KR20180131653A

KR20180131653A - 차량의 공조시스템

Info

Publication number: KR20180131653A
Application number: KR1020170066543A
Authority: KR
Inventors: 오만주; 이상신; 박재우; 박소윤; 김재웅; 정소라
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2018-12-11
Also published as: CN108973596A; US20180345758A1; CN108973596B; US10308096B2; KR102399618B1; DE102017126403A1

Abstract

제1라디에이터, 고전압배터리코어, 제1밸브를 제1냉각수가 순환하도록 마련된 배터리냉각라인; 제2라디에이터, 전장부품코어 및 제2밸브를 제2냉각수가 순환하도록 마련된 전장부품냉각라인; 일단이 상기 제1밸브로부터 분기되고 타단이 상기 고전압배터리코어의 상류 지점과 연결되며 주열교환기를 지나도록 마련된 분기라인; 일단이 상기 제2밸브로부터 분기되고 타단이 상기 전장부품코어의 상류 지점에 연결되며 상기 주열교환기를 지나도록 마련됨으로써 상기 분기라인과 상호 열교환되는 보조라인; 및 상기 고전압배터리코어의 승온이 필요한 경우 상기 제1밸브와 상기 제2밸브를 제어함으로써 상기 제1냉각수 및 상기 제2냉각수가 각각 상기 분기라인 및 상기 보조라인으로 순환되어 상기 주열교환기에서 열교환되도록 하는 제어부;를 포함하는 차량의 공조시스템이 소개된다.

Description

차량의 공조시스템 {HVAC SYSTEM OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 공조시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동절기 주행 중 전장부품측을 냉각하여 승온된 냉각수를 이용하여 고전압배터리측을 승온하여 에너지의 이동을 최소화하여 에너지 소비를 줄이고 차량 주행거리의 연장이 가능하도록 하는 차량의 공조시스템에 관한 것이다.

최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 사회적 이슈로 대두되고 있는 것이 전기자동차이다. 전기자동차는 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 출력하는 모터를 이용하여 작동한다. 따라서, 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 아주 작으며, 모터의 에너지효율은 엔진의 에너지효율보다 높은 장점이 있어 친환경 자동차로 각광받고 있다.

이런 전기자동차를 구현함에 있어 핵심기술은 배터리 모듈과 관련한 기술이며, 최근 배터리의 경량, 소형화, 짧은 충전시간 등에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 배터리 모듈은 최적의 온도환경에서 사용하여야 최적의 성능과 긴 수명을 유지할 수 있다. 그러나 구동 중 발생하는 열과 외부의 온도변화에 의해 최적의 온도환경에서 사용하기 어려운 실정이다.

또한, 전기자동차는 내연기관처럼 별도의 엔진에서 연소시 발생되는 폐열원이 없어 전기식 난방장치로 겨울철 차량 실내난방을 수행하고, 또한 혹한기 시 배터리 충방전 성능을 향상시키기 위해 웜업이 필요하므로, 별도의 냉각수 가열식 전기 히터를 각각 구성하여 사용한다. 즉, 배터리 모듈의 최적의 온도환경 유지를 위해 배터리 모듈 온도조절을 위한 냉난방 시스템을 차량 실내 공조를 위한 냉난방 시스템과는 별도로 운용하는 기술을 채택하고 있다. 다시 말하면, 독립된 2개의 냉난방 시스템을 구축하여 하나는 실내 냉난방에 사용하고, 다른 하나는 배터리 모듈 온도조절을 위한 용도로 활용하고 있는 것이다.

그러나 상기와 같은 방법으로 운영하는 경우 에너지를 효율적으로 관리하지 못하므로, 항속거리가 짧아 장거리 운행이 불가하며, 주행거리가 여름철 냉방시 30%, 겨울철 난방시 40% 이상 축소되어 내연기관에서 문제되지 않았던 겨울철 난방 문제가 더욱 심각해진다.

