WO2022045604A1 - 차량의 열관리 시스템 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a thermal management system for a vehicle, and more particularly, when the superheat of the refrigerant on the downstream side of the chiller is less than or equal to the lower limit, the superheat of the refrigerant can be induced without unconditionally cut-off of the compressor. It is possible to minimize the cut-off of the compressor under the condition that the degree is less than the lower limit, and through this, the operation stop of the chiller due to the frequent cut-off of the compressor and the cooling stop of the battery due to this can be minimized. It relates to a thermal management system for a vehicle. .
  • eco-friendly vehicles examples include electric vehicles, hybrid vehicles, and fuel cell vehicles (hereinafter, collectively referred to as “vehicles”).
  • Such a vehicle is equipped with an air conditioner 10 for cooling and heating an air conditioning area, as shown in FIG. 1 .
  • the air conditioner (10) is provided with a refrigerant circulation line (12).
  • the refrigerant circulation line 12 includes a compressor 14, a condensing heat exchanger 16, an evaporation heat exchanger 18 installed in parallel with each other, and a chiller, which is a type of evaporation heat exchanger (Chiller) ( 20), and an expansion valve 18a for cooling the vehicle and an expansion valve 20a for cooling the battery installed on each upstream side of the evaporation heat exchanger 18 and the chiller 20.
  • the expansion valve 20a for cooling the battery and the chiller 20 depressurize and expand the refrigerant that has passed through the condensing heat exchanger 16 to generate cool air, and the generated cold air is transferred to the cooling water circulation line 22 . through the battery (B). Accordingly, the battery B is cooled.
  • the battery cooling expansion valve 20a is an electromagnetic expansion valve EXV, and is configured such that an opening degree varies according to the superheat degree of the refrigerant discharged from the chiller 20 .
  • the opening degree is configured to vary in proportion to the superheat degree of the refrigerant discharged from the chiller 20 .
  • the amount of refrigerant introduced into the chiller 20 is automatically adjusted in response to the heat load of the chiller 20 , and thereby, the cooling performance of the chiller 20 is automatically adjusted according to the heat load of the chiller 20 .
  • the air conditioner is configured to cut off the compressor 14 when the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is less than or equal to a preset lower limit.
  • the compressor 14 is cut off to limit the introduction of the refrigerant having a high liquid-phase ratio to the compressor 14 side, and at the same time, the superheat degree of the refrigerant may induce an increase.
  • this conventional thermal management system has a structure in which the compressor 14 is cut off according to the superheat degree of the refrigerant, the operation of the chiller 20 is also stopped while the compressor 14 is cut off, and as a result, the battery (B) There is a disadvantage that the cooling is stopped.
  • the conventional thermal management system has a structure in which the compressor 14 is cut off whenever the superheat degree of the refrigerant is lowered to below the lower limit, the compressor 14 is frequently turned on and off. , there is a problem that the durability of the compressor 14 is significantly reduced due to these disadvantages.
  • the present invention has been devised to solve the above problems in the prior art, and its object is to induce an increase in the superheat of the refrigerant without unconditionally cutting off the compressor when the superheat of the refrigerant is below the lower limit. To provide a thermal management system.
  • Another object of the present invention is to provide a thermal management system for a vehicle that can minimize the cutoff of the compressor under the condition that the superheat of the refrigerant is below the lower limit by configuring it to induce an increase in the superheat of the refrigerant without unconditionally cut off the compressor. is to provide
  • Another object of the present invention is to provide a thermal management system for a vehicle that can minimize the cut-off of the compressor, thereby minimizing the shutdown of the chiller due to the cut-off of the compressor and the cooling stop of the battery. there is.
  • Another object of the present invention is to minimize the operation stop of the chiller due to the cutoff of the compressor and the stop of the cooling of the battery due to that, so that the overheating of the battery due to the cutoff of the compressor and the performance degradation of the battery due to the cutoff of the compressor can be minimized.
  • An object of the present invention is to provide a thermal management system for a vehicle capable of preventing damage.
  • Another object of the present invention is to prevent frequent on/off of the compressor under the condition where the superheat of the refrigerant is below the lower limit by configuring to minimize the cut-off of the compressor when the superheat of the refrigerant is below the lower limit. It is to provide a thermal management system for a vehicle that can
  • Another object of the present invention is to prevent frequent on/off of the compressor in a condition in which the degree of superheat of the refrigerant is below the lower limit, thereby preventing deterioration and damage to the durability of the compressor due to frequent on/off of the compressor. to provide a thermal management system of
  • the thermal management system for a vehicle is a vehicle thermal management system including a compressor, a condensation heat exchanger, an expansion valve, and an evaporation heat exchanger, the refrigerant downstream of the evaporation heat exchanger.
  • control at least two or more devices involved in the rise and fall of the refrigerant superheat degree to increase the refrigerant superheat degree until the refrigerant superheat degree exceeds the lower limit It is characterized in that it comprises a control unit for raising.
  • the upstream expansion valve of any one of the plurality of evaporation heat exchangers is an electromagnetic expansion valve (EXV);
  • the control unit controls the compressor and the electromagnetic expansion valve when the degree of superheat of the downstream refrigerant of the evaporative heat exchanger on the side of the electromagnetic expansion valve falls below the lower limit, until the degree of superheat of the refrigerant exceeds the lower limit. It is characterized in that the superheating degree of the refrigerant is increased.
  • the plurality of evaporation heat exchangers include a chiller used for cooling the battery;
  • the controller controls the number of revolutions of the compressor and the amount of opening of the electronic battery cooling expansion valve on the upstream side, so that the degree of superheat of the refrigerant exceeds the lower limit It is characterized in that the superheating degree of the refrigerant is increased until
  • the control unit reduces the amount of opening of the expansion valve for cooling the battery in one step until the degree of superheat of the refrigerant exceeds the lower limit, primarily inducing an increase in the superheat degree of the downstream refrigerant of the chiller; reducing the rotational speed of the compressor in two steps to induce a second increase in the superheat of the refrigerant downstream of the chiller; In three steps, at least one of the battery cooling expansion valve and the compressors is completely turned off to limit the refrigerant flow to the chiller side, thereby inducing a third increase in the degree of superheat of the refrigerant downstream of the chiller. do.
  • control unit after the degree of superheat of the refrigerant on the downstream side of the chiller is lowered to below the lower limit, when the state below the lower limit is continuously maintained for a preset time, enters the first stage mode and the expansion valve for cooling the battery reduce the opening amount of , by a preset size; After reducing the opening amount of the expansion valve for cooling the battery, it is determined again whether the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller is less than or equal to the lower limit. decrease by; After the number of rotations of the compressor is reduced, it is determined again whether the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller is below the lower limit. At least one of them is completely turned off (OFF), characterized in that the refrigerant flow to the chiller side is limited.
