WO2017195971A1 - 차량용 냉동사이클 장치 - Google Patents

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WO2017195971A1
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refrigerant
expansion mechanism
passage
compressor
battery module
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PCT/KR2017/002371
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English (en)
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홍성호
강치석
심현민
김형범
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엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • 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
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle refrigeration cycle apparatus, and more particularly to a vehicle refrigeration cycle apparatus for cooling the battery module of the vehicle.
  • the vehicle may be provided with a battery for supplying electricity to the electric motor and a motor controller for controlling the electric motor.
  • the battery installed in the vehicle may be charged from a renewable power source or a charger, and may supply electric power to the electric motor when the vehicle is driven.
  • the performance of a battery can be largely determined by its temperature, and the temperature rises during charging and discharging.
  • electrolyte decomposition may occur, degrading battery performance and gradually decreasing its lifespan.
  • the battery may include a plurality of battery modules, and the plurality of battery modules may be managed to minimize the temperature difference between each other.
  • a battery cooling apparatus for cooling the battery module may be installed in the vehicle, and the battery cooling apparatus may maintain the performance of the battery module by preventing overheating of the battery module.
  • the battery cooler may be classified into an air-cooled battery cooler, a water-cooled battery cooler, and a refrigerant battery cooler according to a cooling method.
  • An air-cooled chiller uses a fan to forcibly vent air inside the battery to cool the battery. Air-cooled battery coolers are less efficient than other cooling systems.
  • the water-cooled battery cooler includes a radiator having a coolant tube disposed in contact with the battery and passing through the coolant, a radiator having a heat dissipation flow path that is radiated by the air and passes through the coolant, a connection tube connecting the coolant tube and the radiator, and a connection tube It may include a circulation pump.
  • the coolant in the connection tube flows into the coolant tube to absorb heat from the battery in the coolant tube, which is then transferred to the radiator.
  • the coolant moved to the radiator can radiate heat by the air blown to the radiator.
  • the coolant in the water-cooled battery cooler can heat the battery while circulating the coolant tube and radiator.
  • the refrigerant type battery cooling device includes a compressor for compressing a refrigerant, a condenser for condensing the refrigerant compressed in the compressor, an expansion valve for expanding the refrigerant condensed in the condenser, a refrigerant expanded by the expansion valve to evaporate, It may include a battery module heat exchanger in contact.
  • the refrigerant compressed in the compressor may be sequentially passed through the condenser, the expansion valve, and the battery heat exchanger, and then sucked into the compressor, and the refrigerant may absorb heat of the battery module while passing through the battery heat exchanger.
  • An object of the present invention is to provide a refrigeration cycle apparatus for a vehicle that can minimize the temperature deviation of the plurality of battery modules by cooling the plurality of battery modules evenly.
  • a refrigeration cycle apparatus for a vehicle includes a compressor connected to a compressor suction channel and a compressor discharge channel to compress a refrigerant;
  • a condenser connected to the discharge channel of the compressor to condense the refrigerant and be connected to a condenser outlet channel;
  • a battery module heat exchanger having a cooling passage for cooling the plurality of battery modules;
  • the first passage connected to the condenser outlet flow passage through which the refrigerant flowing in the condenser passes, and the refrigerant passage connected to the cooling passage and the battery module heat exchanger outlet passage to cool the refrigerant in the first passage.
  • a subcooling heat exchanger having a second passage connected to the compressor suction passage; A first expansion mechanism for expanding a refrigerant between the first flow path and the cooling flow path; A second expansion mechanism connected to the condenser outlet flow passage and expanding the refrigerant flowing in the condenser; And a refrigerant expanded by the second expansion mechanism to be evaporated and connected to the compressor suction passage.
  • the compressor suction passage and a first suction passage connected to the compressor;
  • the first passage may be connected to the first expansion mechanism and the first expansion mechanism suction passage.
  • the first expansion mechanism may be connected to the cooling passage and the first expansion mechanism outlet passage.
  • It may further include a control unit for controlling the compressor, the first expansion mechanism and the second expansion mechanism.
  • the compressor may be driven, the first expansion mechanism may be closed, and the second expansion mechanism may be controlled to a cooling mode to adjust the opening degree of expanding the refrigerant.
  • the second expansion mechanism can be adjusted to an opening degree to expand the refrigerant.
  • the compressor may be driven, the first expansion mechanism may be adjusted to an opening degree to expand the refrigerant, and the second expansion mechanism may be controlled to a battery module cooling mode in which the second expansion mechanism is closed.
  • the compressor may be driven, the first expansion mechanism may be adjusted to an opening degree to expand the refrigerant, and the second expansion mechanism may be closed.
  • the compressor is driven, the first expansion mechanism is adjusted to the opening degree to expand the refrigerant, the second expansion mechanism can be controlled to the simultaneous cooling mode is adjusted to the opening degree to expand the refrigerant.
  • the compressor may be driven, the first expansion mechanism may be adjusted to an opening degree to expand the refrigerant, and the second expansion mechanism expands the refrigerant. It can be adjusted to the opening degree.
  • the first expansion mechanism may be adjusted to an opening degree to expand the refrigerant, and the second expansion mechanism may be adjusted to an opening degree to expand the refrigerant.
  • the temperature deviation of the plurality of battery modules can be minimized, and there is an advantage of minimizing the performance degradation of the battery module due to the temperature deviation of the plurality of battery modules.
  • the two-phase refrigerant flowing out of the battery module heat exchanger is overheated by the supercooling heat exchanger and then sucked into the compressor, thereby minimizing the performance degradation of the compressor generated when the two-phase refrigerant is sucked into the compressor.
  • the simple structure further comprises a supercooled heat exchanger, there is an advantage that can efficiently cool the plurality of battery modules while cooling the battery module heat exchanger and the evaporator, respectively.
  • FIG. 1 is a view showing a vehicle refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a P-h diagram of a vehicle refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment
  • FIG. 5 is a view showing a refrigerant flow when the vehicle refrigeration cycle apparatus according to the embodiment in the simultaneous cooling mode
  • FIG. 6 is a view showing a refrigerant flow when the vehicle refrigeration cycle apparatus according to the embodiment is an evaporator cooling mode
  • FIG. 7 is a view showing a refrigerant flow when the vehicle refrigeration cycle apparatus according to the embodiment is a battery module cooling mode
  • FIG. 8 is a control block diagram of a vehicle refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a view showing a vehicle refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment
  • Figure 2 is a Ph diagram of the vehicle refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment
  • Figure 3 is a view showing a vehicle refrigeration cycle apparatus as a comparative example
  • 4 is a Ph diagram of a vehicle refrigeration cycle apparatus as a comparative example.
  • the compressor 1 compresses the refrigerant during driving.
  • the compressor 1 may be connected to a compressor suction passage 11 and a compressor discharge passage 12.
  • the refrigerant may be sucked into the compressor 1 through the compressor suction channel 11, and may be compressed in the compressor 1 and then discharged into the compressor discharge channel 12.
  • the compressor suction passage 11 includes a first suction passage 13 connected to the compressor 1; A second suction passage 14 connecting the first suction passage 13 and the second passage 32 to be described later of the subcooling heat exchanger 3; It may include a third suction passage 15 for connecting the first suction passage 13 and the evaporator (7).
  • the refrigerant passing through the second passage 32 of the subcooling heat exchanger 3 may be sequentially sucked through the second suction passage 14 and the first suction passage 13 and then sucked into the compressor 1.
  • the refrigerant passing through the evaporator 7 may be sucked into the compressor 1 after sequentially passing through the third suction passage 15 and the first suction passage 13.
  • the condenser 2 may be connected to the compressor discharge passage 12 to condense the refrigerant.
  • the vehicle may further include an outdoor fan 28 for blowing air toward the condenser 2.
  • the condenser 2 may be connected to the condenser outlet flow passage 21.
  • the refrigerant condensed in the condenser 2 may be discharged to the condenser outlet flow passage 21.
  • the condenser outlet flow passage 21 includes a first outlet flow passage 22 connected to the condenser 2; A second outlet passage 23 connecting the first outlet passage 22 and the first passage 31 to be described later of the subcooling heat exchanger 3; It may include a third outlet passage 24 for connecting the first outlet passage 22 and the second expansion mechanism (6).
  • the refrigerant flowing out of the condenser 2 may pass through the first outlet passage 22 and the second outlet passage 23 sequentially and then flow into the first passage 31 of the subcooling heat exchanger 3.
  • the refrigerant flowing out of the condenser 2 may pass through the first outlet passage 22 and the third outlet passage 24 sequentially and then flow to the second expansion mechanism 6.
  • the refrigerant condensed in the condenser 2 may be subcooled in the subcooling heat exchanger 3 and then expanded by the first expansion mechanism 4, and may flow into the battery module heat exchanger 5.
  • the refrigerant condensed in the condenser 2 may be expanded by the second expansion mechanism 6 and may flow to the evaporator 7.
  • the refrigerant condensed in the condenser 2 may be dispersed in the subcooling heat exchanger 3 and the second expansion mechanism 6. Some of the refrigerant condensed in the condenser 2 may pass through the first flow passage 31 and the first expansion mechanism 4 of the subcooling heat exchanger 3, and then flow to the battery module heat exchanger 5. have. Then, the rest of the refrigerant condensed in the condenser 2 may pass through the second expansion mechanism 6 may be flowed to the evaporator (7).
  • the supercooled heat exchanger (3) is a refrigerant that flows toward the first expansion mechanism (4) after condensation in the condenser (2), and a refrigerant that flows toward the compressor (1) after passing through the battery module heat exchanger (5). It can be heat exchanged.
  • the subcooled heat exchanger 3 may be connected to the condenser outlet flow passage 21.
  • the first passage (31) through which the refrigerant flowing from the condenser (2) passes, and the refrigerant passing through the cooling passage (51) of the battery module heat exchanger (5), are the first passage (31).
  • a second flow path 32 for cooling the coolant may be formed.
  • the subcooled heat exchanger 3 may be connected to the compressor suction passage 11.
  • the first passage 31 may be connected to the condenser outlet passage 21 and may be connected to the second outlet passage 23 of the condenser outlet passage 21.
  • the first passage 31 may be connected to the first expansion mechanism suction passage 41 to be described later.
  • One end of the first passage 31 may be connected to the condenser outlet passage 21, and the other end of the first passage 31 may be connected to the first expansion mechanism suction passage 41.
  • the refrigerant flowing out of the condenser 2 may sequentially pass through the first outlet passage 22 and the second outlet passage 23, and then pass through the first passage 31, and pass through the first passage 31.
  • One refrigerant may flow through the first expansion mechanism suction passage 41 and flow into the first expansion mechanism 4.
  • the second passage 32 may be connected to the battery module heat exchanger outlet passage 52 which will be described later.
  • the second passage 32 may be connected to the compressor suction passage 11.
  • the second passage 32 may be connected to the second suction passage 14 of the compressor suction passage 11.
  • One end of the second passage 32 may be connected to the battery module heat exchanger outlet passage 52, and the other end thereof may be connected to the compressor suction passage 11.
  • the refrigerant flowing out of the battery module heat exchanger 5 may sequentially pass through the battery module heat exchanger outlet passage 52 and the second passage 32, and the refrigerant passing through the second passage 32 may be second sucked in. After passing through the flow passage 14 and the first suction passage 13 sequentially, it may be sucked into the compressor 1.
  • the first expansion mechanism 4 may expand the refrigerant between the first flow passage 31 and the cooling flow passage 51.