특히, 겨울철의 경우에는 전장부품측의 발열량이 고전압배터리부의 발열량 보다 많고, 고전압배터리는 공기와 접촉하는 면적이 커서 주행 시 외기온에 의해 고전압배터리의 발열량 보다 냉각이 더 많이 되므로 고전압배터리가 작동되는 적정온도를 만족하지 못해 고전압배터리의 출력이 저하되는 문제가 발생된다. 그러므로 동절기에는 고전압배터리의 효율적인 관리를 위해 주행 중 고전압배터리를 승온시켜야만 하는 과제가 주어진다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR10-1448656 (B1)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 실내난방과 배터리 승온에 필요한 에너지를 효율적으로 관리하여 주행거리의 연장이 가능하면서도 생산원가를 절감할 수 있는 차량의 공조시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 공조시스템은 제1라디에이터, 고전압배터리코어, 제1밸브를 제1냉각수가 순환하도록 마련된 배터리냉각라인; 제2라디에이터, 전장부품코어 및 제2밸브를 제2냉각수가 순환하도록 마련된 전장부품냉각라인; 일단이 상기 제1밸브로부터 분기되고 타단이 상기 고전압배터리코어의 상류 지점과 연결되며 주열교환기를 지나도록 마련된 분기라인; 일단이 상기 제2밸브로부터 분기되고 타단이 상기 전장부품코어의 상류 지점에 연결되며 상기 주열교환기를 지나도록 마련됨으로써 상기 분기라인과 상호 열교환되는 보조라인; 및 상기 고전압배터리코어의 승온이 필요한 경우 상기 제1밸브와 상기 제2밸브를 제어함으로써 상기 제1냉각수 및 상기 제2냉각수가 각각 상기 분기라인 및 상기 보조라인으로 순환되어 상기 주열교환기에서 열교환되도록 하는 제어부;를 포함한다.

상기 분기라인과 보조라인은 각각 독립된 유로를 구성하되, 상기 분기라인의 냉각수와 상기 보조라인의 냉각수가 상기 주열교환기에서 서로 열교환할 수 있다.

상기 제1밸브는 삼방밸브이고, 상기 고전압배터리코어측의 제1포트, 상기 분기라인의 일단측의 제2포트 및 상기 제1라디에이터측의 제3포트로 구성되며, 상기 제어부는 상기 고전압배터리코어의 승온이 필요한 경우 상기 제1밸브의 제3포트를 폐쇄하고, 상기 제어부는 상기 제1라디에이터의 방열을 통한 상기 고전압배터리코어의 냉각이 필요한 경우 상기 제1밸브의 제2포트를 폐쇄할 수 있다.

상기 제2밸브는 삼방밸브이고, 상기 전장부품코어측의 제1포트, 상기 보조라인의 일단측의 제2포트 및 상기 제2라디에이터측의 제3포트로 구성되며, 상기 제어부는 상기 고전압배터리코어의 승온이 필요한 경우 상기 제2밸브의 모든 포트를 개방하고, 상기 고전압배터리코어의 승온이 필요하지 않은 경우 상기 제2밸브의 제2포트를 폐쇄할 수 있다.

상기 배터리냉각라인에는 제1펌프가 구비되고, 상기 전장부품냉각라인에는 제2펌프가 구비되며, 상기 제어부는 상기 제1펌프 또는 제2펌프를 구동 또는 정지 동작하도록 제어할 수 있다.

상기 제1펌프는 상기 배터리냉각라인 상에서 상기 제1밸브의 상류지점과 상기 분기라인의 타단 사이에 위치될 수 있다.

상기 제2펌프는 상기 전장부품냉각라인 상에서 상기 제2밸브의 상류지점과 상기 보조라인의 타단 사이에 위치될 수 있다.

상기 배터리냉각라인 상에는 보조열교환기가 구비되되, 상기 보조열교환기는 상기 고전압배터리코어의 하류지점과 상기 제1밸브의 상류지점 사이에 위치될 수 있다.