  • OFF completely turned off
  • the expansion valve for cooling the battery and the compressors are sequentially controlled to overheat the refrigerant until the refrigerant superheat degree exceeds the lower limit. Since the degree is increased in stages, it is possible to induce an excess of the lower limit of the superheat of the refrigerant without unconditionally cutting off the compressor under the condition that the degree of superheat of the refrigerant is below the lower limit.
  • FIG. 1 is a view showing a thermal management system of a conventional vehicle
  • FIG. 2 is a view showing a first embodiment of a vehicle thermal management system according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing an operation example of the vehicle thermal management system according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing an operation example of a vehicle thermal management system according to the present invention.
  • the rotational speed of the compressor is controlled to induce an increase in the refrigerant superheat degree.
  • FIG. 5 is a view showing an operation example of the vehicle thermal management system according to the present invention.
  • the compressor is controlled under the condition of the battery-only cooling mode to induce the increase in the superheat of the refrigerant.
  • FIG. 6 is a view showing an operation example of the vehicle thermal management system according to the present invention.
  • the expansion valve for cooling the battery is opened under the condition of the indoor and battery simultaneous cooling mode.
  • FIG. 7 and 8 are flowcharts showing an operation example of the first embodiment of the vehicle thermal management system according to the present invention.
  • 9 and 10 are flowcharts showing an operation example of the second embodiment of the vehicle thermal management system according to the present invention.
  • thermal management system for a vehicle will be briefly described with reference to FIG. 2 .
  • the thermal management system of a vehicle includes an air conditioner 10 for cooling and heating an air conditioning area.
  • the air conditioner 10 includes a refrigerant circulation line 12, and the refrigerant circulation line 12 includes a compressor 14, a condensing heat exchanger 16, and evaporation installed in parallel with each other.
  • the heat exchanger (18) and the chiller (20) which is a type of heat exchanger for evaporation, the expansion valve (18a) for cooling in a vehicle installed on each upstream side of the heat exchanger (18) for evaporation and the chiller (20), and battery cooling It includes an expansion valve (20a) for.
  • the expansion valve 20a for cooling the battery and the chiller 20 depressurize and expand the refrigerant that has passed through the condensing heat exchanger 16 to generate cool air, and the generated cold air is transferred to the cooling water circulation line 22 . through the battery (B). Accordingly, the battery B is cooled.
  • the battery cooling expansion valve 20a is an electromagnetic expansion valve EXV, and is configured to have a variable opening degree in proportion to the superheat degree of the refrigerant discharged from the chiller 20 .
  • the superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is lowered to below a preset lower limit
  • the superheat of the refrigerant is set to a size exceeding the lower limit. It includes a control unit 30 that raises.
  • the control unit 30 is equipped with a microprocessor, and when the superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is continuously maintained for a preset time in a state in which it is lowered below the lower limit, the rise and fall of the superheat of the refrigerant Devices directly involved in , for example, the expansion valve 20a for cooling the battery and the compressor 14 are controlled stepwise so that the superheat of the refrigerant is increased to a size exceeding the lower limit.
  • the control unit 30 as shown in FIGS. 2 and 3, the superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is lowered to less than the lower limit, the time for which the lower limit is lowered If it is determined that more than the preset time t1 has elapsed, the opening degree of the battery cooling expansion valve 20a is decreased by a preset amount (A) while entering the first stage mode 32 .
  • the amount of pressure and expansion of the refrigerant introduced into the chiller 20 is reduced.
  • the superheat degree of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is induced to increase primarily.
  • it is primarily induced so that the degree of superheat of the refrigerant is increased to a size exceeding the lower limit.
  • the control unit 30 when entering the first stage mode 32, the control unit 30 reduces the opening amount of the battery cooling expansion valve 20a by a preset size (A), as shown in FIG. 3 , It decreases immediately in a stepwise fashion (a), or decreases linearly (b) with a constant slope for a predetermined time (t2).
  • the controller 30 continuously checks the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 in a state in which the opening amount of the expansion valve 20a for cooling the battery is reduced. It is determined whether the superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 exceeds a higher superheat value (hereinafter, referred to as “rising value”) greater than the lower limit by a certain size ( ⁇ ).
  • rising value a higher superheat value
  • the control unit 30 determines that the excessive decrease in the refrigerant superheat degree has been resolved, and returns the opening amount of the battery cooling expansion valve 20a to its original state. In particular, the state before the first stage mode 32 is restored.
  • control unit 30 determines again whether the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is less than or equal to the lower limit.
  • the control unit 30 controls so that the state in which the opening degree of the battery cooling expansion valve 20a is reduced can be continuously maintained. Accordingly, the superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is continuously increased until it exceeds the rising value.
  • control unit 30 enters the second stage mode 34 .
  • control unit 30 entering the second stage mode 34 reduces the rotation speed of the compressor 14 by a preset size (B) as shown in FIGS. 2 and 4 .
  • the amount of pressure and expansion of the refrigerant introduced into the chiller 20 is reduced, and the superheat degree of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is increased to be secondarily increased.
  • the superheating degree of the refrigerant is secondarily induced to increase to a size exceeding the lower limit.
  • the number of rotations of the compressor 14 is reduced by a preset size (B), as shown in FIG. 4, in a stepwise manner (c) , or decreases linearly (d) with a certain slope for a certain period of time (t3).
  • the controller 30 continuously checks the refrigerant superheat degree on the discharge side of the chiller 20 in a state in which the rotation speed of the compressor 14 is reduced. In this process, the chiller 20 It is determined whether the superheating degree of the refrigerant on the discharge side exceeds the increase value by a certain size ( ⁇ ) larger than the lower limit value.
  • the control unit 30 determines that the excessive decrease in the refrigerant superheat has been resolved, returns the rotation speed of the compressor 14 to its original state, and expands the battery cooling
  • the opening degree of the valve 20a is also returned to its original state. In particular, the state before the first stage mode 32 is restored.
  • control unit 30 determines again whether the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is less than or equal to the lower limit.
  • control unit 30 controls so that the reduced rotational speed of the compressor 14 can be continuously maintained. Accordingly, the superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is continuously increased until it exceeds the rising value.
  • the control unit 30 determines that the discharge-side refrigerant superheat of the chiller 20 does not exceed the lower limit, despite the first and second induction of the superheat of the refrigerant. Recognize.
  • control unit 30 enters the third step mode (36).
  • control unit 30 entering the third stage mode 36 is configured to completely turn off at least one of the battery cooling expansion valve 20a and the compressor 14 according to the air conditioning mode state. do.
  • the control unit 30 determines whether the current air conditioning mode is a battery-only cooling mode or a vehicle-inside and battery simultaneous cooling mode. .
  • the controller 30 maintains the current state of the opening degree of the expansion valve 20a for battery cooling as shown in FIGS. 2 and 5, and the compressor 14 ) is completely off (OFF) (e).