  • the first expansion mechanism 4 may be connected to the first passage 31 and the first expansion mechanism suction passage 41.
  • the first expansion mechanism 4 may be connected to the cooling passage 51 and the first expansion mechanism outlet passage 42 of the battery module heat exchanger 5.
  • the first expansion mechanism 4 may be configured as an expansion valve, such as EEV or LEV, which can adjust its opening degree and block the flow of the refrigerant during full closing.
  • the refrigerant passing through the first flow passage 31 may pass through the first expansion mechanism suction passage 41 and flow to the first expansion mechanism 4, and the refrigerant passing through the first expansion mechanism 4 may pass through the first expansion mechanism 4.
  • the expansion mechanism may flow through the outlet passage 42 and into the cooling passage 51 of the battery module heat exchanger 5.
  • At least one cooling passage 51 for cooling the plurality of battery modules M may be formed in the battery module heat exchanger 5.
  • the battery module heat exchanger 5 may be connected to a battery module heat exchanger outlet passage 52 for guiding the refrigerant passing through the cooling passage 51 to the second passage 32.
  • the refrigerant having cooled the battery module heat exchanger 5 while passing through the cooling passage 51 may pass through the battery module heat exchanger outlet passage 52 and flow to the second passage 32.
  • the plurality of battery modules M may be mounted on the battery module heat exchanger 5, and the plurality of battery modules M may be cooled by the refrigerant passing through the cooling passage 51 of the battery module heat exchanger 5. Can be.
  • the plurality of battery modules M may constitute a battery module heat exchanger 5 and a battery pack P.
  • the battery pack P includes a carrier 107 mounted on a vehicle, a battery module heat exchanger 5 mounted on the carrier 107, and a plurality of battery modules M mounted on the battery module heat exchanger 5. It may include.
  • the plurality of battery modules M may be cooled and supported by the battery module heat exchanger 5 in a state of being mounted on the battery module heat exchanger 5.
  • the battery pack P may further include a top cover 108 covering an upper surface of the carrier 107.
  • the second expansion mechanism 6 is connected to the condenser outlet flow passage 21 and can expand the refrigerant flowing in the condenser 2.
  • the second expansion mechanism 6 may be connected to the third outlet passage 24 of the condenser outlet passage 21.
  • the second expansion mechanism 6 may be connected to the evaporator 7 and the evaporator suction flow path 71.
  • the second expansion mechanism 6 may be configured as an expansion valve, such as EEV or LEV, which can adjust its opening degree and block the flow of the refrigerant at full close.
  • the refrigerant flowing out of the condenser 2 may pass through the first outlet passage 22 and the third outlet passage 24 sequentially and then flow to the second expansion mechanism 6, and the second expansion mechanism 6 may be used.
  • Can be expanded by The refrigerant passing through the second expansion mechanism 6 may pass through the evaporator suction passage 71 and then flow to the evaporator 7.
  • the evaporator 7 may evaporate the refrigerant expanded by the second expansion mechanism 6.
  • the evaporator 7 may constitute an HVAC (Heating, Ventilation, Air conditioner) of the vehicle.
  • the air conditioner of the vehicle may include an air conditioning fan 77 for blowing air toward the evaporator 7.
  • air conditioning fan 77 When the air conditioning fan 77 is driven, air in the cabin or outdoor air may be blown into the compartment after heat exchange with the evaporator 7 while passing through the evaporator 7.
  • the compressor 1, the outdoor fan 28, and the air conditioning fan 77 may be driven, and the air may be cooled by the evaporator 7 and then blown into the cabin.
  • the evaporator 7 may be connected to an evaporator suction passage 71 for guiding the refrigerant passing through the second expansion mechanism 6 to the evaporator 7.
  • the evaporator 7 may be connected to the compressor suction passage 11.
  • the evaporator 7 may be connected to the third suction passage 15 of the compressor suction passage 11. The refrigerant passing through the evaporator 7 may be sucked into the compressor 1 after sequentially passing through the third suction passage 15 and the first suction passage 13.
  • the two-phase refrigerant may flow out of the battery module heat exchanger (5), the two-phase refrigerant flowed out of the battery module heat exchanger (5) It may be overheated by the subcooling heat exchanger 3 and then sucked into the compressor 1.
  • the comparative example of FIG. 3 does not include the subcooling heat exchanger 3 as in this embodiment, and the first expansion mechanism 4 is directly connected to the second outlet passage 23 of the condenser outlet passage 21, and the battery In this example, the module heat exchanger 5 is directly connected to the second suction passage 14 of the compressor suction passage 11.
  • the superheated gaseous refrigerant a compressed in the compressor 1 may be condensed and subcooled in the condenser 2, and the liquid refrigerant condensed and subcooled in the condenser 2 ( b) may flow to the first expansion mechanism 4 and the second expansion mechanism 6 and be expanded by the first expansion mechanism 4 and the second expansion mechanism 6.
  • the refrigerant c expanded by the second expansion mechanism 6 may flow into the evaporator 7 in a two-phase state to be evaporated in the evaporator 7, and in the evaporator 7, the superheated gaseous refrigerant d is It may be discharged and sucked into the compressor 1.
  • the refrigerant expanded by the first expansion mechanism 4 may flow into the battery module heat exchanger 5 in a two-phase state, and thus may be evaporated in the battery module heat exchanger 5.
  • the superheated gaseous refrigerant f may be discharged, and the superheated gaseous refrigerant f may be sucked into the compressor 1.
  • the refrigerant is heat-exchanged with the battery module heat exchanger 5 after the first expansion mechanism 4, and since the evaporation process is an isothermal process, there is no change in temperature but a saturated gas.
  • a temperature change occurs in an overheated state, and when the temperature change occurs, a plurality of battery modules M may generate temperature unevenness. That is, in the comparative example shown in FIGS. 3 and 4, the plurality of battery modules M may be cooled to different temperatures according to their positions, and the battery packs P may be caused by temperature differences between the plurality of battery modules M.
  • FIG. The performance of can be low.
  • the refrigeration cycle apparatus for a vehicle includes a supercooled heat exchanger (3)
  • the two-phase refrigerant may flow out to the supercooled heat exchanger (3)
  • the superheated gaseous refrigerant may flow out of the second channel 32 of the subcooling heat exchanger 3, and the plurality of battery modules M that are heat-exchanged with the battery module heat exchanger 5 may be uniformly cooled as a whole.
  • the temperature variation of the plurality of battery modules M may be minimized, and the performance of the battery pack P may be high.
  • the superheated gaseous refrigerant (a) compressed in the compressor (1) can be condensed and subcooled in the condenser (2), and the liquid refrigerant (b) condensed and subcooled in the condenser (2) is the subcooling heat exchanger (3) and It can flow to the two expansion mechanism (6).
  • the supercooled liquid refrigerant (b) flowing into the second expansion mechanism (6) is expanded by the second expansion mechanism (6) and the refrigerant (c) expanded by the second expansion mechanism (6) is evaporator in a two-phase state. It can be flowed to (7) to be evaporated in the evaporator (7), the evaporator (7) can be discharged by the superheated gaseous refrigerant (d) is sucked into the compressor (1) can be compressed.
  • the supercooled liquid refrigerant (b) flowing into the subcooling heat exchanger (3) passes through the first passage 31 of the subcooling heat exchanger (3) and is a low temperature two-phase refrigerant flowing from the battery module heat exchanger (5).
  • the furnace may be deprived of heat and further cooled (b-> g), and the supercooled refrigerant g may be discharged from the first flow path 31 of the subcooled heat exchanger 3.
  • the supercooled refrigerant g is expanded by the first expansion mechanism 4, and the refrigerant h expanded by the first expansion mechanism 4 is a cooling flow path of the battery module heat exchanger 5 in a two-phase state. (51) can be introduced.
  • the refrigerant flowing into the cooling channel 51 of the battery module heat exchanger 5 may exit the cooling channel 51 of the battery module heat exchanger 5 in a two-phase refrigerant state, and the refrigerant in the two phase state may be a supercooled heat exchanger. While passing through the second flow path 32 of the unit 3 may be heat exchanged with the supercooled liquid refrigerant passing through the first flow path 31 to be overheated (i-> j). The superheated gaseous refrigerant j may be discharged from the second flow path 32 of the supercooled heat exchanger 3, and the gaseous phase refrigerant j may be sucked into the compressor 1 and compressed.
  • FIG. 5 is a view showing the refrigerant flow when the vehicle refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment in the simultaneous cooling mode
  • Figure 6 is a view showing the refrigerant flow when the vehicle refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment is in the evaporator cooling mode
  • 7 is a view showing a refrigerant flow when the vehicle refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment is a battery module cooling mode
  • FIG. 8 is a control block diagram of the vehicle refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment.
  • the vehicle refrigeration cycle apparatus may further include a control unit 8 for controlling the compressor 1, the first expansion mechanism 4, and the second expansion mechanism 6.
  • the vehicle refrigeration cycle apparatus may further include a temperature sensor 9 for sensing the temperature of the battery module (M).
  • the temperature sensor 9 may be installed in each of the plurality of battery modules M, and the controller 8 selects the average of the temperatures detected by the temperature sensors installed in each of the plurality of battery modules M as the temperature of the battery module. It is possible to do The controller 8 may also select the temperature detected by the temperature sensor installed in any one of the plurality of battery modules M as the temperature of the battery module.
  • the vehicle may be provided with a desired temperature input unit 10A for inputting a desired temperature of the vehicle compartment.
  • the vehicle may be provided with a vehicle temperature sensor 10B for detecting the temperature of the vehicle interior.
  • the occupant may input a desired temperature of the vehicle through the desired temperature input unit 10A.
  • the vehicle compartment may be thermo-off.
  • the vehicle compartment may be thermo-on.
  • the controller 8 may control the compressor 1 and the second expansion mechanism 6 such that the refrigerant flows to the evaporator 7 when the compartment is thermo-on.
  • the controller 8 may drive the compressor 1, and control the second expansion mechanism 6 to an opening degree at which the refrigerant may be expanded.
  • the vehicle refrigeration cycle apparatus may control the refrigerant not to flow to the evaporator 7 when the vehicle compartment is the thermo-off.
  • the controller 8 may turn off the compressor 1 when the cooling of the battery module M is unnecessary and the vehicle compartment is thermo-off.
  • the controller 8 needs to cool the battery module M, and if the compartment is thermo-off, the controller 8 may turn on the compressor 1 and control the first expansion mechanism 4 to an opening degree at which the refrigerant may be expanded. It is possible to control the second expansion mechanism 6 so that the second expansion mechanism 6 is closed.
  • the vehicle refrigeration cycle apparatus has a cooling mode in which the compressor 1 is driven, the first expansion mechanism 4 is closed, and the second expansion mechanism 6 adjusts the opening degree to expand the refrigerant. Can be controlled.
  • the cooling mode the refrigerant compressed by the compressor 1 may be sucked into the compressor 1 after passing through the condenser 2, the second expansion mechanism 6, and the evaporator 7 sequentially.
  • the cooling mode may be performed when the compartment is thermo-on and cooling of the battery module M is unnecessary.
  • the cooling mode may be performed.
  • the first expansion mechanism 4 may be closed, the second expansion mechanism 6 may be adjusted to an opening degree to expand the refrigerant, and the compressor 1 may be driven.
  • the controller 9 may drive the compressor 1 only for cooling the vehicle compartment.
