열교환기(19) 및 상기 배터리 냉각 라디에이터(13)를 거쳐 상기 배터리 냉각수 회로(24)는 수동 냉각을 위해 작동되고,
    상기 냉각수 펌프(16), 상기 구동 트레인 냉각기(15) 및 상기 구동 트레인 냉각 라디에이터(12)를 포함하는 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 수동 냉각을 위해 작동되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동시키는 방법.
  11. 상기 차량 실내의 재가열 모드, 상기 배터리의 능동 냉각 및 상기 구동 트레인을 0℃ 이상의 주변 온도에서 능동 냉각하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동시키는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 가열 응축기(2)에서 상기 압축기(1)의 하류로 열을 방출한 후, 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(3)에서 중간 압력 수준으로 팽창되어 상기 주변 열교환기(4)에서 열을 흡수한 후, 부분 유동이 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(5)에서 팽창되어 상기 증발기(6)에서 공기로부터 열을 흡수하여 증발되어 상기 압축기(1)로 향하고, 부분 유동이 상기 팽창 기능이 있는 3/2 방향 냉매 밸브(8)에서 팽창되고, 상기 배터리 냉각수 회로(24) 및 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)로부터 열을 흡수하여 상기 냉각기(9)에서 증발되어 상기 압축기(1)로 향하며,
    상기 배터리 냉각수 회로(24)와 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 서로 연결되어 있고,
    상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(17)로부터 상기 냉각기(9), 상기 배터리 열교환기(19), 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(20), 상기 냉각수 펌프(16), 상기 구동 트레인 냉각기(15)를 거쳐 상기 냉각수 펌프(17)로 흐르는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동시키는 방법.
  12. 0℃ 이상의 주변 온도에서 상기 차량 실내의 재가열 모드를 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 가열 응축기(2)에서 상기 압축기(1)의 하류로 열을 방출한 후, 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(3)에서 중간 압력 수준으로 팽창되어 상기 주변 열교환기(4)에서 열을 흡수한 다음, 부분 유동이 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(5)에서 팽창되어 상기 증발기(6)에서 공기로부터 열을 흡수하여 증발한 후 상기 압축기(1)로 향하고, 부분 유동이 상기 팽창 기능을 갖는 3/2방향 냉매 밸브(8)에서 팽창되어 상기 냉각기(9)에서 상기 배터리 냉각수 회로(24)로부터 열을 흡수하여 증발되어 상기 압축기(1)로 향하며,
    상기 배터리 냉각수 회로(24)에서, 상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(17)로부터 상기 냉각기(9), 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(18) 및 상기 배터리 열교환기 바이패스(32)를 거쳐 상기 보조 냉각수 히터(21)를 거쳐 상기 냉각수 펌프(17)로 흐르고,
    상기 보조 냉각수 히터(21)가 작동되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법.
  13. 0℃ 이상의 주변 온도에서 상기 차량 실내의 재가열 모드를 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 하나에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 가열 응축기(2)에서 상기 압축기(1)의 하류로 열을 방출한 다음, 부분 유동이 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(3)에서 중간 압력 수준으로 팽창하고 상기 주변 열교환기(4)에서 열을 흡수한 다음, 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(5)에서 팽창하고 상기 증발기(6)에서 공기로부터 열을 흡수하여 증발되어 상기 압축기(1)로 향하고, 부분 유동이 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(3)의 상류에서 분기되어 상기 주변 열교환기 바이패스(28)를 거쳐 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(10)로 안내되고 팽창된 후, 상기 냉각기(9)에서 증발되어 상기 압축기(1)로 향하고,
    상기 배터리 냉각수 회로(24)에서, 상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(17)로부터 상기 냉각기(9), 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(18) 및 상기 배터리 열교환기 바이패스(32)를 거쳐 상기 보조 냉각수 히터(21)를 거쳐 상기 냉각수 펌프(17)로 흐르고,
    상기 보조 냉각수 펌프(21)가 작동되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법.
  14. -20℃ 이상의 주변 온도에서 상기 차량 실내를 난방하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 가열 응축기(2)에서 상기 압축기(1)의 하류로 열을 방출하고, 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(3)에서 팽창되고, 상기 주변 열교환기(4)에서 열을 흡수한 후, 상기 3/2 방향 냉매 밸브(8)와 상기 냉각기 바이패스(29)를 거쳐 상기 압축기(1)로 향하고,
    상기 배터리 냉각수 회로(24)와 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 서로 연결되어 있고,
    상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(17)로부터 상기 기능을 하지 않는 냉각기(9), 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(18), 상기 배터리 열교환기 바이패스(32), 상기 냉각수 펌프(16), 상기 구동 트레인 냉각기(15) 및 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(14)를 거쳐 상기 냉각수 펌프(17)로 흐르는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법.
  15. -20℃ 이상의 주변 온도에서 상기 차량 실내를 난방하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 가열 응축기(2)에서 상기 압축기(1)의 하류로 열을 방출하고, 상기 팽창 기능을 갖는 냉매 밸브(3)에서 팽창되고, 상기 주변 열교환기(4)에서 열을 흡수한 후, 상기 3/2 방향 냉매 밸브(8)와 상기 냉각기 바이패스(29)를 거쳐 상기 압축기(1)로 향하고,
    상기 배터리 냉각수 회로(24)와 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 서로 연결되어 있고,
    상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(17)에서 상기 기능을 하지 않는 냉각기(9), 상기 배터리 열교환기(19), 상기 3/2방향 냉각수 밸브(20), 상기 냉각수 펌프(16), 상기 구동 트레인 냉각기(15)를 거쳐 상기 냉각수 펌프(17)로 흐르는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법.