  • the refrigerant flow to the expansion valve 20a for cooling the battery and the chiller 20 is completely blocked.
  • the superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is induced to increase in the third order.
  • the superheat of the refrigerant is induced in the third order to increase to a size exceeding the lower limit.
  • the battery cooling expansion valve 20a is also completely turned OFF (f), and the opening amount is set to zero. state can also be controlled.
  • the control unit 30 turns on the compressor 14 and returns it to its original state, and also restores the opening amount of the battery cooling expansion valve 20a to its original state. In particular, the state before the first stage mode 32 is restored.
  • the controller 30 controls the rotation speed of the compressor 14 as shown in FIGS. 2 and 6 .
  • the current state is maintained as it is, and the battery cooling expansion valve 20a is completely turned OFF (g) to control the opening amount to a zero state.
  • the introduction of the refrigerant into the chiller 20 is completely blocked, thereby allowing the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 to rise beyond the lower limit.
  • the control unit 30 turns on the battery cooling expansion valve 20a and returns to the original opening amount and also the rotational speed of the compressor 14 to the original state. return to In particular, the state before the first stage mode 32 is restored.
  • the control unit 30 determines again whether a preset time t1 has elapsed after the lower limit is lowered (S105).
  • the controller 30 decreases the opening amount of the battery cooling expansion valve 20a by a preset amount (A) while entering the first stage mode 32 . make it (S107).
  • the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is primarily increased.
  • the control unit 30 determines that the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is higher than the lower limit ( S107 ). It is determined again whether the increase value greater than ⁇ ) has been exceeded (S109).
  • the control unit 30 determines that the excessive decrease in the refrigerant superheat degree has been resolved, and returns the opening amount of the battery cooling expansion valve 20a to its original state (S111) .
  • the controller 30 determines again whether the superheat degree of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is less than or equal to the lower limit (S113).
  • the control unit 30 decreases the opening amount of the battery cooling expansion valve 20a. control to be possible (S107).
  • the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is controlled to be continuously increased until it exceeds the rising value.
  • control unit 30 decreases the number of revolutions of the compressor 14 by a preset amount (B) while entering the second stage mode 34 (B) ( S115).
  • the controller 30 determines that the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is higher than the lower limit. It is determined again whether a larger rise value has been exceeded by a certain size ( ⁇ ) (S117)
  • the control unit 30 determines that the excessive decrease in the refrigerant superheat has been resolved, and returns the rotational speed of the compressor 14 to the original state and the expansion valve for cooling the battery.
  • the opening degree of (20a) is also returned to the original state (S119).
  • step (S117) determines again whether the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is less than or equal to the lower limit (S121) ).
  • the control unit 30 controls so that the state in which the number of revolutions of the compressor 14 is reduced can be continuously maintained. (S115).
  • the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 is controlled to be continuously increased until it exceeds the rising value.
  • the controller 30 determines whether the air conditioning mode is a battery-only cooling mode while entering the third step mode 36 (S123).
  • the control unit 30 maintains the current state of the opening degree of the battery cooling expansion valve 20a, and the compressor 14 is completely turned OFF (e). (S125).
  • the superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 rises tertiarily. Accordingly, the degree of superheat of the refrigerant on the discharge side of the chiller 20 may exceed the lower limit.
  • the control unit 30 determines whether a preset time t4 has elapsed (S127).
  • step (S123) if the battery alone cooling mode is not (S123-1), the controller 30 determines again whether the air conditioning mode is a vehicle interior and a battery cooling mode simultaneously. (S131).
  • control unit 30 maintains the current state of the rotational speed of the compressor 14 as it is, and the battery cooling expansion valve 20a is completely turned off (g). ) to control the opening degree to a zero state (S133).
  • the refrigerant superheat degree on the discharge side of the chiller 20 rises 3 times, and as a result, the refrigerant superheat degree can exceed the lower limit do.
  • the control unit 30 determines whether a preset time t5 has elapsed (S135).
  • FIGS. 9 and 10 a view showing a second embodiment of the thermal management system according to the present invention is shown in FIGS. 9 and 10 .
  • the opening amount of the battery cooling expansion valve 20a is reduced in one step, and the compressor 14 in the second step. ) to increase the superheat of the refrigerant step by step.
  • the number of revolutions of the compressor 14 is reduced in the first step and the opening amount of the expansion valve 20a for battery cooling is reduced in the second step, thereby inducing the increase in the degree of superheat of the refrigerant step by step.
  • the opening degree of the battery cooling expansion valve 20a is decreased by a preset amount (A) while entering the second stage mode 34 (S215) .
  • the expansion valve for cooling the battery 20a and the compressor 14 are sequentially controlled so that the degree of superheat of the refrigerant is set to the lower limit. It has a structure in which the degree of superheat of the refrigerant is increased stepwise until it is exceeded.
  • the operation stop of the chiller 20 due to the cut-off of the compressor 14 and the cooling stop phenomenon of the battery can be minimized. Through this, it is possible to prevent overheating of the battery B due to the cut-off of the compressor 14 and deterioration and damage to the battery B due to this.
  • the cut-off of the compressor 14 can be minimized when the degree of refrigerant superheat is less than or equal to the lower limit, frequent on/off of the compressor 14 can be prevented under the condition that the degree of superheat of the refrigerant is less than or equal to the lower limit, and as a result, It is possible to prevent deterioration of durability and damage to the compressor 14 due to frequent on/off of the compressor 14 .

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Abstract

본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 칠러 하류측 냉매 과열도가 하한치 이하일 시에, 압축기를 무조건 컷오프시키지 않고서도 냉매의 과열도 상승을 유도할 수 있도록 구성함으로써, 냉매 과열도가 하한치 이하인 조건에서의 압축기의 컷오프를 최소화하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축기와, 응축용 열교환기와, 팽창밸브와, 증발용 열교환기를 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 증발용 열교환기 하류측 냉매 과열도가, 미리 설정된 하한치 이하로 저하될 시에, 냉매 과열도의 상승과 하강에 관여하는 적어도 2개 이상의 장치들을 제어하여, 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지 냉매 과열도를 상승시키는 제어부를 구비한다.

Description

차량의 열관리 시스템
본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 칠러 하류측 냉매 과열도가 하한치 이하일 시에, 압축기를 무조건 컷오프시키지 않고서도 냉매의 과열도 상승을 유도할 수 있도록 구성함으로써, 냉매 과열도가 하한치 이하인 조건에서의 압축기의 컷오프를 최소화할 수 있고, 이를 통해, 압축기의 빈번한 컷오프로 인한 칠러의 작동 정지와, 그로 인한 배터리의 냉각 정지 현상을 최소화시킬 수 있는 차량의 열관리 시스템에 관한 것이다.