  • the compressor 1 may compress and discharge the refrigerant, and the compressor 1 may discharge superheated gaseous refrigerant.
  • the superheated gaseous refrigerant discharged from the compressor 1 may flow to the condenser 2 to condense and supercool.
  • the subcooled liquid refrigerant may be discharged from the condenser 2, and the subcooled liquid refrigerant may be expanded into the two-phase refrigerant by the second expansion mechanism 6.
  • the refrigerant expanded by the second expansion mechanism 6 may flow to the evaporator 7 and pass through the evaporator 7, and the evaporator 7 may discharge superheated gaseous refrigerant, which is a compressor. It can be inhaled with (1).
  • the evaporator 7 can cool the vehicle compartment quickly.
  • the compressor 1 is driven, the first expansion mechanism 4 is adjusted to the opening degree to expand the refrigerant, the second expansion mechanism 6 is closed
  • the battery module may be controlled in a cooling mode.
  • the battery module cooling mode may be performed when the compartment is the thermo-off and cooling of the battery module (M) is required.
  • the compressor (1) can be driven, the first expansion mechanism (4) can be adjusted to the opening degree to expand the refrigerant, the second expansion mechanism (6) ) May be closed.
  • the battery module M may be quick charged while the vehicle is connected to the charging station or the charger.
  • the battery module M may be heated up while being charged or discharged.
  • the temperature of the battery module M may be raised when the battery module M is quick charged by the charging station or the charger.
  • the temperature of the battery module M may be increased to high, and in this case, the battery module cooling mode may be performed for rapid cooling of the battery module M.
  • the compressor 1 may compress and discharge the refrigerant, and the compressor 1 may discharge superheated gaseous refrigerant.
  • the superheated gaseous refrigerant discharged from the compressor 1 may flow to the condenser 2 to condense and supercool.
  • the subcooled liquid refrigerant may be discharged from the condenser 2, and the subcooled liquid refrigerant may be further subcooled while passing through the first passage 31 of the subcooled heat exchanger 3.
  • the refrigerant passing through the first passage 31 of the subcooling heat exchanger 3 may be expanded by the first expansion mechanism 4, and the two-phase refrigerant may be stored in the cooling passage 51 of the battery module heat exchanger 5. Can pass.
  • the two-phase refrigerant may be discharged from the cooling passage 51 of the battery module heat exchanger 5, and the two-phase refrigerant discharged from the cooling passage 51 of the battery module heat exchanger 5 may be discharged from the supercooling heat exchanger 3. It may be overheated while passing through the second flow path 32.
  • the superheated gaseous refrigerant may be discharged from the second flow path 32 of the battery module heat exchanger 3, and the superheated gaseous refrigerant may be sucked into the compressor 1.
  • the battery module heat exchanger (5) can quickly cool the battery module (M).
  • the compressor 1 is driven, the first expansion mechanism 4 is adjusted to an opening degree to expand the refrigerant, and the second expansion mechanism 6 expands the refrigerant. It can be controlled in a simultaneous cooling mode which is adjusted to the opening degree.
  • the compressor 1 may be driven, and the first expansion mechanism 4 may be adjusted to an opening degree to expand the refrigerant.
  • the second expansion mechanism 6 may be adjusted to an opening degree to expand the refrigerant.
  • the compressor 1 when the temperature sensed by the temperature sensor 9 in the driving mode of the vehicle exceeds the set temperature, and the vehicle room cooled by the evaporator 7 is thermo on, the compressor 1 may be driven, and the first The expansion mechanism 4 can be adjusted to the opening degree to expand the refrigerant, and the second expansion mechanism 6 can be adjusted to the opening degree to expand the refrigerant.
  • the controller 9 allows the refrigerant to flow to the evaporator 7 while the refrigerant flows to the battery module heat exchanger 5 when the temperature detected by the temperature sensor 9 when the vehicle runs exceeds the set temperature. ),
  • the first expansion mechanism 4 and the second expansion mechanism 6 can be controlled.
  • the compressor 1 may compress and discharge the refrigerant, and the compressor 1 may discharge the superheated gaseous refrigerant.
  • the superheated gaseous refrigerant discharged from the compressor 1 may flow to the condenser 2 to condense and supercool.
  • the subcooled liquid refrigerant may be discharged.
  • Some of the liquid refrigerant supercooled by the condenser 2 may flow into the second expansion mechanism 6 and expand to the two-phase refrigerant by the second expansion mechanism 6, as in the cooling mode, and the second expansion
  • the refrigerant expanded by the mechanism 6 may be flowed to the evaporator 7 to be evaporated in the evaporator 7, and the gaseous refrigerant evaporated in the evaporator 7 may be sucked into the compressor 1.
  • the rest of the liquid refrigerant supercooled by the condenser 2 is further subcooled while passing through the first flow passage 31 of the subcooling heat exchanger 3, as in the battery module cooling mode, and then the first expansion mechanism ( 4) is expanded to the two-phase refrigerant, and passes through the cooling passage 51 of the battery module heat exchanger (5) and flows to the second passage (32) of the supercooling heat exchanger (4) in the state of the two-phase refrigerant.
  • the superheated gaseous refrigerant may be discharged from the second flow path 32 of the supercooled heat exchanger 3, and the superheated gaseous refrigerant may be sucked into the compressor 1. .
  • FIG. 9 is a perspective view showing a vehicle battery module heat exchanger according to an embodiment of the present invention
  • Figure 10 is a cross-sectional view showing the inside of a battery pack including a vehicle battery module heat exchanger according to an embodiment of the present invention
  • 11 is a longitudinal cross-sectional view of a vehicle battery module heat exchanger according to an embodiment of the present invention
  • Figure 12 is an exploded perspective view of a vehicle battery module heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module heat exchanger 5 of this embodiment includes a pair of headers 110 and 120 spaced apart; It may include at least one tube integral plate 130 connected to a pair of headers (110, 120).
  • the battery module heat exchanger 5 may include a plurality of heat exchange modules 101, 102, 103, 104, 105, and a plurality of heat exchange modules 101, 102, 103, 104 ( 105 may be connected to the refrigerant tube 106.
  • the plurality of heat exchange modules 101, 102, 103, 104, and 105 may be connected to the refrigerant tubes 106 in series or in parallel.
  • the plurality of heat exchange modules 101, 102, 103, 104, and 105 may be spaced apart from each other, and may be connected by the refrigerant tube 106.
  • the plurality of heat exchange modules 101, 102, 103, 104, and 105 may be disposed in the carrier 107 to be spaced apart in the front and rear directions, and at least one may be spaced apart in the vertical direction from the others. have.
  • At least one of the plurality of heat exchange modules 101, 102, 103, 104, and 105 includes a pair of spaced apart headers 110 and 120; It may include a tube integral plate 130 connected to a pair of headers (110, 120).
  • the pair of headers 110 and 120 may be spaced apart from each other in the left and right directions or the front and rear directions within the carrier 107.
  • the pair of headers 110 and 120 may be spaced apart in the horizontal direction.
  • the pair of headers 110 and 120 may be connected by the tube integrated plate 130, and the tube integrated plate 130 may be coupled to the pair of headers 110 and 120 in the battery module M. Can be cooled.
  • the tube integrated plate 130 includes an upper plate part 140 on which a battery module M is seated on an upper surface thereof;
  • a lower flat tube part 150 may be integrally formed on the bottom of the upper plate part 140.
  • the upper plate portion 140 may be formed in a plate shape.
  • the upper surface of the upper plate 140 may be a battery module seating surface on which the battery module M is seated, or a battery module contact surface contacting a lower end of the battery module M.
  • the battery pack P may have a lower end of the battery module M in direct contact with an upper surface of the upper plate part 140, and the cooling plate may be disposed between the lower end of the upper plate part 140 and the upper plate part 140. It is also possible to further separate heat transfer member such as. Hereinafter, even when the battery module M is seated on a separate heat transfer member and the heat transfer member contacts the upper plate portion 140, the battery module M is seated on the upper plate portion 140.
  • the upper plate portion 140 and the lower flat tube portion 150 may be integrally extruded.
  • the lower flat tube is welded to the bottom of the upper plate. It is also possible. However, when the upper plate and the lower flat tube are separately manufactured, twist deformation may occur in the upper plate due to the weak rigidity of the upper plate during the transport of the upper plate. On the other hand, when the thickness of the upper plate is thickened in order to secure the rigidity of the upper plate, the weight of the battery module heat exchanger may be increased.
  • the rigidity of the upper plate portion 140 is increased by the lower flat tube portion 150. , Distortion of the tube integrated plate 130 may be minimized. In addition, it is not necessary to increase the thickness of the upper plate portion 140 to minimize the material cost and to reduce the weight of the battery module heat exchanger (5).
  • the upper plate portion 140 includes a first region A in which the lower flat tube portion 150 protrudes downward, and at least one second region B in which the lower flat tube portion 150 does not protrude. can do.
  • the second region B may be formed in a pair of upper plate portions 140, and the first region A may be located between the pair of second regions B.
  • the plurality of battery modules M may be mounted on the tube integrated plate 130, and the tube integrated plate 130 may cool the plurality of battery modules M mounted on the upper surface thereof.
  • Each of the plurality of battery modules M may be in contact with the first area A and the second area B.
  • the battery module M may be mounted on the upper surface of the second region B as well as the upper surface of the first region A, and the battery module M may be mounted on the upper region of the first region A and the second region B. Heat can be transferred to each.
  • the tube integrated plate 130 is elongated in the left and right directions to connect the pair of headers 110 and 120 and a plurality of battery modules ( M) may be disposed on the upper surface of the tube integrated plate 130 in a long direction and short in a left and right direction.
  • the battery module M may have a vertical length longer than a horizontal length, and a longitudinal length of the battery module M may be longer than the horizontal length.
  • the lower flat tube part 150 may have a plurality of cooling passages 51 communicating with the inside of each of the pair of headers 100 and 200.
  • the plurality of cooling passages 51 may be formed long in the longitudinal direction of the lower flat tube portion 150.
  • Each of the plurality of cooling passages 51 may be formed long in a direction orthogonal to the length direction of the pair of headers 110 and 20.
  • the plurality of cooling passages 51 may be formed to be spaced apart in a direction parallel to the longitudinal direction of the pair of headers 110 and 120.
  • the tube integrated plate 130 may be connected to a plurality of pairs of headers 110 and 120, respectively, and the battery module heat exchanger 5 may include a pair of headers 110 and 120 and a pair of headers ( It may include a plurality of tube integrated plate 130 connected to 110,120.
  • the plurality of tube integrated plates 130 may be sequentially arranged in a direction parallel to the longitudinal direction of the pair of headers 110 and 120, and the tube integrated plates adjacent to each other may have a rear end positioned relatively further forward. It may be coupled to be in contact with the other front end located behind it.
  • the load of the plurality of battery modules M may be distributed and acted on the plurality of tube integrated plates 130, and the plurality of tube integrated plates 130 may cool the plurality of battery modules M together.
  • the plurality of tube integrated plates 130 may be coupled to each other, each of which may firmly support the battery module by such a coupling structure.
  • the plurality of tube integrated plates 130 may be minimized to be bent downward in a state where they are coupled to each other.
  • One of the adjacent pairs of tube-integrated plates 130A and 130B has a first protrusion 131 formed therein, and the second protrusion has a locking groove 132 into which the first protrusion 131 is inserted.
  • 133 may be formed.
  • the first protrusion 131 and the second protrusion 133 may be fixed to mesh with each other.