상기 배터리냉각라인은 상기 보조열교환기를 통해서 실내공조용 냉매라인과 열교환 가능하도록 구비되어, 상기 고전압배터리코어의 냉각 시 상기 냉매라인과 열교환한 상기 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각할 수 있다.

상기 냉매라인에는 상기 냉매라인의 냉매가 상기 보조열교환기 내에서 상기 배터리냉각라인의 제1냉각수와 열교환 가능하도록 냉매를 공급 또는 차단하도록 하는 제3밸브기 구비될 수 있다.

상기 제어부는 냉각모드인 경우, 상기 제1밸브를 제어하여 상기 배터리냉각라인과 상기 분기라인을 연결하고, 상기 보조열교환기를 통해 상기 냉매라인의 냉매와 열교환하여 냉각된 상기 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 배터리승온모드인 경우, 상기 제1밸브를 제어하여 상기 배터리냉각라인과 상기 분기라인을 연결하고, 상기 제2밸브를 모두 개방하여 상기 전장부품냉각라인과 상기 보조라인을 연결함으로써, 상기 전장부품냉각라인을 냉각한 상기 제2냉각수와 상기 제1냉각수가 상기 주열교환기에서 열교환하여 승온된 후 상기 고전압배터리코어를 승온하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 자연냉각모드인 경우, 상기 제1밸브를 제어하여 상기 제1냉각수가 상기 배터리냉각라인 내에서 순환하도록 제어하고, 상기 제1라디에이터를 통해 냉각된 상기 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각하도록 제어할 수 있다.

상기 분기라인에는 상기 제1냉각수의 승온을 위한 전기히터가 구비되되, 상기 전기히터는 상기 분기라인의 일단과 상기 고전압배터리코어의 상류지점 사이에 위치될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 공조시스템에 따르면, 전장부품측을 냉각하여 승온된 냉각수의 폐열을 이용하여 고전압배터리를 승온하도록 함으로써, 콤팩트한 구성으로도 에너지를 효율적으로 관리하면서도 차량의 주행거리를 연장하고, 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 전기히터의 온도조절 기능이 고장인 경우 제1밸브를 통해 유량을 제어함으로써 세이프티 기능을 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 공조시스템을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 냉각모드를 도시한 도면.
도 3은 도 1의 폐열을 회수하여 배터리를 승온하는 모드를 도시한 도면.
도 4는 도 1의 자연냉각모드를 도시한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 공조시스템에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 공조시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 냉각모드를 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 폐열을 회수하여 배터리를 승온하는 모드를 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 자연냉각모드를 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량의 공조시스템은 제1라디에이터(200), 고전압배터리코어(100), 제1밸브(810)를 제1냉각수가 순환하도록 마련된 배터리냉각라인(10); 제2라디에이터(300), 전장부품코어(500) 및 제2밸브(820)를 제2냉각수가 순환하도록 마련된 전장부품냉각라인(20); 일단이 상기 제1밸브(810)로부터 분기되고 타단이 상기 고전압배터리코어(100)의 상류 지점과 연결되며 주열교환기(400)를 지나도록 마련된 분기라인(30); 일단이 상기 제2밸브(820)로부터 분기되고 타단이 상기 전장부품코어(500)의 상류 지점에 연결되며 상기 주열교환기(400)를 지나도록 마련됨으로써 상기 분기라인(30)과 상호 열교환되는 보조라인(40); 및 상기 고전압배터리코어(100)의 승온이 필요한 경우 상기 제1밸브(810)와 상기 제2밸브(820)를 제어함으로써 상기 제1냉각수 및 상기 제2냉각수가 각각 상기 분기라인(30) 및 상기 보조라인(40)으로 순환되어 상기 주열교환기(400)에서 열교환되도록 하는 제어부(870);를 포함한다.