친환경 차량의 일례로서, 전기자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차(이하, “차량”이라 통칭함) 등이 있다.
이러한 차량은, 도 1에 도시된 바와 같이, 공조영역을 냉,난방하는 공조장치(10)를 갖추고 있다.
공조장치(10)는, 냉매순환라인(12)을 구비한다. 상기 냉매순환라인(12)은, 압축기(14)와, 응축용 열교환기(16)와, 서로에 대해 병렬로 설치되는 증발용 열교환기(18)와 증발용 열교환기 종류인 칠러(Chiller)(20) 및, 상기 증발용 열교환기(18)와 칠러(20)의 각 상류측에 설치되는 차실내 냉방용 팽창밸브(18a)와 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)를 포함한다.
특히, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)와 칠러(20)는, 응축용 열교환기(16)를 통과한 냉매를 감압,팽창시킨 후 냉기를 발생시키고, 발생된 냉기를 냉각수순환라인(22)을 통해 배터리(B)에 전달한다. 따라서, 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.
여기서, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)는, 전자식 팽창밸브(EXV)로서, 칠러(20)로부터 배출되는 냉매의 과열도에 따라 개도량이 가변되도록 구성된다.
특히, 칠러(20)로부터 배출되는 냉매의 과열도에 비례하여 개도량이 가변되도록 구성된다.
따라서, 칠러(20)의 열부하에 대응하여 상기 칠러(20)로 도입되는 냉매량을 자동조절하고, 이를 통해, 칠러(20)의 열부하에 따라 상기 칠러(20)의 냉방성능이 자동 조절되게 한다.
한편, 공조장치는, 칠러(20)의 배출측 냉매의 과열도가 미리 설정된 하한치 이하일 시에, 압축기(14)를 컷 오프(Cutoff)시키도록 구성된다.
이렇게 구성한 이유는, 칠러(20)의 배출측 냉매의 과열도가 하한치 이하일 경우, 냉매의 액상 비율이 과도하게 높아진 상태가 되는데, 이렇게 높은 액상 비율의 냉매가 압축기(14)로 복귀할 시에, 상기 압축기(14)가 손상될 수 있기 때문이다.
따라서, 칠러(20)의 배출측 냉매의 과열도가 하한치 이하일 경우, 압축기(14)를 컷 오프시킴으로써, 높은 액상 비율을 갖는 냉매의 압축기(14)측 도입을 제한함과 동시에, 냉매의 과열도 상승을 유도할 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 열관리 시스템은, 냉매의 과열도에 따라 압축기(14)를 컷오프시키는 구조이므로, 압축기(14)가 컷오프되는 동안에는 칠러(20)의 작동도 정지되고, 그 결과, 배터리(B)의 냉각이 정지된다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에 배터리(B)가 과열되고, 이로써, 배터리(B)의 성능이 저하되거나 손상된다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 열관리 시스템은, 냉매의 과열도가 하한치 이하로 저하될 때마다 압축기(14)를 컷오프시키는 구조이므로, 압축기(14)가 빈번하게 온(ON), 오프(OFF)된다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 압축기(14)의 내구성이 현저하게 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 냉매의 과열도가 하한치 이하일 시에, 압축기를 무조건 컷오프시키지 않고서도 냉매의 과열도 상승을 유도할 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 압축기를 무조건 컷오프시키지 않고서도 냉매의 과열도 상승을 유도할 수 있도록 구성함으로써, 냉매의 과열도가 하한치 이하인 조건에서의 압축기의 컷오프를 최소화시킬 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 압축기의 컷오프를 최소화시킬 수 있도록 구성함으로써, 압축기의 컷오프로 인한 칠러의 작동 정지와, 그로 인한 배터리의 냉각 정지 현상도 최소화시킬 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 압축기의 컷오프로 인한 칠러의 작동 정지와, 그로 인한 배터리의 냉각 정지를 최소화시킬 수 있도록 구성함으로써, 압축기의 컷오프로 인한 배터리의 과열과, 그로 인한 배터리의 성능저하와 손상을 방지할 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 냉매의 과열도가 하한치 이하인 조건일 시에, 압축기의 컷오프를 최소화시킬 수 있도록 구성함으로써, 냉매의 과열도가 하한치 이하인 조건에서의 압축기의 빈번한 온,오프를 방지할 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 냉매 과열도가 하한치 이하인 조건에서의 압축기의 빈번한 온,오프를 방지할 수 있도록 구성함으로써, 압축기의 빈번한 온,오프로 인한 압축기의 내구성 저하와 손상을 예방할 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 압축기와, 응축용 열교환기와, 팽창밸브와, 증발용 열교환기를 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 상기 증발용 열교환기 하류측 냉매 과열도가, 미리 설정된 하한치 이하로 저하될 시에, 상기 냉매 과열도의 상승과 하강에 관여하는 적어도 2개 이상의 장치들을 제어하여, 상기 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지 상기 냉매 과열도를 상승시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 증발용 열교환기가 복수개로 구성되고; 상기 복수의 증발용 열교환기 중 어느 하나의 열교환기 상류측 팽창밸브는, 전자식 팽창밸브(EXV)이며; 상기 제어부는, 상기 전자식 팽창밸브측 증발용 열교환기의 하류측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 상기 압축기와 상기 전자식 팽창밸브를 제어하여, 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지 상기 냉매 과열도를 상승시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 복수개의 증발용 열교환기는, 배터리의 쿨링에 사용되는 칠러를 포함하며; 상기 제어부는, 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 상기 압축기의 회전수와 상류측의 전자식 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 제어하여, 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지 상기 냉매 과열도를 상승시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부는, 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 상기 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지, 1단계로 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 감소시켜, 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도 상승을 1차로 유도하고; 2단계로 상기 압축기의 회전수를 감소시켜, 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도 상승을 2차로 유도하며; 3단계로 상기 배터리 냉방용 팽창밸브와 압축기들 중 적어도 어느 하나를 완전히 오프(OFF)시켜, 상기 칠러측으로의 냉매 흐름을 제한하여 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도 상승을 3차로 유도하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부는, 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하된 후, 미리 설정된 시간동안 하한치 이하의 상태가 계속해서 유지될 시에, 제 1단계모드로 진입하면서 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 미리 설정된 크기만큼 감소시키고; 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량 감소 후, 상기 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 다시 판단하여, 하한치 이하인 상태이면, 제 2단계모드로 진입하면서 상기 압축기의 회전수를 미리 설정된 크기만큼 감소시키며; 상기 압축기의 회전수 감소 후, 상기 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 다시 판단하여, 하한치 이하인 상태이면, 제 3단계모드로 진입하면서 공조모드 상태에 따라 상기 배터리 냉방용 팽창밸브와 압축기들 중 적어도 어느 하나를 완전히 오프(OFF)시켜, 상기 칠러측으로의 냉매 흐름을 제한하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템에 의하면, 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하일 시에, 배터리 냉방용 팽창밸브와 압축기들을 순차적으로 제어하여, 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지 상기 냉매 과열도를 단계적으로 상승시키는 구조이므로, 냉매 과열도가 하한치 이하인 조건에서 상기 압축기를 무조건 컷오프시키지 않고서도 냉매 과열도의 하한치 초과를 유도할 수 있는 효과가 있다.