  16. -20℃ 이상의 주변 온도에서 상기 차량 실내를 난방하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 가열 응축기(2)에서 상기 압축기(1)의 하류로 열을 방출한 후, 부분 유동이 상기 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(3)에서 팽창되고 상기 주변 열교환기(4)에서 열을 흡수한 후 상기 3/2 방향 냉매 밸브(8)와 상기 냉각기 바이패스(29)를 거쳐 상기 압축기(1)로 향하고, 부분 유동은 상기 팽창 기능이 있는 냉각수 밸브(3)의 상류에서 분기되어 상기 주변 열교환기 바이패스(28)를 거쳐 상기 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(10)로 안내되어 팽창된 후 상기 냉각기(9)에서 증발되어 상기 압축기(1)로 향하고,
    상기 배터리 냉각수 회로(24)와 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 서로 연결되어 있고,
    상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(17)로부터 상기 냉각기(9), 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(18), 상기 배터리 열교환기 바이패스(32), 상기 냉각수 펌프(16), 상기 구동 트레인 냉각기(15) 및 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(14)를 거쳐 상기 냉각수 펌프(17)로 흐르는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법.
  17. -20℃ 이상의 주변 온도에서 상기 차량 실내를 난방하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 가열 응축기(2)에서 상기 압축기(1)의 하류로 열을 방출한 후, 상기 주변 열교환기 바이패스(28)를 거쳐 상기 팽창 기능이 있는 냉각수 밸브(10)로 안내되어 팽창한 후 상기 냉각기(9)에서 증발되어 상기 압축기(1)로 향하고,
    상기 배터리 냉각수 회로(24)와 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 서로 연결되어 있고,
    상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(17)로부터 상기 냉각기(9), 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(18), 상기 배터리 열교환기 바이패스(32), 상기 냉각수 펌프(16), 상기 구동 트레인 냉각기(15) 및 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(14)를 경유하여 상기 냉각수 펌프(17)로 흐르는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량 실내의 공기를 추가로 가열하기 위해 상기 공기 PTC(7)가 작동되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법.
  19. -20℃ 이상의 주변 온도에서 상기 차량 실내를 난방하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 가열 응축기(2)에서 상기 압축기(1)의 하류로 열을 방출한 후, 상기 주변 열교환기 바이패스(28)를 거쳐 상기 팽창 기능이 있는 냉각수 밸브(10)로 안내되어 팽창한 후 상기 냉각기(9)에서 증발되어 상기 압축기(1)로 향하고,
    상기 배터리 냉각수 회로(24)와 상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)는 서로 연결되고,
    상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(17)로부터 상기 냉각기(9), 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(18), 상기 배터리 열교환기 바이패스(32), 상기 냉각수 펌프(16), 상기 구동 트레인 냉각기(15) 및 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(14) 및 보조 냉각수 히터(21)를 거쳐 상기 냉각수 펌프(17)로 흐르며,
    상기 보조 냉각수 히터(21)가 작동되는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법.
  20. -20℃ 이상의 주변 온도에서 상기 차량 실내를 난방하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 가열 응축기(2)에서 상기 압축기(1)의 하류로 열을 방출한 후, 상기 주변 열교환기 바이패스(28)를 거쳐 상기 팽창 기능이 있는 냉매 밸브(10)로 안내되어 팽창하고 냉각기(9)에서 증발하고 상기 압축기(1)로 향하고,
    상기 배터리 냉각수 회로(24)에서, 상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(17)로부터 상기 냉각기(9), 상기 3/2-방향 냉각수 밸브(18) 및 상기 배터리 열교환기 바이패스(32)를 거쳐 상기 보조 냉각수 히터(21)를 거쳐 상기 냉각수 펌프(17)로 흐르며,
    상기 보조 냉각수 히터(21)가 작동되고,
    상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)에서, 상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(16)로부터, 상기 구동 트레인 냉각기(15), 상기 3/2-방향 냉각수 밸브(22) 및 상기 구동 트레인 루프(33)를 거쳐 상기 냉각수 펌프(16)로 흐르는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법.
  21. -20℃ 이상의 주변 온도에서 상기 차량 실내를 난방하기 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법에 있어서,
    상기 냉매는 상기 가열 응축기(2)와 상기 주변 열교환기(4)에서 상기 압축기(1)의 하류로 열을 방출한 다음, 상기 3/2 방향 냉각수 밸브(8)에서 팽창한 후 상기 냉각기(9)에서 증발하여 압축기(1)로 향하고,
    상기 배터리 냉각수 회로(24)에서, 상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(17)로부터 상기 냉각기(9), 상기 3/2-방향 냉각수 밸브(18) 및 상기 배터리 열교환기 바이패스(32)를 거쳐 상기 보조 냉각수 히터(21)를 거쳐 상기 냉각수 펌프(17)로 흐르며,
    상기 보조 냉각수 히터(21)가 작동되고,
    상기 구동 트레인 냉각수 회로(25)에서, 상기 냉각수는 상기 냉각수 펌프(16)로부터, 상기 구동 트레인 냉각기(15), 상기 3/2-방향 냉각수 밸브(22) 및 상기 구동 트레인 루프(33)를 거쳐 상기 냉각수 펌프(16)로 흐르는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 어셈블리를 작동하는 방법.
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