  • the first protrusion 131 may protrude downward in any one of the pair of tube integrated plates 130A and 130B.
  • the second protrusion 133 may protrude downward from the other of the pair of tube integrated plates 130A and 130B.
  • the locking groove 132 may be formed such that an upper surface thereof is opened to the second protrusion 133.
  • the first protrusion 131 and the second protrusion 133 may be formed in the second region B, and the plurality of tube-integrated plays may be connected to each other by the second region B being coupled to each other.
  • the upper plate part 140 is disposed between the pair of headers 110 and 120 and protrudes from the heat transfer plate part 142 and the heat transfer plate part 142 positioned outside the pair of headers 110 and 120. It may include an insertion plate 144 inserted into the tube insertion hole 112 formed in the header (110) (120).
  • the heat exchanger plate 142 may be a battery module heat exchanger that contacts the battery module M and exchanges heat with the battery module M.
  • the insertion plate portion 144 may be a header heat exchanger that is heat-exchanged with the interior of the header 110, 120 without being in direct contact with the battery module (M).
  • the heat transfer plate portion 142 may be formed in a rectangular plate body shape, the insertion plate portion 144 may protrude on both ends in the longitudinal direction of the heat transfer plate portion 142.
  • the heat transfer plate part 142 may be a portion located between the pair of headers 110 and 120, and the insertion plate part 144 may have a header other than the boundary part 145 with the heat transfer plate part 142. It may be a portion located inside of.
  • the upper plate portion 140 may include a heat transfer plate portion 142 and a pair of insertion plate portions 144. Any one of the pair of insertion plate portions 144 may be inserted into any one of the tube insertion holes 112 of the pair of headers 110 and 120, and the other of the pair of insertion plate portions 144 may be One of the pair of headers 110 and 120 may be inserted into the other tube insertion hole 112.
  • the insertion plate portion 144 may be caught by the headers 110 and 120 in a direction orthogonal to the insertion direction.
  • the insertion plate portion 144 may be inserted into the headers 110 and 120 together with the insertion tube portion 154 described below of the lower flat tube portion 150.
  • the tube integrated plate 130 is the area of the portion inserted into the header 110, 120 than the insertion tube portion 154 of the lower flat tube portion 150 is inserted into the header (110, 120) This can be wide.
  • At least a portion of the insertion plate portion 144 may be located inside the headers 110 and 120, and the refrigerant in the headers 110 and 120 contacts the insertion plate portion 144 inserted into the tube insertion hole 112.
  • the refrigerant may not only absorb heat while passing through the cooling passage 51, but also may be heat-exchanged with the insertion plate 144 in the headers 110 and 120.
  • the insertion plate 144 may be a header inner heat exchanger that exchanges heat with the refrigerant in the headers 110 and 120.
  • the lower flat tube part 150 may include a main tube part 152 positioned between the pair of headers 110 and 120.
  • the lower flat tube portion 150 extends from the main tube portion 152 and is integrally formed on the bottom surface of the insertion plate portion 144 and inserted into the tube insertion hole 112 together with the insertion plate portion 144. ) May be included.
  • the insertion tube part 154 extends in the longitudinal direction of the main tube part 152 from the main tube part 152 and may be a part formed integrally with the main tube part 152.
  • the heat transfer plate part 142 may be caught in contact with the header 110 and 120 when the insertion plate part 144 and the insertion tube part 154 are inserted.
  • the heat transfer plate portion 142 may be in contact with the outer surface of the header 110, 120 side.
  • one end 142A of the heat transfer plate part 142 may be in contact with any one 110 of the pair of headers 110 and 120.
  • the other end 142B of the heat transfer plate part 142 may contact the other one 120 of the pair of headers 110 and 120.
  • the flow path connecting the respective components, such as the suction flow path 71, may be composed of a tube or a pipe through which the refrigerant passes, or may be composed of a plurality of tubes or pipes continuous in the longitudinal direction, and a control valve or a receiver. It goes without saying that it is also possible to include two tubes or pipes which are arranged with other configurations such as the above.

Abstract

본 실시예는 압축기 흡입유로 및 압축기 토출유로가 연결되고 냉매를 압축하는 압축기와; 압축기 토출유로에 연결되어 냉매를 응축하고, 응축기 출구유로가 연결된 응축기와; 복수개 배터리모듈을 냉각하는 냉각유로가 형성된 배터리모듈 열교환기와; 응축기 출구유로에 연결되고, 응축기에서 유동된 냉매가 통과하는 제1유로와, 냉각유로를 통과한 냉매가 제1유로의 냉매를 냉각시키는 제2유로가 형성되며, 압축기 흡입유로에 연결된 과냉각 열교환기와; 제1유로와 냉각유로 사이에서 냉매를 팽창시키는 제1팽창기구와; 응축기 출구유로에 연결되고, 응축기에서 유동된 냉매를 팽창시키는 제2팽창기구와, 제2팽창기구에 의해 팽창된 냉매가 증발되고 압축기 흡입유로에 연결된 증발기를 포함하여, 복수개 배터리모듈이 고르게 냉각되어 복수개 배터리모듈의 온도편차가 최소화될 수 있고, 복수개 배터리모듈의 온도편차에 의한 배터리모듈의 성능저하를 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Description

차량용 냉동사이클 장치
본 발명은 차량용 냉동사이클 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 배터리모듈을 냉각시키는 차량용 냉동사이클 장치에 관한 것이다.
차량에는 전기모터에 전기를 공급하는 배터리 및 전기모터를 제어하는 모터 제어기 등이 구비될 수 있다.
차량에 설치된 배터리는 재생 동력원이나 충전기로부터 충전될 수 있고, 차량의 주행시 전기모터로 전력을 공급할 수 있다.
배터리는 그 온도에 따라 성능이 크게 결정될 수 있고, 충전과 방전시 온도가 상승한다.
배터리는 그 사용이 계속됨에 따라 전해질 분해가 일어나 배터리의 성능이 떨어지고 수명이 점차 단축된다.
배터리는 다수의 배터리모듈을 포함할 수 있고, 다수의 배터리모듈은 서로 간의 온도차가 최소화되게 관리되는 것이 바람직하다.
차량에는 배터리모듈을 냉각시키는 배터리 냉각장치가 설치될 수 있고, 이러한 배터리 냉각장치는 배터리모듈의 과열을 방지하여 배터리모듈의 성능을 유지시킬 수 있다.
배터리 냉각장치는 냉각 방식에 따라, 공랭식 배터리 냉각장치, 수냉식 배터리 냉각장치 및 냉매식 배터리 냉각장치로 구분될 수 있다.
공랭식 냉각장치는 팬을 이용하여 배터리 내부에 공기를 강제로 환기시켜 배터리를 냉각시킨다. 그런데 공랭식 배터리 냉각장치는 다른 냉각 방식에 비해 냉각 효율성이 떨어진다.
수냉식 배터리 냉각장치는 배터리에 접촉되게 배치되고 냉각수가 통과하는 냉각수 튜브와, 공기에 의해 방열되고 냉각수가 통과하는 방열유로가 형성된 라디에이터와, 냉각수 튜브와 라디에이터를 연결하는 연결 튜브와, 연결 튜브에 설치된 순환펌프를 포함할 수 있다.
순환펌프의 구동시, 연결 튜브의 냉각수는 냉각수 튜브로 유동되어 냉각수 튜브에서 배터리의 열을 흡열하고, 이후 라디에이터로 이동된다. 라디에이터로 이동된 냉각수는 라디에이터로 송풍된 공기에 의해 방열할 수 있다. 수냉식 배터리 냉각장치의 냉각수는 냉각수 튜브와 라디에이터를 순환하면서 배터리를 방열시킬 수 있다.
한편, 냉매식 배터리 냉각장치는 냉매를 압축하는 압축기, 압축기에서 압축된 냉매가 응축되는 응축기와, 응축기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 팽창밸브에 의해 팽창된 냉매가 증발되고 배터리모듈과 접촉된 배터리모듈 열교환기를 포함할 수 있다.
압축기의 구동시, 압축기에서 압축된 냉매는 응축기와 팽창밸브와 배터리 열교환기를 순차적으로 통과한 후 압축기로 흡입될 수 있고, 냉매는 배터리 열교환기를 통과하면서 배터리모듈의 열을 흡열할 수 있다.
본 발명은 복수개 배터리모듈을 고르게 냉각하여 복수개 배터리모듈의 온도편차가 최소화될 수 있는 차량용 냉동사이클 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 냉동사이클 장치는 압축기 흡입유로 및 압축기 토출유로가 연결되고 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기 토출유로에 연결되어 냉매를 응축하고 응축기 출구유로가 연결된 응축기와; 복수개 배터리모듈을 냉각하는 냉각유로가 형성된 배터리모듈 열교환기와; 상기 응축기 출구유로에 연결되고 상기 응축기에서 유동된 냉매가 통과하는 제1유로와, 상기 냉각유로와 배터리모듈 열교환기 출구유로로 연결되어 상기 냉각유로를 통과한 냉매가 상기 제1유로의 냉매를 냉각시키고 상기 압축기 흡입유로에 연결된 제2유로가 형성된 과냉각 열교환기와; 상기 제1유로와 냉각유로 사이에서 냉매를 팽창시키는 제1팽창기구와; 상기 응축기 출구유로에 연결되고, 상기 응축기에서 유동된 냉매를 팽창시키는 제2팽창기구와; 상기 제2팽창기구에 의해 팽창된 냉매가 증발되고 상기 압축기 흡입유로에 연결된 증발기를 포함한다.
상기 압축기 흡입유로는 상기 압축기에 연결된 제1흡입유로와; 상기 제1흡입유로와 상기 제2유로를 연결하는 제2흡입유로와; 상기 제1흡입유로와 상기 증발기를 연결하는 제3흡입유로를 포함할 수 있다.
상기 응축기 출구유로는 상기 응축기에 연결된 제1출구유로와; 상기 제1출구유로와 상기 제1유로를 연결하는 제2출구유로와; 상기 제1출구유로와 상기 제2팽창기구를 연결하는 제3출구유로를 포함할 수 있다.
상기 제1유로는 상기 제1팽창기구와 제1팽창기구 흡입유로로 연결될 수 있다.
상기 제1팽창기구는 상기 냉각유로와 제1팽창기구 출구유로로 연결될 수 있다.
상기 압축기와 제1팽창기구와 제2팽창기구를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 압축기가 구동이고, 상기 제1팽창기구가 클로즈이며, 상기 제2팽창기구가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절하는 냉방모드로 제어될 수 있다.
상기 배터리모듈의 온도를 감지하는 온도센서를 포함할 수 있고, 상기 온도센서에서 감지된 온도가 설정온도 이하이고, 상기 증발기가 냉각시키는 차실이 써모 온이면, 상기 제1팽창기구가 클로즈일 수 있고, 제2팽창기구가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있다.
상기 압축기가 구동이고, 상기 제1팽창기구가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되며, 상기 제2팽창기구가 클로즈인 배터리모듈 냉각모드로 제어될 수 있다.
상기 배터리모듈이 퀵 충전이면, 상기 압축기는 구동될 수 있고, 상기 제1팽창기구는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있으며, 상기 제2팽창기구는 클로즈일 수 있다.
상기 압축기가 구동이고, 상기 제1팽창기구가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되며, 상기 제2팽창기구가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되는 동시 냉각모드로 제어될 수 있다.
차량의 주행 모드시 상기 증발기가 냉각시키는 차실이 써모 온이면, 상기 압축기는 구동될 수 있고, 상기 제1팽창기구는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있으며, 상기 제2팽창기구는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있다.