또한, 압축기를 무조건 컷오프시키지 않고서도 냉매 과열도의 냉매 과열도의 하한치 초과를 유도할 수 있으므로, 냉매 과열도가 하한치 이하인 조건에서의 압축기의 컷오프를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉매 과열도가 하한치 이하인 조건에서의 압축기의 컷오프를 최소화시킬 수 있으므로, 압축기의 컷오프로 인한 칠러의 작동 정지와, 그로 인한 배터리의 냉각 정지 현상을 최소화시킬 수 있고, 이를 통해, 압축기의 컷오프로 인한 배터리의 과열과, 그로 인한 배터리의 성능저하와 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉매 과열도가 하한치 이하일 시에, 압축기의 컷오프를 최소화시킬 수 있으므로, 냉매 과열도가 하한치 이하인 조건에서의 압축기의 빈번한 온,오프를 방지할 수 있고, 그 결과, 압축기의 빈번한 온,오프로 인한 압축기의 내구성 저하와 손상을 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량의 열관리 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 제 1실시예를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 제어하여 냉매 과열도 상승을 유도하는 모습을 나타내는 로직도,
도 4는 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 압축기의 회전수를 제어하여 냉매 과열도 상승을 유도하는 모습을 나타내는 로직도,
도 5는 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 배터리 단독 쿨링모드 조건하에서 압축기를 제어하여 냉매 과열도 상승을 유도하는 모습을 나타내는 로직도,
도 6은 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 차실내와 배터리 동시 쿨링모드 조건하에서 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 제어하여 냉매 과열도 상승을 유도하는 모습을 나타내는 로직도,
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 제 1실시예의 작동예를 나타내는 플로우챠트,
도 9와 도 10은 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 제 2실시예의 작동예를 나타내는 플로우챠트이다.
이하, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
[제 1실시예]
먼저, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 2를 참조하여 차량의 열관리 시스템에 대해 간략하게 설명한다.
차량의 열관리 시스템은, 공조영역을 냉,난방하는 공조장치(10)를 구비한다.
공조장치(10)는, 냉매순환라인(12)을 구비하며, 상기 냉매순환라인(12)은, 압축기(14)와, 응축용 열교환기(16)와, 서로에 대해 병렬로 설치되는 증발용 열교환기(18)와 증발용 열교환기 종류인 칠러(20) 및, 상기 증발용 열교환기(18)와 칠러(20)의 각 상류측에 설치되는 차실내 냉방용 팽창밸브(18a)와 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)를 포함한다.
특히, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)와 칠러(20)는, 응축용 열교환기(16)를 통과한 냉매를 감압,팽창시킨 후 냉기를 발생시키고, 발생된 냉기를 냉각수순환라인(22)을 통해 배터리(B)에 전달한다. 따라서, 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.
배터리 냉방용 팽창밸브(20a)는, 전자식 팽창밸브(EXV)로서, 칠러(20)로부터 배출되는 냉매의 과열도에 비례하여 개도량이 가변되도록 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 특징부를 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 미리 설정된 하한치 이하로 저하되는 조건일 시에, 상기 냉매의 과열도를 하한치를 초과하는 크기로 상승시키는 제어부(30)를 포함한다.
제어부(30)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, 칠러(20)의 배출측 냉매의 과열도가 하한치 이하로 저하된 상태에서 미리 설정된 시간동안 계속해서 유지될 시에, 냉매 과열도의 상승과 하강에 직접적으로 관여하는 장치들, 예를 들면, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)와 압축기(14)들을 단계적으로 제어하여 냉매의 과열도가 하한치를 초과하는 크기로 상승될 수 있도록 한다.
이를 좀 더 상세하게 설명하면, 상기 제어부(30)는, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 칠러(20)의 배출측 냉매의 과열도가 하한치 이하로 저하되고, 하한치 이하로 저하된 시간이 미리 설정된 시간(t1)이상 경과된 것으로 판단되면, 제 1단계모드(32)로 진입하면서 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 미리 설정된 크기만큼(A) 감소시킨다.
따라서, 칠러(20)로 도입되는 냉매의 감압,팽창량을 줄여준다. 이로써, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 1차로 상승될 수 있게 유도한다. 특히, 냉매 과열도가 하한치를 초과하는 크기로 상승될 수 있도록 1차적으로 유도한다.
여기서, 제어부(30)는, 제 1단계모드(32)로 진입 시에, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 미리 설정된 크기만큼(A) 감소시키되, 도 3에 도시된 바와 같이, 계단식(a)으로 즉각 감소시키거나, 또는 일정 시간동안(t2) 일정 기울기를 가지고 선형적(b)으로 감소시킨다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 제어부(30)는, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 감소시킨 상태에서 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도를 지속적으로 체크하는데, 이러한 과정에서 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치보다 일정 크기(α)만큼 더 큰 상승과열도값(이하, “상승치”라 칭함)을 초과하였는지를 판단한다.
판단 결과, 상승치를 초과하였으면, 상기 제어부(30)는, 냉매 과열도의 과도한 저하현상이 해소되었다고 판단하여, 상기 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 원래의 상태로 복귀시킨다. 특히, 제 1단계모드(32) 이전의 상태로 복귀시킨다.
한편, 판단 결과, 상승치를 초과하지 않았으면, 상기 제어부(30)는, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 다시 판단한다.
판단 결과, 하한치 이하가 아니면, 즉, 하한치와 상한치의 사잇값이면, 상기 제어부(30)는, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 감소시킨 상태가 계속해서 유지될 수 있도록 제어한다. 따라서, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 상승치를 초과할 때까지 계속해서 상승될 수 있게 유도한다.
반면에, 판단 결과, 여전히 하한치 이하이면, 상기 제어부(30)는 제 2단계모드(34)로 진입한다.
그리고 제 2단계모드(34)로 진입한 제어부(30)는, 도 2와 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기(14)의 회전수를 미리 설정된 크기만큼(B) 감소시킨다.
따라서, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)와 칠러(20)로 도입되는 전체 냉매량을 감소시킨다.
이로써, 칠러(20)로 도입되는 냉매의 감압,팽창량을 줄여주어, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 2차로 상승될 수 있게 유도한다. 특히, 냉매 과열도가 하한치를 초과하는 크기로 상승될 수 있도록 2차적으로 유도한다.