상기 배터리냉각라인(10)은 상기 제1라디에이터(200), 고전압배터리코어(100), 제1밸브(810)를 냉각수가 순환하도록 마련되되, 상기 제어부(870)에 의해 구동 또는 정지되도록 제어되는 제1펌프(850)가 더 구비된다. 여기서 상기 제1펌프(850)는 상기 배터리냉각라인(10) 상에서 상기 제1밸브(810)의 상류지점과 상기 분기라인(30)의 타단 사이에 위치되어, 상기 제1냉각수가 상기 제1라디에이터(200)를 경유하여 순환하는 라인을 형성하든, 상기 제1라디에이터(200)를 경유하지 않고 상기 분기라인(30)을 경유하는 라인을 형성하든 영향을 미칠 수 있도록 형성된다.

상기 제1밸브(810)는 삼방밸브이고, 상기 고전압배터리코어(100)측의 제1포트(811), 상기 분기라인(30)의 일단측의 제2포트(812) 및 상기 제1라디에이터(200)측의 제3포트(813)로 구성된다. 상기 제어부(870)는 상기 고전압배터리코어(100)의 승온이 필요한 경우 상기 제1밸브(810)의 제3포트(813)를 폐쇄하고, 제1포트(811)와 제2포트(812)를 연결함으로써, 상기 배터리냉각라인(10)과 상기 분기라인(30)이 연결되어 상기 제1냉각수가 상기 제1라디에이터(200)를 경유하지 않고 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각하도록 제어한다. 그리고 상기 제어부(870)는 상기 제1라디에이터(200)의 방열을 통한 상기 고전압배터리코어(100)의 냉각이 필요한 경우 상기 제1밸브(810)의 제2포트(812)를 폐쇄하고, 제1포트(811)와 제3포트(813)를 연결함으로써, 상기 배터리냉각라인(10)과 분기라인(30)을 단절하여 상기 제1냉각수가 상기 제1라디에이터(200)를 경유하여 냉각된 후 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각하도록 제어한다.

또한, 상기 배터리냉각라인(10) 상에는 보조열교환기(600)가 구비되되, 상기 보조열교환기(600)는 상기 고전압배터리코어(100)의 하류지점과 상기 제1밸브(810)의 상류지점 사이에 위치된다. 상기 배터리냉각라인(10)은 상기 보조열교환기(600)를 통해서 실내공조용 냉매라인(50)과 열교환 가능하도록 구비된다. 상기 실내공조용 냉매라인(50)은 공냉식컨덴서(900), 증발기(910), 컴프레서(800), 제3밸브(830), 제4밸브(840) 및 팽창밸브(미도시)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 고전압배터리코어(100)의 냉각 시 상기 실내공조용 냉매라인(50)의 팽창밸브(미도시)를 통해 냉각된 상기 냉매라인(50)의 냉매와 상기 제1냉각수가 상기 보조열교환기(600)에서 열교환한 후 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각하는 것이다. 상기 냉매라인(50)에는 상기 냉매라인(50)의 냉매가 상기 보조열교환기(600) 내에서 상기 배터리냉각라인(10)의 제1냉각수와 열교환 가능하도록 냉매를 공급 또는 차단하도록 하는 제3밸브(830)가 구비되고, 실내공조를 위한 증발기(910)의 전단에도 제4밸브(840)가 구비되어 상기 제어부(870)에 의해 상기 제3밸브(830) 또는 제4밸브(840)가 개방 또는 폐쇄되도록 동작하여 상기 냉매라인(50)의 냉매와 상기 배터리냉각라인(10)의 제1냉각수가 열교환이 가능하게 된다.