상기 배터리모듈의 온도를 감지하는 온도센서를 포함할 수 있고, 차량의 주행 모드시 상기 온도센서에서 감지된 온도가 설정온도 초과이고, 상기 증발기가 냉각시키는 차실이 써모 온이면, 상기 압축기는 구동될 수 있고, 상기 제1팽창기구는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있으며, 상기 제2팽창기구는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수개 배터리모듈의 온도편차가 최소화될 수 있고 복수개 배터리모듈의 온도편차에 의한 배터리모듈의 성능저하를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 배터리모듈 열교환기에서 유출된 2상 냉매가 과냉각 열교환기에 의해 과열된 후 압축기로 흡입되어, 2상 냉매가 압축기로 흡입될 때 발생되는 압축기의 성능 저하를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 과냉각 열교환기를 더 포함하는 간단한 구조로, 배터리모듈 열교환기와 증발기를 각각 냉각하면서 복수개 배터리모듈을 효율적으로 냉각할 수 있는 이점이 있다.
또한, 복수개 배터리모듈의 퀵 충전시, 복수개의 배터리모듈을 신속하게 냉각할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치가 도시된 도,
도 2는 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치의 P-h선도,
도 3은 비교예인 차량용 냉동사이클 장치가 도시된 도,
도 4는 비교예인 차량용 냉동사이클 장치의 P-h 선도,
도 5는 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치가 동시 냉각모드일 때 냉매 흐름이 도시된 도,
도 6은 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치가 증발기 냉각모드일 때 냉매 흐름이 도시된 도,
도 7은 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치가 배터리모듈 냉각모드일 때 냉매 흐름이 도시된 도,
도 8은 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치의 제어 블록도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치가 도시된 도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치의 P-h선도이며, 도 3은 비교예인 차량용 냉동사이클 장치가 도시된 도이고, 도 4는 비교예인 차량용 냉동사이클 장치의 P-h 선도이다.
본 실시예는 압축기(1)와, 응축기(2)와, 과냉각 열교환기(3)와, 제1팽창기구(4)와, 배터리모듈 열교환기(5)와, 제2팽창기구(6)와, 증발기(7)을 포함한다.
압축기(1)는 구동시 냉매를 압축한다. 압축기(1)에는 압축기 흡입유로(11) 및 압축기 토출유로(12)가 연결될 수 있다. 냉매는 압축기 흡입유로(11)를 통해 압축기(1)로 흡입될 수 있고, 압축기(1)에서 압축된 후 압축기 토출유로(12)로 토출될 수 있다.
압축기 흡입유로(11)는 압축기(1)에 연결된 제1흡입유로(13)와; 제1흡입유로(13)와 과냉각열교환기(3)의 후술하는 제2유로(32)를 연결하는 제2흡입유로(14)와; 제1흡입유로(13)와 증발기(7)를 연결하는 제3흡입유로(15)를 포함할 수 있다.
과냉각열교환기(3)의 제2유로(32)를 통과한 냉매는 제2흡입유로(14)와 제1흡입유로(13)를 순차적으로 통과한 후 압축기(1)로 흡입될 수 있다.
증발기(7)를 통과한 냉매는 제3흡입유로(15)와 제1흡입유로(13)를 순차적으로 통과한 후 압축기(1)로 흡입될 수 있다.
응축기(2)는 압축기 토출유로(12)에 연결되어 냉매를 응축할 수 있다. 차량은 응축기(2)를 향해 공기를 송풍하는 실외팬(28)을 더 포함할 수 있다.
응축기(2)에는 응축기 출구유로(21)가 연결될 수 있다. 응축기(2)에서 응축된 냉매는 응축기 출구유로(21)로 토출될 수 있다.
응축기 출구유로(21)는 응축기(2)에 연결된 제1출구유로(22)와; 제1출구유로(22)와 과냉각열교환기(3)의 후술하는 제1유로(31)를 연결하는 제2출구유로(23)와; 제1출구유로(22)와 제2팽창기구(6)를 연결하는 제3출구유로(24)를 포함할 수 있다.
응축기(2)에서 유출된 냉매는 제1출구유로(22)와 제2출구유로(23)을 순차적으로 통과한 후 과냉각열교환기(3)의 제1유로(31)로 유동될 수 있다. 응축기(2)에서 유출된 냉매는 제1출구유로(22)와 제3출구유로(24)를 순차적으로 통과한 후 제2팽창기구(6)로 유동될 수 있다.
응축기(2)에서 응축된 냉매는 과냉각열교환기(3)에서 과냉된 후 제1팽창기구(4)에 의해 팽창될 수 있고, 배터리모듈 열교환기(5)로 유동될 수 있다.
응축기(2)에서 응축된 냉매는 제2팽창기구(6)에 의해 팽창될 수 있고, 증발기(7)로 유동될 수 있다.
응축기(2)에서 응축된 냉매는 과냉각 열교환기(3)와 제2팽창기구(6)로 분산될 수 있다. 응축기(2)에서 응축된 냉매 중 일부는 과냉각열교환기(3)의 제1유로(31)와, 제1팽창기구(4)를 순차적으로 통과한 후 배터리모듈 열교환기(5)로 유동될 수 있다. 그리고, 응축기(2)에서 응축된 냉매 중 나머지는 제2팽창기구(6)를 통과한 후 증발기(7)로 유동될 수 있다.
과냉각 열교환기(3)는 응축기(2)에서 응축된 후 제1팽창기구(4)를 향해 유동되는 냉매와, 배터리모듈 열교환기(5)를 통과한 후 압축기(1)를 향해 유동되는 냉매를 열교환시킬 수 있다.
과냉각 열교환기(3)는 응축기 출구유로(21)에 연결될 수 있다. 과냉각 열교환기(3)에는 응축기(2)에서 유동된 냉매가 통과하는 제1유로(31)와, 배터리모듈 열교환기(5)의 냉각유로(51)를 통과한 냉매가 제1유로(31)의 냉매를 냉각시키는 제2유로(32)가 형성될 수 있다. 과냉각 열교환기(3)는 압축기 흡입유로(11)에 연결될 수 있다.
제1유로(31)는 응축기 출구유로(21)에 연결될 수 있고, 응축기 출구유로(21) 중 제2출구유로(23)에 연결될 수 있다. 그리고, 제1유로(31)는 후술하는 제1팽창기구 흡입유로(41)에 연결될 수 있다. 제1유로(31)는 일단이 응축기 출구유로(21)에 연결될 수 있고, 타단이 제1팽창기구 흡입유로(41)에 연결될 수 있다.
응축기(2)에서 유출된 냉매는 제1출구유로(22)와 제2출구유로(23)을 순차적으로 통과한 후 제1유로(31)를 통과할 수 있고, 제1유로(31)를 통과한 냉매는 제1팽창기구 흡입유로(41)을 통과하여 제1팽창기구(4)로 유동될 수 있다.
제2유로(32)는 후술하는 배터리모듈 열교환기 출구유로(52)에 연결될 수 있다. 그리고, 제2유로(32)는 압축기 흡입유로(11)에 연결될 수 있다. 제2유로(32)는 압축기 흡입유로(11) 중 제2흡입유로(14)에 연결될 수 있다. 제2유로(32)는 일단이 배터리모듈 열교환기 출구유로(52)에 연결될 수 있고, 타단이 압축기 흡입유로(11)에 연결될 수 있다.
배터리모듈 열교환기(5)에서 유출된 냉매는 배터리모듈 열교환기 출구유로(52)와 제2유로(32)를 순차적으로 통과할 수 있고, 제2유로(32)를 통과한 냉매는 제2흡입유로(14)과 제1흡입유로(13)을 순차적으로 통과한 후 압축기(1)로 흡입될 수 있다.
제1팽창기구(4)는 제1유로(31)와 냉각유로(51) 사이에서 냉매를 팽창시킬 수 있다.
제1팽창기구(4)는 제1유로(31)와 제1팽창기구 흡입유로(41)로 연결될 수 있다. 제1팽창기구(4)는 배터리모듈 열교환기(5)의 냉각유로(51)와 제1팽창기구 출구유로(42)로 연결될 수 있다.
제1팽창기구(4)는 그 개도 조절이 가능하고, 풀 클로즈시 냉매의 흐름을 차단할 수 있는 EEV나 LEV 등의 팽창밸브로 구성될 수 있다.
제1유로(31)를 통과한 냉매는 제1팽창기구 흡입유로(41)를 통과하여 제1팽창기구(4)로 유동될 수 있고, 제1팽창기구(4)를 통과한 냉매는 제1팽창기구 출구유로(42)를 통과하여 배터리모듈 열교환기(5)의 냉각유로(51)로 유동될 수 있다.
배터리모듈 열교환기(5)에는 복수개 배터리모듈(M)을 냉각하는 적어도 하나의 냉각유로(51)가 형성될 수 있다.
배터리모듈 열교환기(5)에는 냉각유로(51)를 통과한 냉매를 제2유로(32)로 안내하는 배터리모듈 열교환기 출구유로(52)가 연결될 수 있다. 냉각유로(51)를 통과하면서 배터리모듈 열교환기(5)를 냉각시킨 냉매는 배터리모듈 열교환기 출구유로(52)을 통과하여 제2유로(32)로 유동될 수 있다.
복수개의 배터리모듈(M)은 배터리모듈 열교환기(5)에 올려질 수 있고, 복수개의 배터리모듈(M)은 배터리모듈 열교환기(5)의 냉각유로(51)를 통과하는 냉매에 의해 냉각될 수 있다.
복수개의 배터리모듈(M)은 배터리모듈 열교환기(5)와 배터리 팩(P)을 구성할 수 있다.
배터리 팩(P)은 차량에 장착되는 캐리어(107)와, 캐리어(107)에 안착된 배터리모듈 열교환기(5)와, 배터리모듈 열교환기(5)에 안착된 복수개의 배터리모듈(M)을 포함할 수 있다. 복수개의 배터리모듈(M)은 배터리모듈 열교환기(5)에 올려진 상태에서 배터리모듈 열교환기(5)에 의해 냉각 및 지지될 수 있다. 배터리 팩(P)은 캐리어(107)의 상면을 덮는 탑 커버(108)를 더 포함할 수 있다.
제2팽창기구(6)는 응축기 출구유로(21)에 연결되고, 응축기(2)에서 유동된 냉매를 팽창시킬 수 있다.
제2팽창기구(6)는 응축기 출구유로(21) 중 제3출구유로(24)에 연결될 수 있다. 제2팽창기구(6)는 증발기(7)와 증발기 흡입유로(71)로 연결될 수 있다.
제2팽창기구(6)는 그 개도 조절이 가능하고, 풀 클로즈시 냉매의 흐름을 차단할 수 있는 EEV나 LEV 등의 팽창밸브로 구성될 수 있다.
응축기(2)에서 유출된 냉매는 제1출구유로(22)와 제3출구유로(24)를 순차적으로 통과한 후 제2팽창기구(6)로 유동될 수 있고, 제2팽창기구(6)에 의해 팽창될 수 있다. 제2팽창기구(6)를 통과한 냉매는 증발기 흡입유로(71)를 통과한 후 증발기(7)로 유동될 수 있다.
증발기(7)는 제2팽창기구(6)에 의해 팽창된 냉매를 증발시킬 수 있다. 증발기(7)는 차량의 공조기(HVAC; Heating, Ventilation, Air conditioner)를 구성할 수 있다.