여기서, 제어부(30)는, 제 2단계모드(34)로 진입 시에, 압축기(14)의 회전수를 미리 설정된 크기만큼(B) 감소시키되, 도 4에 도시된 바와 같이, 계단식(c)으로 즉각 감소시키거나, 또는 일정 시간동안(t3) 일정 기울기를 가지고 선형적(d)으로 감소시킨다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 제어부(30)는, 압축기(14)의 회전수를 감소시킨 상태에서 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도를 지속적으로 체크하는데, 이러한 과정에서 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치보다 일정 크기(α)만큼 더 큰 상승치를 초과하였는지를 판단한다.
판단 결과, 상승치를 초과하였으면, 상기 제어부(30)는, 냉매 과열도의 과도한 저하현상이 해소되었다고 판단하여, 상기 압축기(14)의 회전수를 원래의 상태로 복귀시킴과 아울러 상기 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량도 원래의 상태로 복귀시킨다. 특히, 제 1단계모드(32) 이전의 상태로 복귀시킨다.
한편, 판단 결과, 상승치를 초과하지 않았으면, 상기 제어부(30)는, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 다시 판단한다.
판단 결과, 하한치 이하가 아니면, 상기 제어부(30)는, 압축기(14)의 회전수를 감소시킨 상태가 계속해서 유지될 수 있게 제어한다. 따라서, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 상승치를 초과할 때까지 계속해서 상승될 수 있게 유도한다.
반면에, 판단 결과, 여전히 하한치 이하이면, 상기 제어부(30)는 냉매 과열도의 1, 2차 상승 유도에도 불구하고, 여전히, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치를 초과하지 않은 것으로 인식한다.
그리고 이러한 인식에 따라 상기 제어부(30)는, 제 3단계모드(36)로 진입한다.
그리고 제 3단계모드(36)로 진입한 제어부(30)는, 공조모드 상태에 따라 상기 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)와 압축기(14)들 중 적어도 어느 하나를 완전히 오프(OFF)시키도록 구성된다.
이를 좀 더 상세하게 설명하면, 상기 제어부(30)는, 제 3단계모드(36)로 진입 시에, 현재의 공조모드 상태가 배터리 단독 쿨링모드 인지 또는 차실내와 배터리 동시 쿨링모드인지를 판단한다.
판단 결과, 배터리 단독 쿨링모드이면, 상기 제어부(30)는, 도 2와 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량은 현재의 상태를 그대로 유지시키고, 압축기(14)는 완전히 오프(OFF)(e)시킨다.
따라서, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)와 칠러(20)로의 냉매 흐름을 완전히 차단한다. 이로써, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 3차로 상승될 수 있게 유도한다. 특히, 냉매 과열도가 하한치를 초과하는 크기로 상승될 수 있도록 3차로 유도한다.
여기서, 제어부(30)는, 제 3단계모드(36)로 진입 시에, 경우에 따라 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)도 완전히 오프(OFF)(f)시켜, 그 개도량을 제로(Zero)상태로 제어할 수도 있다.
이러한 경우, 칠러(20)로의 냉매 도입이 완전히 차단되고, 그 결과, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치를 초과하는 크기로 상승된다.
한편, 압축기(14)의 오프(OFF)(e) 후, 미리 설정된 시간(t4)이 경과하거나 또는 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치보다 일정 크기(α)만큼 더 큰 상승치를 초과하였으면, 상기 제어부(30)는, 상기 압축기(14)를 온(ON)시킨 후, 원래의 상태로 복귀시킴과 아울러 상기 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량도 원래의 상태로 복귀시킨다. 특히, 제 1단계모드(32) 이전의 상태로 복귀시킨다.
다시, 도 2를 참조하면, 공조모드 상태의 판단 결과, 차실내와 배터리 동시 쿨링모드이면, 상기 제어부(30)는, 도 2와 도 6에 도시된 바와 같이, 압축기(14)의 회전수를 현재의 상태를 그대로 유지시키고, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)는 완전히 오프(OFF)(g)시켜, 그 개도량을 제로(Zero)상태로 제어한다.
따라서, 칠러(20)로의 냉매 도입을 완전히 차단하고, 이로써, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치를 초과하여 상승될 수 있게 한다.
한편, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 오프(OFF)(g) 후, 미리 설정된 시간(t5)이 경과하거나 또는 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치보다 일정 크기(α)만큼 더 큰 상승치를 초과하였으면, 상기 제어부(30)는, 상기 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)를 온(ON)시킨 후, 원래의 개도량으로 복귀시킴과 아울러 상기 압축기(14)의 회전수도 원래의 상태로 복귀시킨다. 특히, 제 1단계모드(32) 이전의 상태로 복귀시킨다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동예를 도 2 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 7과 도 8과 도 2를 참조하면, 공조장치(10)의 냉매로 배터리(B)를 냉각시키고 있는 상태에서(S101), 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 판단한다(S103).
판단 결과, 하한치 이하이면, 제어부(30)는, 하한치 이하로 저하된 후 미리 설정된 시간(t1)이 경과되었는지를 다시 판단한다(S105).
판단 결과, 미리 설정된 시간(t1)이 경과되었으면, 상기 제어부(30)는, 제 1단계모드(32)로 진입하면서 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 미리 설정된 크기만큼(A) 감소시킨다(S107).
그러면, 칠러(20)로 도입되는 냉매의 감압,팽창량이 줄어들면서 도 3에 도시된 바와 같이, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 1차로 상승된다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 감소(S107)시킨 후, 제어부(30)는 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치보다 일정 크기(α)만큼 더 큰 상승치를 초과하였는지를 다시 판단한다(S109).
판단 결과, 상승치를 초과하였으면, 상기 제어부(30)는, 냉매 과열도의 과도한 저하현상이 해소되었다고 판단하여, 상기 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 원래의 상태로 복귀시킨다(S111).
한편, 판단 결과, 상승치를 초과하지 않았으면(S109-1), 상기 제어부(30)는, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 다시 판단한다(S113).
판단 결과, 하한치 이하가 아니면(S113-1), 즉, 하한치와 상한치의 사잇값이면, 상기 제어부(30)는, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 감소시킨 상태가 계속해서 유지될 수 있게 제어한다(S107).
따라서, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가, 상승치를 초과할 때까지 계속해서 상승될 수 있게 제어한다.
반면에, 판단 결과, 여전히 하한치 이하이면(S113-2), 상기 제어부(30)는 제 2단계모드(34)로 진입하면서 압축기(14)의 회전수를 미리 설정된 크기만큼(B) 감소시킨다(S115).
그러면, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)와 칠러(20)로 도입되는 전체 냉매량이 감소되면서 칠러(20)로 도입되는 냉매의 감압,팽창량이 줄어들고, 그 결과, 도 4에 도시된 바와 같이, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 2차로 상승된다.