상기 분기라인(30)은 일단이 상기 제1밸브(810)로부터 분기되고 타단이 상기 고전압배터리코어(100)의 상류 지점과 연결되며 주열교환기(400)를 지나도록 마련된다. 상기 분기라인(30)에는 상기 제1냉각수의 승온을 위한 전기히터(700)가 구비되되, 상기 전기히터(700)는 상기 분기라인(30)의 일단과 상기 고전압배터리코어(100)의 상류지점 사이에 위치되는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 상기 고전압배터리코어(100)의 승온 시 상기 고전압배터리코어(100)를 승온한 상기 제1냉각수가 상기 전기히터(700)를 통해 가열된 후 다시 상기 주열교환기(400)를 통해 열교환하여 더 승온되거나 혹은 반대로 상기 주열교환기(400)를 통해 열교환하여 승온된 후 다시 상기 전기히터(700)를 통해 더 승온되도록 할 수 있다. 또한, 상기 전기히터의 온도조절기능이 고장인 경우, 상기 제어부(870)가 상기 제1밸브(810)를 제어하여 유량을 제어함으로써, 온도를 조절하는 세이프티(Safety) 기능을 수행할 수 있을 것이다.

상기 전장부품냉각라인(20)에는 상기 제2라디에이터(300), 전장부품코어(500) 및 제2밸브(820)를 제2냉각수가 순환하도록 마련되되, 상기 제어부(870)에 의해 구동 또는 정지되도록 제어되는 제2펌프(860)가 더 구비된다. 여기서 상기 제2펌프(860)는 상기 전장부품냉각라인(20) 상에서 상기 제2밸브(820)의 상류지점과 상기 보조라인(40)의 타단 사이에 위치되어, 상기 제2냉각수가 상기 제2라디에이터(300)를 경유하여 순환하는 라인을 형성하든, 상기 보조라인(40)도 함께 경유하여 순환하는 라인을 형성하든 영향을 미칠 수 있도록 형성된다.

상기 제2밸브(820)는 삼방밸브이고, 상기 전장부품코어(500)측의 제1포트(821), 상기 보조라인(40)의 일단측의 제2포트(822) 및 상기 제2라디에이터(300)측의 제3포트(813)로 구성된다. 상기 제어부(870)는 상기 고전압배터리코어(100)의 승온이 필요한 경우 상기 제2밸브(820)의 모든 포트(821,822,823)를 개방하여 상기 제2냉각수가 상기 전장부품냉각라인(20)과 보조라인(40)을 모두 순환하도록 형성된다. 또한, 상기 고전압배터리코어(100)의 승온이 필요하지 않은 경우 상기 제어부(870)는 상기 제2밸브(820)의 제2포트(822)를 폐쇄하고, 상기 제2냉각수가 상기 전장부품냉각라인(20) 내를 순환하여 상기 전장부품코어(500)를 냉각하도록 제어한다.

또한, 상기 보조라인(40)은 일단이 상기 제2밸브(820)로부터 분기되고 타단이 상기 전장부품코어(500)의 상류 지점에 연결되며 상기 주열교환기(400)를 지나도록 마련됨으로써 상기 분기라인(30)과 상호 열교환된다. 상기 분기라인(30)과 보조라인(40)은 각각 독립된 유로를 구성하되, 상기 분기라인(30)의 냉각수와 상기 보조라인(40)의 냉각수가 상기 주열교환기(400)에서 서로 열교환하도록 구성되는 것이다.

도면을 통해 각각의 모드에서의 냉각수의 흐름을 알아보도록 한다.

도 2는 냉각모드를 도시한 도면으로서, 상기 제어부(870)는 냉각모드인 경우, 상기 제1밸브(810)의 제1포트(811)와 제2포트(812)를 연결하고, 제3포트(813)를 폐쇄하도록 제어하여 상기 배터리냉각라인(10)과 상기 분기라인(30)을 연결한다. 이때, 상기 제1냉각수는 상기 제1라디에이터(200)측으로는 순환하지 못하게 된다. 이때는 실내도 냉방이 필요한 상황이므로 상기 제어부(870)는 상기 제3밸브(830) 및 제4밸브(840)도 제어하여 상기 배터리냉각라인(10)은 분기라인(30) 및 실내공조용 냉매라인(50)과 연결된다. 따라서, 상기 보조열교환기(600)를 통해 상기 냉매라인(50)의 냉매와 열교환하여 냉각된 상기 제1냉각수가 상기 분기라인(30)을 따라 상기 제1펌프(850)를 거쳐 상기 고전압배터리코어(100)로 유입되어 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각하게 되는 것이다.