차량의 공조기는 증발기(7)를 향해 공기를 송풍하는 공조용 팬(77)를 포함할 수 있다. 공조용 팬(77)의 구동시, 차실의 공기 또는 실외의 공기는 증발기(7)를 통과하면서 증발기(7)와 열교환된 후 차실로 송풍될 수 있다.
차실의 냉방 운전시, 압축기(1)와 실외팬(28) 및 공조용 팬(77)는 구동될 수 있고, 공기는 증발기(7)에 의해 냉각된 후 차실로 송풍될 수 있다.
증발기(7)에는 제2팽창기구(6)를 통과한 냉매를 증발기(7)로 안내하는 증발기 흡입유로(71)가 연결될 수 있다. 그리고, 증발기(7)는 압축기 흡입유로(11)에 연결될 수 있다. 증발기(7)는 압축기 흡입유로(11) 중 제3흡입유로(15)에 연결될 수 있다. 증발기(7)를 통과한 냉매는 제3흡입유로(15)와 제1흡입유로(13)을 순차적으로 통과한 후 압축기(1)로 흡입될 수 있다.
본 실시예의 차량용 냉동사이클 장치가 과냉각 열교환기(3)를 포함할 경우, 배터리모듈 열교환기(5)에서는 2상 냉매가 유출될 수 있고, 배터리모듈 열교환기(5)에서 유출된 2상 냉매는 과냉각 열교환기(3)에 의해 과열된 후 압축기(1)로 흡입될 수 있다.
도 3의 비교예는 본 실시예와 같은 과냉각 열교환기(3)를 포함하지 않고, 제1팽창기구(4)가 응축기 출구유로(21)의 제2출구유로(23)과 직접 연결되고, 배터리모듈 열교환기(5)가 압축기 흡입유로(11)의 제2흡입유로(14)과 직접 연결되는 예이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 압축기(1)에서 압축된 과열된 기상냉매(a)는 응축기(2)에서 응축되어 과냉될 수 있고, 응축기(2)에서 응축되어 과냉된 액냉매(b)는 제1팽창기구(4) 및 제2팽창기구(6)로 유동되어 제1팽창기구(4)와 제2팽창기구(6)에 의해 팽창될 수 있다.
제2팽창기구(6)에 의해 팽창된 냉매(c)는 2상 상태로 증발기(7)로 유동되어 증발기(7)에서 증발될 수 있고, 증발기(7)에서는 과열된 기상냉매(d)가 토출되어 압축기(1)로 흡입될 수 있다.
한편, 제1팽창기구(4)에 의해 팽창된 냉매는 2상 상태로 배터리모듈 열교환기(5)로 유동될 수 있어, 배터리모듈 열교환기(5)에서 증발될 수 있다. 배터리모듈 열교환기(5)에서는 과열된 기상냉매(f)가 토출될 수 있고, 이러한 과열된 기상냉매(f)는 압축기(1)로 흡입될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 비교예의 경우, 냉매가 제1팽창기구(4) 이후에 배터리모듈 열교환기(5)과 열교환되어 증발되는데, 이러한 증발과정은 등온과정이므로 온도의 변화가 없으나 포화기체선 이후에서 과열상태로 온도 변화가 발생하고, 이러한 온도 변화시 복수개 배터리모듈(M)은 온도 불균일이 발생될 수 있다. 즉, 도 3 및 도 4에 도시된 비교예의 경우, 복수개 배터리모듈(M)은 그 위치에 따라 서로 상이한 온도로 냉각될 수 있고, 복수개 배터리모듈(M) 상호간의 온도차에 의해 배터리 팩(P)의 성능은 낮을 수 있다.
반면에, 본 실시예와 같이, 차량용 냉동사이클 장치가 과냉각 열교환기(3)를 포함하면, 배터리모듈 열교환기(5)에서는 2상 냉매가 유출되어 과냉각 열교환기(3)로 유동될 수 있고, 과냉각 열교환기(3)의 제2유로(32)에서 과열된 기상 냉매가 유출될 수 있으며, 배터리모듈 열교환기(5)와 열교환되는 복수개 배터리모듈(M)는 전체적으로 고르게 냉각될 수 있다.
본 실시예의 경우, 비교예와 달리 복수개 배터리모듈(M)의 온도 편차를 최소화할 수 있고, 배터리 팩(P)의 성능은 높을 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 냉매가 복수개 배터리모듈(M)를 고르게 냉각시키는 것에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
압축기(1)에서 압축된 과열된 기상냉매(a)는 응축기(2)에서 응축되어 과냉될 수 있고, 응축기(2)에서 응축되어 과냉된 액냉매(b)는 과냉각 열교환기(3) 및 제2팽창기구(6)로 유동될 수 있다.
제2팽창기구(6)로 유동된 과냉된 액냉매(b)는 제2팽창기구(6)에 의해 팽창되고 제2팽창기구(6)에 의해 팽창된 냉매(c)는 2상 상태로 증발기(7)로 유동되어 증발기(7)에서 증발될 수 있으며, 증발기(7)에서는 과열된 기상냉매(d)가 토출되어 압축기(1)로 흡입되어 압축될 수 있다.
한편, 과냉각 열교환기(3)로 유동된 과냉된 액냉매(b)는 과냉각 열교환기(3)의 제1유로(31)을 통과하면서 배터리모듈 열교환기(5)에서 유동된 저온의 2상 냉매로 열을 빼앗겨 추가로 과냉(b->g)될 수 있고, 과냉각 열교환기(3)의 제1유로(31)에서는 과냉된 냉매(g)가 토출될 수 있다. 이러한 과냉된 냉매(g)는 제1팽창기구(4)에 의해 팽창되고, 제1팽창기구(4)에 의해 팽창된 냉매(h)는 2상 상태로 배터리모듈 열교환기(5)의 냉각유로(51)로 유입될 수 있다. 배터리모듈 열교환기(5)의 냉각유로(51)를 유입된 냉매는 2상 냉매 상태로 배터리모듈 열교환기(5)의 냉각유로(51)를 빠져나올 수 있고, 2상 상태의 냉매는 과냉각 열교환기(3)의 제2유로(32)를 통과하면서 제1유로(31)를 통과하는 과냉된 액냉매와 열교환되어 과열(i->j)될 수 있다. 과냉각 열교환기(3)의 제2유로(32)에서는 과열된 기상냉매(j)가 토출될 수 있고, 이러한 기상냉매(j)는 압축기(1)로 흡입되어 압축될 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치가 동시 냉각모드일 때 냉매 흐름이 도시된 도이고, 도 6은 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치가 증발기 냉각모드일 때 냉매 흐름이 도시된 도이고, 도 7은 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치가 배터리모듈 냉각모드일 때 냉매 흐름이 도시된 도이며, 도 8은 본 실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치의 제어 블록도이다.
차량용 냉동사이클 장치는 압축기(1)와 제1팽창기구(4)와 제2팽창기구(6)를 제어하는 제어부(8)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 차량용 냉동사이클 장치는 배터리모듈(M)의 온도를 감지하는 온도센서(9)를 더 포함할 수 있다.
온도센서(9)는 복수개 배터리모듈(M)의 각각에 설치될 수 있고, 제어부(8)는 복수개 배터리모듈(M) 각각에 설치된 온도센서들에서 감지된 온도의 평균을 배터리모듈의 온도로 선정하는 것이 가능하다. 제어부(8)는 복수개 배터리모듈(M) 중 어느 하나에 설치된 온도센서에서 감지된 온도를 배터리모듈의 온도로 선정하는 것도 가능함은 물론이다.
차량에는 차실의 희망온도를 입력하는 희망온도 입력부(10A)가 구비될 수 있다. 그리고, 차량에는 차실의 온도를 감지하는 차실 온도센서(10B)가 구비될 수 있다.
탑승자는 희망온도 입력부(10A)를 통해 차실의 희망온도를 입력할 수 있다.
차실 온도센서(10B)에서 감지된 온도가 희망온도의 하한온도 이하이면, 차실은 서모 오프일 수 있다. 반대로, 차실 온도센서(10B)에서 감지된 온도가 희망온도의 상한온도 이상이면, 차실은 서모 온일 수 있다.
제어부(8)는 차실이 서모 온일 경우, 증발기(7)로 냉매가 유동되게 압축기(1) 및 제2팽창기구(6)를 제어할 수 있다.
제어부(8)는 압축기(1)를 구동시킬 수 있고, 제2팽창기구(6)를 냉매가 팽창될 수 있는 개도로 제어할 수 있다.
차량용 냉동사이클 장치는 차실이 서모 오프일 경우, 증발기(7)로 냉매가 유동되지 않게 제어할 수 있다.
제어부(8)는 배터리모듈(M)의 냉각이 불필요하고 차실이 서모 오프이면, 압축기(1)를 오프할 수 있다.
제어부(8)는 배터리모듈(M)의 냉각이 필요하고, 차실이 서모 오프이면, 압축기(1)를 온시킬 수 있고, 제1팽창기구(4)를 냉매가 팽창될 수 있는 개도로 제어할 수 있으며, 제2팽창기구(6)가 클로즈되게 제2팽창기구(6)를 제어할 수 있다.
차량용 냉동사이클 장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 압축기(1)가 구동이고, 제1팽창기구(4)가 클로즈이며, 제2팽창기구(6)가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절하는 냉방모드로 제어될 수 있다. 냉방모드시, 압축기(1)에서 압축된 냉매는 응축기(2)와, 제2팽창기구(6)와, 증발기(7)를 순차적으로 통과한 후 압축기(1)로 흡입될 수 있다
냉방모드는 차실이 서모 온이고, 배터리모듈(M)의 냉각이 불필요할 경우, 실시될 수 있다.
차량용 냉동사이클 장치는 온도센서(9)에서 감지된 온도가 설정온도 이하이고, 증발기(7)가 냉각시키는 차실이 써모 온이면, 냉방모드가 실시될 수 있다. 냉방모드시 제1팽창기구(4)가 클로즈일 수 있고, 제2팽창기구(6)가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있으며, 압축기(1)가 구동될 수 있다. 배터리모듈(M)의 온도가 설정온도 이하이면, 배터리모듈(M)의 냉각은 필요하지 않고, 제어부(9)는 차실의 냉방만을 위해 압축기(1)를 구동할 수 있다.
상기와 같은 냉방모드시, 압축기(1)는 냉매를 압축하여 토출할 수 있고, 압축기(1)에서는 과열된 기상냉매가 토출될 수 있다. 압축기(1)에서 토출된 과열된 기상냉매는 응축기(2)로 유동되어 응축될 수 있고 과냉될 수 있다. 응축기(2)에서는 과냉된 액냉매가 토출될 수 있고, 과냉된 액냉매는 제2팽창기구(6)에 의해 2상 냉매로 팽창될 수 있다. 제2팽창기구(6)에 의해 팽창된 냉매는 증발기(7)로 유동되어 증발기(7)를 통과할 수 있고, 증발기(7)에서는 과열된 기상냉매가 토출될 수 있고, 이러한 기상냉매는 압축기(1)로 흡입될 수 있다.
상기와 같은 냉방모드시, 증발기(7)는 차실을 신속하게 냉방시킬 수 있다.
한편, 차량용 냉동사이클 장치는 도 7에 도시된 바와 같이, 압축기(1)가 구동이고, 제1팽창기구(4)가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되며, 제2팽창기구(6)가 클로즈인 배터리모듈 냉각모드로 제어될 수 있다.