그리고, 도 7과 도 8과 도 2를 참조하면, 압축기(14)의 회전수를 감소(S115)시킨 상태에서, 상기 제어부(30)는, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치보다 일정 크기(α)만큼 더 큰 상승치를 초과하였는지를 다시 판단한다(S117)
판단 결과, 상승치를 초과하였으면, 상기 제어부(30)는, 냉매 과열도의 과도한 저하현상이 해소되었다고 판단하여, 상기 압축기(14)의 회전수를 원래의 상태로 복귀시킴과 아울러 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량도 원래의 상태로 복귀시킨다(S119).
한편, (S117) 단계에서의 판단 결과, 상승치를 초과하지 않았으면(S117-1), 상기 제어부(30)는, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 다시 판단한다(S121).
판단 결과, 하한치 이하가 아니면(S121-1), 즉, 하한치와 상한치의 사잇값이면, 상기 제어부(30)는, 압축기(14)의 회전수를 감소시킨 상태가 계속해서 유지될 수 있게 제어한다(S115).
따라서, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가, 상승치를 초과할 때까지 계속해서 상승될 수 있게 제어한다.
반면에, 판단 결과, 여전히 하한치 이하이면(S121-2), 상기 제어부(30)는 냉매 과열도의 1, 2차 상승 유도에도 불구하고, 여전히, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 과도하게 낮은 것으로 인식한다.
그리고 이러한 인식에 따라 상기 제어부(30)는, 제 3단계모드(36)로 진입하면서 공조모드가 배터리 단독 쿨링모드 인지를 판단한다(S123).
판단 결과, 배터리 단독 쿨링모드이면, 상기 제어부(30)는, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량은 현재의 상태를 그대로 유지시키고, 압축기(14)는 완전히 오프(OFF)(e)시킨다(S125).
그러면, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)와 칠러(20)로의 냉매 흐름이 완전히 차단되면서 도 5에 도시된 바와 같이, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 3차로 상승된다. 이로써, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치를 초과할 수 있게 된다.
한편, 도 8을 참조하면, 압축기(14)의 오프(OFF)(e) 후, 제어부(30)는, 미리 설정된 시간(t4)이 경과되었는지를 판단한다(S127).
판단 결과, 설정시간(t4)이 경과되었으면, 압축기(14)를 온(ON)시킨 후, 원래의 상태로 복귀시킴과 아울러 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량도 원래의 상태로 복귀시킨다(S129).
다시, 도 8을 참조하면, (S123) 단계에서의 판단 결과, 배터리 단독 쿨링모드가 아니면(S123-1), 제어부(30)는, 공조모드가 차실내와 배터리 동시 쿨링모드인지를 다시 판단한다(S131).
판단 결과, 차실내와 배터리 동시 쿨링모드이면, 제어부(30)는, 압축기(14)의 회전수는 현재의 상태를 그대로 유지시키고, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)는 완전히 오프(OFF)(g)시켜, 그 개도량을 제로 상태로 제어한다(S133).
그러면, 칠러(20)로의 냉매 도입이 완전히 차단되면서 도 6에 도시된 바와 같이, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 3차로 상승되고, 그 결과, 냉매 과열도가 하한치를 초과할 수 있게 된다.
한편, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 오프(OFF)(g) 후, 제어부(30)는, 미리 설정된 시간(t5)이 경과되었는지를 판단한다(S135).
판단 결과, 설정시간(t5)이 경과되었으면, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)를 온(ON)시킨 후, 원래의 개도량으로 복귀시킴과 아울러 상기 압축기(14)의 회전수도 원래의 상태로 복귀시킨다(S137).
[제 2실시예]
다음으로, 도 9와 도 10에는 본 발명에 따른 열관리 시스템의 제 2실시예를 나타내는 도면이 도시되어 있다.
상기한 제 1실시예에서는 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 1단계로 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 감소시키고, 2단계로 압축기(14)의 회전수를 감소시켜 냉매 과열도의 상승을 단계적으로 유도한다.
이에 비해, 제 2실시예에서는 1단계로 압축기(14)의 회전수를 감소시키고, 2단계로 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 감소시켜 냉매 과열도의 상승을 단계적으로 유도하는 구조를 갖는다.
즉, 제 2실시예는, 도 9에 도시된 바와 같이, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하(S203)된 후, 설정 시간(t1)이 경과되었으면(S205), 먼저, 1단계모드(32)로 진입하면서 압축기(14)의 회전수를 미리 설정된 크기만큼(B) 감소시킨다(S207).
그리고 압축기(14)의 회전수를 감소시킨 상태에서(S207), 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치보다 일정 크기(α)만큼 더 큰 상승치를 초과하였는지를 다시 판단한다(S209).
판단 결과, 상승치를 초과하였으면, 냉매 과열도의 과도한 저하현상이 해소되었다고 판단하여, 상기 압축기(14)의 회전수를 원래의 상태로 복귀시킨다(S211).
그리고 판단 결과, 상승치를 초과하지 않았으면(S209-1), 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 다시 판단하고(S213), 판단 결과, 하한치 이하가 아니면(S213-1), 즉, 하한치와 상한치의 사잇값이면, 압축기(14)의 회전수를 감소시킨 상태가 계속해서 유지될 수 있게 제어한다(S207).
반면에, 판단 결과, 여전히 하한치 이하이면(S213-2), 제 2단계모드(34)로 진입하면서 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)의 개도량을 미리 설정된 크기만큼(A) 감소시킨다(S215).
이후의 단계에서는, 상기한 제 1실시예의 단계 구조와 동일하며, 이러한 여러 단계를 통해, 냉매 과열도의 상승을 단계적으로 유도한다. 이로써, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치를 초과하여 안정적인 상태를 유지할 수 있게 한다.
이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 칠러(20)의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하일 시에, 배터리 냉방용 팽창밸브(20a)와 압축기(14)들의 순차적으로 제어하여, 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지 상기 냉매 과열도를 단계적으로 상승시키는 구조이다.
따라서, 냉매 과열도가 하한치 이하인 조건에서 상기 압축기(14)를 무조건 컷오프시키지 않고서도 냉매 과열도의 하한치 초과를 유도할 수 있다.
또한, 압축기(14)를 무조건 컷오프시키지 않고서도 냉매 과열도의 냉매 과열도의 하한치 초과를 유도할 수 있으므로, 냉매 과열도가 하한치 이하인 조건에서의 압축기(14)의 컷오프를 최소화시킬 수 있다.
또한, 냉매 과열도가 하한치 이하인 조건에서의 압축기(14)의 컷오프를 최소화시킬 수 있으므로, 압축기(14)의 컷오프로 인한 칠러(20)의 작동 정지와, 그로 인한 배터리의 냉각 정지 현상을 최소화시킬 수 있고, 이를 통해, 압축기(14)의 컷오프로 인한 배터리(B)의 과열과, 그로 인한 배터리(B)의 성능저하와 손상을 방지할 수 있다.