배터리모듈 냉각모드는 차실이 서모 오프이고, 배터리모듈(M)의 냉각이 필요할 경우 실시될 수 있다.
차량용 냉동사이클 장치는 배터리모듈(M)이 퀵 충전이면, 압축기(1)가 구동될 수 있고, 제1팽창기구(4)가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있으며, 제2팽창기구(6)가 클로즈일 수 있다.
배터리모듈(M)은 차량이 충전스테이션 또는 충전기에 연결된 상태에서 퀵 충전될 수 있다. 배터리모듈(M)은 충전되거나 방전되는 도중에 승온될 수 있다. 배터리모듈(M)의 온도는 배터리모듈(M)이 충전스테이션 또는 충전기에 의해 충전되는 퀵 충전시, 높게 상승될 수 있다.
즉, 차량의 퀵 충전시, 배터리모듈(M)의 온도는 높게 상승될 수 있고, 이 경우, 배터리모듈(M)의 신속한 냉각을 위해 배터리모듈 냉각모드는 실시될 수 있다.
상기와 같은 배터리모듈 냉각모드시, 압축기(1)는 냉매를 압축하여 토출할 수 있고, 압축기(1)에서는 과열된 기상냉매가 토출될 수 있다. 압축기(1)에서 토출된 과열된 기상냉매는 응축기(2)로 유동되어 응축될 수 있고 과냉될 수 있다. 응축기(2)에서는 과냉된 액냉매가 토출될 수 있고, 과냉된 액냉매는 과냉각 열교환기(3)의 제1유로(31)를 통과하면서 추가 과냉될 수 있다. 과냉각열교환기(3)의 제1유로(31)를 통과한 냉매는 제1팽창기구(4)에 의해 팽창될 수 있고, 배터리모듈 열교환기(5)의 냉각유로(51)에는 2상 냉매가 통과할 수 있다.
배터리모듈 열교환기(5)의 냉각유로(51)에서는 2상 냉매가 토출될 수 있고, 배터리모듈 열교환기(5)의 냉각유로(51)에서 토출된 2상 냉매는 과냉각열교환기(3)의 제2유로(32)를 통과하면서 과열될 수 있다. 배터리모듈 열교환기(3)의 제2유로(32)에서는 과열된 기상냉매가 토출될 수 있고, 이러한 과열된 기상냉매는 압축기(1)로 흡입될 수 있다.
상기와 같은 배터리모듈 냉각모드시, 배터리모듈 열교환기(5)는 배터리모듈(M)을 신속하게 냉각시킬 수 있다.
차량용 냉동사이클 장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 압축기(1)가 구동이고, 제1팽창기구(4)가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되며, 제2팽창기구(6)가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되는 동시 냉각모드로 제어될 수 있다.
차량용 냉동사이클 장치는 차량의 주행 모드시 증발기(7)가 냉각시키는 차실이 써모 온이면, 압축기(1)가 구동될 수 있고, 제1팽창기구(4)는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있으며, 제2팽창기구(6)는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있다.
차량용 냉동사이클 장치는 차량의 주행 모드시 온도센서(9)에서 감지된 온도가 설정온도 초과이고, 증발기(7)가 냉각시키는 차실이 써모 온이면, 압축기(1)는 구동될 수 있고, 제1팽창기구(4)는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있으며, 제2팽창기구(6)는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절될 수 있다. 제어부(9)는 차량의 주행시 온도센서(9)에서 감지된 온도가 설정온도를 초과하는 경우에 배터리모듈 열교환기(5)로 냉매가 유동되게 하면서 증발기(7)로 냉매가 유동되게 압축기(1), 제1팽창기구(4) 및 제2팽창기구(6)를 제어할 수 있다.
상기와 같은 동시 냉각모드시, 압축기(1)는 냉매를 압축하여 토출할 수 있고, 압축기(1)에서는 과열된 기상냉매가 토출될 수 있다. 압축기(1)에서 토출된 과열된 기상냉매는 응축기(2)로 유동되어 응축될 수 있고 과냉될 수 있다. 응축기(2)에서는 과냉된 액냉매가 토출될 수 있다.
응축기(2)에 의해 과냉된 액냉매 중 일부는 냉방모드시와 같이, 제2팽창기구(6)로 유동되어 제2팽창기구(6)에 의해 2상 냉매로 팽창될 수 있고, 제2팽창기구(6)에 의해 팽창된 냉매는 증발기(7)로 유동되어 증발기(7)에서 증발될 수 있으며, 증발기(7)에서 증발된 기상냉매는 압축기(1)로 흡입될 수 있다.
한편, 응축기(2)에 의해 과냉된 액냉매 중 나머지는 배터리모듈 냉각모드시와 같이, 과냉각열교환기(3)의 제1유로(31)를 통과하면서 추가로 과냉되고, 이후 제1팽창기구(4)에 의해 2상 냉매로 팽창되며, 배터리모듈 열교환기(5)의 냉각유로(51)를 통과한 후 2상 냉매 상태로 과냉각열교환기(4)의 제2유로(32)로 유동된다. 과냉각열교환기(3)의 제2유로(32)에서는 과열된 기상냉매가 토출되고, 이러한 과열된 기상냉매는 압축기(1)로 흡입될 수 있다. .
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리모듈 열교환기가 도시된 사시도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리모듈 열교환기를 포함하는 배터리 팩의 내부가 도시된 단면도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리모듈 열교환기의 종단면도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리모듈 열교환기의 분해 사시도이다.
본 실시예의 배터리모듈 열교환기(5)는 이격된 한 쌍의 헤더(110)(120)와; 한 쌍의 헤더(110)(120)에 연결되는 적어도 하나의 튜브 일체형 플레이트(130)를 포함할 수 있다.
배터리모듈 열교환기(5)는 복수개의 열교환모듈(101)(102)(103)(104)(105)을 포함할 수 있고, 복수개의 열교환모듈(101)(102)(103)(104)(105)은 냉매튜브(106)로 연결될 수 있다. 복수개의 열교환모듈(101)(102)(103)(104)(105)는 냉매튜브(106)가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
복수개의 열교환모듈(101)(102)(103)(104)(105)은 서로 이격되게 위치될 수 있고, 냉매튜브(106)에 의해 연결될 수 있다.
복수개의 열교환모듈(101)(102)(103)(104)(105)은 캐리어(107) 내부에 전후 방향으로 이격되게 배치될 수 있고, 적어도 하나가 나머지들과 상하 방향으로 이격되게 배치될 수 있다.
복수개의 열교환모듈(101)(102)(103)(104)(105) 중 적어도 하나는 이격된 한 쌍의 헤더(110)(120)와; 한 쌍의 헤더(110)(120)에 연결되는 튜브 일체형 플레이트(130)를 포함할 수 있다.
한 쌍의 헤더(110)(120)는 캐리어(107) 내부에 좌우 방향 또는 전후 방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 한 쌍의 헤더(110)(120)는 수평방향으로 이격될 수 있다.
한 쌍의 헤더(110)(120)는 튜브 일체형 플레이트(130)에 의해 연결될 수 있고, 튜브 일체형 플레이트(130)는 한 쌍의 헤더(110)(120)와 결합된 상태에서 배터리모듈(M)을 냉각시킬 수 있다.
튜브 일체형 플레이트(130)는 상면에 배터리모듈(M)이 안착되는 어퍼 플레이트부(140)와; 어퍼 플레이트부(140)의 저면에 일체로 돌출 형성된 로어 플랫 튜브부(150)를 포함할 수 있다.
어퍼 플레이트부(140)는 판체 형상으로 형성될 수 있다. 어퍼 플레이트부(140)의 상면은 배터리모듈(M)이 안착되는 배터리모듈 안착면일 수 있고, 배터리모듈(M)의 하단과 접촉되는 배터리모듈 접촉면일 수 있다.
배터리 팩(P)은 배터리모듈(M)의 하단이 어퍼 플레이트부(140)의 상면에 직접 접촉되는 것도 가능하고, 어퍼 플레이트부(140)의 하단과 어퍼 플레이트부(140)의 사이에 쿨링 플레이트 등과 같은 별도의 전열부재가 더 배치되는 것도 가능하다. 이하, 배터리모듈(M)이 별도의 전열부재에 안착되고 전열부재가 어퍼 플레이트부(140)에 접촉되는 경우에도, 배터리모듈(M)이 어퍼 플레이트부(140)에 안착되는 것으로 설명한다.
어퍼 플레이트부(140)와 로어 플랫 튜브부(150)는 일체로 압출 성형될 수 있다.
어퍼 플레이트부(140)와 대응되는 어퍼 플레이트(미도시)와 로어 플랫 튜브부(150)와 대응되는 로어 플랫 튜브(미도시) 각각이 별도로 성형된 후 로어 플랫 튜브가 어퍼 플레이트의 저면에 용접 접합되는 것도 가능하다. 그러나, 어퍼 플레이트와 로어 플랫 튜브가 각각 별도로 제작된 경우, 어퍼 플레이트의 운반시 어퍼 플레이트의 약한 강성 때문에 어퍼 플레이트에 뒤틀림 변형이 발생될 수 있다. 한편, 어퍼 플레이트의 강성을 확보하기 위해 어퍼 플레이트의 두께를 두껍게 할 경우에는, 배터리모듈 열교환기의 무게가 증가될 수 있다.
반면에, 본 실시예와 같이, 어퍼 플레이트부(140)와 로어 플랫 튜브부(150)가 일체로 성형될 경우, 로어 플랫 튜브부(150)에 의해 어퍼 플레이트부(140)의 강성은 증대되고, 튜브 일체형 플레이트(130)의 뒤틀림 변형은 최소화될 수 있다. 또한, 어퍼 플레이트부(140)의 두께를 두껍게 할 필요가 없어 재료비를 최소화할 수 있고 배터리모듈 열교환기(5)를 경량화할 수 있다.
어퍼 플레이트부(140)는 로어 플랫 튜브부(150)가 하측 방향으로 돌출된 제1영역(A)와, 로어 플랫 튜브부(150)가 돌출되지 않는 적어도 하나의 제2영역(B)를 포함할 수 있다. 제2영역(B)는 하나의 어퍼 플레이트부(140)에 한 쌍 형성될 수 있고, 제1영역(A)은 한 쌍의 제2영역(B) 사이에 위치될 수 있다.
배터리모듈(M)은 복수개가 튜브 일체형 플레이트(130)에 올려질 수 있고, 튜브 일체형 플레이트(130)는 그 상면에 올려진 복수개의 배터리모듈(M)을 함께 냉각시킬 수 있다.
복수개의 배터리모듈(M)은 그 각각이 제1영역(A)과 제2영역(B)과 접촉될 수 있다.
배터리모듈(M)은 제1영역(A)의 상면 뿐만 아니라 제2영역(B)의 상면에 올려질 수 있고, 배터리모듈(M)은 제1영역(A) 및 제2영역(B)의 각각으로 열을 전달할 수 있다.
한 쌍의 헤더(110)(120)가 좌우 방향으로 이격될 경우, 튜브 일체형 플레이트(130)는 좌우 방향으로 길게 형성되어 한 쌍의 헤더(110)(120)를 연결하고, 복수개의 배터리모듈(M)은 튜브 일체형 플레이트(130)의 상면에 전후방향으로 길고 좌우 방향으로 짧게 배치될 수 있다. 배터리모듈(M)은 그 상하방향 길이가 좌우방향 길이 보다 길고, 그 전후방향 길이가 좌우방향 길이보다 길게 배치될 수 있다.
로어 플랫 튜브부(150)는 한 쌍의 헤더(100)(200) 각각의 내부와 연통되는 다수의 냉각유로(51)이 형성될 수 있다. 다수의 냉각유로(51)는 로어 플랫 튜브부(150)의 길이방향으로 길게 형성될 수 있다. 다수의 냉각유로(51) 각각은 한 쌍의 헤더(110)(20)의 길이방향과 직교한 방향으로 길게 형성될 수 있다. 다수의 냉각유로(51)은 한 쌍의 헤더(110)(120)의 길이방향과 나란한 방향으로 이격되게 형성될 수 있다.
튜브 일체형 플레이트(130)는 복수개가 한 쌍의 헤더(110)(120) 각각에 연결될 수 있고, 배터리모듈 열교환기(5)는 한 쌍의 헤더(110)(120)와, 한 쌍의 헤더(110)(120)에 연결된 복수개의 튜브 일체형 플레이트(130)를 포함할 수 있다.
복수개의 튜브 일체형 플레이트(130)는 한 쌍의 헤더(110)(120)의 길이방향과 나란한 방향으로 순차 배치될 수 있고, 서로 인접한 튜브 일체형 플레이트들은 상대적으로 더 전방에 위치하는 어느 하나의 후단이 그 후방에 위치하는 다른 하나의 선단과 접촉되게 결합될 수 있다.
복수개의 튜브 일체형 플레이트(130)에는 복수개 배터리모듈(M)의 하중이 분산되어 작용될 수 있고, 복수개의 튜브 일체형 플레이트(130)는 함께 복수개 배터리모듈(M)을 냉각시킬 수 있다.
복수개의 튜브 일체형 플레이트(130)는 서로 결합될 수 있고, 그 각각은 이러한 결합구조에 의해 배터리모듈을 견고하게 지지할 수 있다. 복수개의 튜브 일체형 플레이트(130)는 서로 결합된 상태에서 하측으로 휘는 것이 최소화될 수 있다.
인접한 한 쌍의 튜브 일체형 플레이트(130A)(130B) 중 어느 하나에는 제1돌출부(131)가 형성되고, 다른 하나에는 제1돌출부(131)가 삽입되어 걸리는 걸림홈부(132)를 갖는 제2돌출부(133)가 형성될 수 있다. 제1돌출부(131)와 제2돌출부(133)는 서로 맞물리게 고정될 수 있다.
제1돌출부(131)는 한 쌍의 튜브 일체형 플레이트(130A)(130B) 중 어느 하나에 하측 방향으로 돌출될 수 있다. 제2돌출부(133)는 한 쌍의 튜브 일체형 플레이트(130A)(130B) 중 다른 하나에 하측 방향으로 돌출될 수 있다. 그리고, 걸림홈부(132)는 제2돌출부(133)에 상면이 개방되게 형성될 수 있다.
제1돌출부(131)와 제2돌출부(133)는 제2영역(B)에 형성될 수 있고, 복수개의 튜브 일체형 플레이는 제2영역(B)이 상호 결합되어 연결될 수 있다.
어퍼 플레이트부(140)는 한 쌍의 헤더(110)(120) 사이에 배치되고 한 쌍의 헤더(110)(120) 외부에 위치되는 전열판부(142)와, 전열판부(142)에서 돌출되고 헤더(110)(120)에 형성된 튜브삽입공(112)으로 삽입된 삽입판부(144)를 포함할 수 있다.
전열판부(142)는 배터리모듈(M)과 접촉되고 배터리모듈(M)과 열교환되는 배터리모듈 열교환부일 수 있다. 반면에, 삽입판부(144)는 배터리모듈(M)과 직접 접촉되지 않고 헤더(110)(120)의 내부와 열교환되는 헤더 열교환부일 수 있다.
전열판부(142)는 사각 판체 형상으로 형성될 수 있고, 삽입판부(144)는 전열판부(142)의 길이방향 양단에 돌출될 수 있다.
전열판부(142)는 한 쌍의 헤더(110)(120) 사이에 위치하는 부분일 수 있고, 삽입판부(144)는 전열판부(142)와의 경계부(145) 이외가 헤더(110)(120)의 내부에 위치하는 부분일 수 있다.
어퍼 플레이트부(140)는 전열판부(142)와, 한 쌍의 삽입판부(144)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 삽입판부(144) 중 어느 하나는 한 쌍의 헤더(110)(120) 중 어느 하나의 튜브 삽입공(112)에 삽입될 수 있고, 한 쌍의 삽입판부(144) 중 다른 하나는 한 쌍의 헤더(110)(120) 중 다른 하나의 튜브 삽입공(112)에 삽입될 수 있다..
삽입판부(144)는 그 삽입 방향과 직교한 방향으로 헤더(110)(120)에 걸릴 수 있다.
삽입판부(144)는 로어 플랫 튜브부(150)의 후술하는 삽입튜브부(154)와 함께 헤더(110)(120)의 내부로 삽입될 수 있다. 이 경우, 튜브 일체형 플레이트(130)는 로어 플랫 튜브부(150)의 삽입튜브부(154)만 헤더(110)(120)로 삽입되는 경우 보다 헤더(110)(120)로 삽입되는 부분의 면적이 넓을 수 있다.
삽입판부(144)의 적어도 일부는 헤더(110)(120)의 내부에 위치될 수 있고, 헤더(110)(120) 내의 냉매는 튜브 삽입공(112)으로 삽입된 삽입판부(144)와 접촉될 수 있고, 냉매는 냉각유로(51)을 통과하면서 열을 흡열할 수 있을 뿐만 아니라 헤더(110)(120)의 내부에서 삽입판부(144)와 열교환될 수 있다.
즉, 삽입판부(144)는 헤더(110)(120)의 내부에서 냉매와 열교환되는 헤더 이너 열교환부일 수 있다.
로어 플랫 튜브부(150)는 한 쌍의 헤더(110)(120) 사이에 위치되는 메인튜브부(152)를 포함할 수 있다. 로어 플랫 튜브부(150)는 메인 튜브부(152)에서 연장되고 삽입판부(144)의 저면에 일체로 형성되며 삽입판부(144)와 함께 튜브삽입공(112)으로 삽입된 삽입튜브부(154)를 포함할 수 있다.
삽입튜브부(154)는 메인튜브부(152)에서 메인튜브부(152)의 길이방향으로 연장된 부분으로서, 메인튜브부(152)와 일체로 형성된 부분일 수 있다.
전열판부(142)는 삽입판부(144) 및 삽입튜브부(154)의 삽입시 헤더(110)(120)에 접촉되어 걸릴 수 있다. 전열판부(142)는 측단이 헤더(110)(120)의 외면에 접촉될 수 있다.
한 쌍의 헤더(110)(120)가 좌우 방향으로 이격될 경우, 전열판부(142)의 일측단(142A)은 한 쌍의 헤더(110)(120) 중 어느 하나(110)에 접촉될 수 있고, 전열판부(142)의 타측단(142B)은 한 쌍의 헤더(110)(120) 중 다른 하나(120)에 접촉될 수 있다.
본 실시예에 기재된 압축기 흡입유로(11), 압축기 토출유로(21), 제1팽창기구 흡입유로(41), 제1팽창기구 출구유로(42), 배터리모듈 열교환기 출구유로(52) 및 증발기 흡입유로(71) 등과 같이 각 구성을 연결하는 유로는 냉매가 통과하는 튜브나 파이프로 구성될 수 있고, 길이방향으로 연속되는 복수개의 튜브나 복수개의 파이프로 구성되는 것도 가능하고, 조절밸브나 리시버 등의 타 구성을 사이에 두고 배치되는 2개의 튜브나 파이프를 포함하는 것도 가능함은 물론이다.
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 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 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.

Claims (13)

  1. 압축기 흡입유로 및 압축기 토출유로가 연결되고 냉매를 압축하는 압축기와;
    상기 압축기 토출유로에 연결되어 냉매를 응축하고, 응축기 출구유로가 연결된 응축기와;
    복수개 배터리모듈을 냉각하는 냉각유로가 형성된 배터리모듈 열교환기와;
    상기 응축기 출구유로에 연결되고 상기 응축기에서 유동된 냉매가 통과하는 제1유로와, 상기 냉각유로와 배터리모듈 열교환기 출구유로로 연결되어 상기 냉각유로를 통과한 냉매가 상기 제1유로의 냉매를 냉각시키고 상기 압축기 흡입유로에 연결된 제2유로가 형성된 과냉각 열교환기와;
    상기 제1유로와 냉각유로 사이에서 냉매를 팽창시키는 제1팽창기구와;
    상기 응축기 출구유로에 연결되고, 상기 응축기에서 유동된 냉매를 팽창시키는 제2팽창기구와;
    상기 제2팽창기구에 의해 팽창된 냉매가 증발되고 상기 압축기 흡입유로에 연결된 증발기를 포함하는 차량용 냉동사이클 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기 흡입유로는
    상기 압축기에 연결된 제1흡입유로와;
    상기 제1흡입유로와 상기 제2유로를 연결하는 제2흡입유로와;
    상기 제1흡입유로와 상기 증발기를 연결하는 제3흡입유로를 포함하는 차량용 냉동사이클 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 응축기 출구유로는
    상기 응축기에 연결된 제1출구유로와;
    상기 제1출구유로와 상기 제1유로를 연결하는 제2출구유로와;
    상기 제1출구유로와 상기 제2팽창기구를 연결하는 제3출구유로를 포함하는 차량용 냉동사이클 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1유로는 상기 제1팽창기구와 제1팽창기구 흡입유로로 연결된 차량용 냉동사이클 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1팽창기구는 상기 냉각유로와 제1팽창기구 출구유로로 연결된 차량용 냉동사이클 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기와 제1팽창기구와 제2팽창기구를 제어하는 제어부를 더 포함하는 차량용 냉동사이클 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기가 구동이고, 상기 제1팽창기구가 클로즈이며, 상기 제2팽창기구가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되는 냉방모드로 제어되는 차량용 냉동사이클 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리모듈의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하고,
    상기 온도센서에서 감지된 온도가 설정온도 이하이고, 상기 증발기가 냉각시키는 차실이 써모 온이면,
    상기 제1팽창기구가 클로즈이고, 제2팽창기구가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되는 차량용 냉동사이클 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기가 구동이고, 상기 제1팽창기구가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되며, 상기 제2팽창기구가 클로즈인 배터리모듈 냉각모드로 제어되는 차량용 냉동사이클 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리모듈이 퀵 충전이면,
    상기 압축기는 구동이고,
    상기 제1팽창기구는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되며,
    상기 제2팽창기구는 클로즈인 차량용 냉동사이클 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기가 구동이고, 상기 제1팽창기구가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되며, 상기 제2팽창기구가 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되는 동시 냉각모드로 제어되는 차량용 냉동사이클 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    차량의 주행 모드시
    상기 증발기가 냉각시키는 차실이 써모 온이면,
    상기 압축기는 구동이고, 상기 제1팽창기구는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되며, 상기 제2팽창기구는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되는 차량용 냉동사이클 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리모듈의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하고,
    차량의 주행 모드시 상기 온도센서에서 감지된 온도가 설정온도 초과이고, 상기 증발기가 냉각시키는 차실이 써모 온이면,
    상기 압축기는 구동이고,
    상기 제1팽창기구는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되며,
    상기 제2팽창기구는 냉매를 팽창시키는 개도로 조절되는 차량용 냉동사이클 장치.
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