또한, 냉매 과열도가 하한치 이하일 시에, 압축기(14)의 컷오프를 최소화시킬 수 있으므로, 냉매 과열도가 하한치 이하인 조건에서의 압축기(14)의 빈번한 온,오프를 방지할 수 있고, 그 결과, 압축기(14)의 빈번한 온,오프로 인한 압축기(14)의 내구성 저하와 손상을 예방할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

Claims (14)

  1. 압축기와, 응축용 열교환기와, 팽창밸브와, 증발용 열교환기를 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서,
    상기 증발용 열교환기 하류측 냉매 과열도가, 미리 설정된 하한치 이하로 저하될 시에, 상기 냉매 과열도의 상승과 하강에 관여하는 적어도 2개 이상의 장치들을 제어하여, 상기 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지 상기 냉매 과열도를 상승시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 증발용 열교환기가 복수개로 구성되고;
    상기 복수의 증발용 열교환기 중 어느 하나의 열교환기 상류측 팽창밸브는, 전자식 팽창밸브(EXV)이며;
    상기 제어부는,
    상기 전자식 팽창밸브측 증발용 열교환기의 하류측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 상기 압축기와 상기 전자식 팽창밸브를 제어하여, 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지 상기 냉매 과열도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수개의 증발용 열교환기는, 배터리의 쿨링에 사용되는 칠러를 포함하며;
    상기 제어부는,
    상기 칠러의 하류측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 상기 압축기의 회전수와 상류측의 전자식 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 제어하여, 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지 상기 냉매 과열도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 칠러의 하류측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 상기 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지,
    1단계로 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 감소시켜, 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도 상승을 1차로 유도하고;
    2단계로 상기 압축기의 회전수를 감소시켜, 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도 상승을 2차로 유도하며;
    3단계로 상기 배터리 냉방용 팽창밸브와 압축기들 중 적어도 어느 하나를 완전히 오프(OFF)시켜, 상기 칠러측으로의 냉매 흐름을 제한하여 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도 상승을 3차로 유도하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 칠러의 하류측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하된 후, 미리 설정된 시간동안 하한치 이하의 상태가 계속해서 유지될 시에, 제 1단계모드로 진입하면서 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 미리 설정된 크기만큼 감소시키고;
    상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량 감소 후, 상기 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 다시 판단하여, 하한치 이하인 상태이면, 제 2단계모드로 진입하면서 상기 압축기의 회전수를 미리 설정된 크기만큼 감소시키며;
    상기 압축기의 회전수 감소 후, 상기 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 다시 판단하여, 하한치 이하인 상태이면, 제 3단계모드로 진입하면서 공조모드 상태에 따라 상기 배터리 냉방용 팽창밸브와 압축기들 중 적어도 어느 하나를 완전히 오프(OFF)시켜, 상기 칠러측으로의 냉매 흐름을 제한하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1단계모드로 진입하여 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 감소시킨 후, 상기 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치보다 일정 크기만큼 더 큰 상승치를 초과하였는지를 판단하고;
    판단 결과, 상기 상승치를 초과하면, 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 상기 제 1단계모드 이전의 상태로 복귀시키며;
    판단 결과, 상승치를 초과하지 않으면, 상기 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 다시 판단하고;
    판단 결과, 하한치 이하이면, 상기 제 2단계모드로 진입하면서 상기 압축기의 회전수를 감소시키고, 하한치 이하가 아니면, 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량이 감소된 상태를 유지할 수 있게 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1단계모드 진입 시에, 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 미리 설정된 크기만큼 감소시키되, 계단식으로 즉각 감소시키거나, 또는 일정 시간동안 일정 기울기를 가지고 선형적으로 감소시키고;
    상기 제 2단계모드 진입 시에, 상기 압축기의 회전수를 미리 설정된 크기만큼 감소시키되, 계단식으로 즉각 감소시키거나, 또는 일정 시간동안 일정 기울기를 가지고 선형적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 3단계모드 진입 시에, 배터리 단독 쿨링모드일 경우에는, 상기 압축기를 오프(OFF)시켜, 상기 배터리 냉방용 팽창밸브와 칠러측으로의 냉매 흐름을 완전히 차단하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 단독 쿨링모드일 시에, 상기 압축기를 오프(OFF)시키되, 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 현재의 상태로 유지시키거나, 또는 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 제로(Zero)상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기의 오프(OFF) 후, 미리 설정된 시간이 경과하거나 또는 상기 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치보다 일정 크기만큼 더 큰 상승치를 초과하면,
    상기 압축기를 온(ON)시킨 후, 상기 제 1단계모드 이전의 원래 상태로 복귀시킴과 아울러 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 상기 제 1단계모드 이전의 원래 상태로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 3단계모드 진입 시에, 차실내와 배터리 동시 쿨링모드일 경우에는, 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 제로(Zero)상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 제로(Zero)상태로 제어한 후, 미리 설정된 시간이 경과하거나 또는 상기 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치보다 일정 크기만큼 더 큰 상승치를 초과하면,
    상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 상기 제 1단계모드 이전의 원래 상태로 복귀시킴과 아울러 상기 압축기의 회전수도 상기 제 1단계모드 이전의 원래 상태로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  13. 제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 2단계모드로 진입하여 상기 압축기의 회전수를 감소시킨 후, 상기 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치보다 일정 크기만큼 더 큰 상승치를 초과하였는지를 판단하고;
    판단 결과, 상기 상승치를 초과하면, 상기 압축기의 회전수를 상기 제 1단계모드 이전의 원래 상태로 복귀시키며;
    판단 결과, 상승치를 초과하지 않으면, 상기 칠러의 배출측 냉매 과열도가 하한치 이하인지를 다시 판단하고;
    판단 결과, 하한치 이하이면, 상기 제 3단계모드로 진입하면서 공조모드 상태에 따라 상기 배터리 냉방용 팽창밸브와 압축기들 중 적어도 어느 하나를 완전히 오프(OFF)시켜, 상기 칠러측으로의 냉매 흐름을 제한하며;
    판단 결과, 하한치 이하가 아니면, 상기 압축기의 회전수가 감소된 상태를 유지할 수 있게 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  14. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 칠러의 하류측 냉매 과열도가 하한치 이하로 저하될 시에, 상기 냉매 과열도가 하한치를 초과할 때까지,
    1단계로 상기 압축기의 회전수를 감소시켜, 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도 상승을 1차로 유도하고;
    2단계로 상기 배터리 냉방용 팽창밸브의 개도량을 감소시켜, 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도 상승을 2차로 유도하며;
    3단계로 상기 배터리 냉방용 팽창밸브와 압축기들 중 적어도 어느 하나를 완전히 오프(OFF)시켜, 상기 칠러측으로의 냉매 흐름을 제한하여 상기 칠러의 하류측 냉매 과열도 상승을 3차로 유도하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
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