이때, 상기 제어부(870)는 상기 제2밸브(820)의 제1포트(821)와 제2포트(822)를 연결하고, 제3포트(823)를 폐쇄하도록 제어함으로써, 상기 전장부품냉각라인(20)에서는 상기 제2냉각수가 상기 제2라디에이터(300)에서 냉각된 수 상기 제2펌프(860)를 통해 상기 전장부품코어(500)로 제공되어 상기 전장부품코어(500)를 냉각한다. 이때, 상기 전기히터(700)는 동작하지 않으며, 상기 주열교환기(400) 내에서 열교환은 이뤄지지 않는다.

도 3은 폐열을 회수하여 고전압배터리를 승온하는 모드를 도시한 도면으로서, 배터리승온모드라고 칭하기로 한다. 상기 제어부(870)는 배터리승온모드인 경우, 상기 제1밸브(810)의 제1포트(811)와 제2포트(812)를 연결하고, 제3포트(813)를 폐쇄하도록 제어하여 상기 배터리냉각라인(10)과 상기 분기라인(30)을 연결한다. 이때, 상기 제1냉각수는 상기 제1라디에이터(200)측으로는 순환하지 못하게 된다. 이때는 실내도 난방이 필요한 상황이므로 상기 제어부(870)는 상기 제3밸브(830) 및 제4밸브(840)도 제어하여 상기 배터리냉각라인(10)은 분기라인(30) 및 실내공조용 냉매라인(50)과 연결된다. 따라서, 상기 보조열교환기(600)를 통해 상기 냉매라인(50)의 냉매와 열교환하여 승온된 상기 제1냉각수가 상기 분기라인(30)의 상기 전기히터(700)와 주열교환기(400) 또는 주열교환기(400)와 전기히터(700)를 거쳐 각각 승온된 후 상기 제1펌프(850)를 거쳐 상기 고전압배터리코어(100)로 유입되어 상기 고전압배터리코어(100)를 승온하게 되는 것이다.

이러한 상황이 가능한 이유는, 상기 제어부(870)는 상기 제2밸브(820)의 제1포트(821), 제2포트(822) 및 제3포트(823)를 모두 개방하도록 제어함으로써, 상기 전장부품냉각라인(20)에서는 상기 제2냉각수가 상기 제2라디에이터(300)에서 냉각된 수 상기 제2펌프(860)를 통해 상기 전장부품코어(500)로 제공되어 상기 전장부품코어(500)를 냉각한다. 이때, 승온된 상기 제2냉각수는 상기 보조라인(40)을 따라 상기 주열교환기(400)에서 상기 제1냉각수와 열교환되어 추가로 냉각된다. 따라서, 상기 전장부품코어(500)를 냉각한 상기 제2냉각수의 폐열을 이용하여 상기 고전압배터리코어(100)의 승온함으로써, 에너지를 효율적으로 관리하면서도 차량의 주행거리를 연장하고, 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

마지막으로, 도 4는 자연냉각모드를 도시한 도면으로서, 상기 제어부(870)는 자연냉각모드인 경우, 상기 제1밸브(810)의 제1포트(811)와 제3포트(813)를 연결하고, 제2포트(812)를 폐쇄하도록 제어하여 상기 배터리냉각라인(10)과 분기라인(30)을 분리한다. 이때에는 실내공조용 냉매라인(50)의 냉매와 상기 보조열교환기(600)를 통해서는 열교환하지 않는다. 따라서, 상기 제1냉각수가 상기 제1라디에이터(200)를 통해 냉각된 후 상기 고전압배터리코어(100)를 냉각하고 다시 상기 제1라디에이터(200)로 공급되도록 상기 배터리냉각라인(10) 내에서 순환하도록 제어한다.

이때, 상기 제어부(870)는 상기 제2밸브(820)의 제1포트(821)와 제3포트(823)를 연결하고, 제2포트(822)를 폐쇄하도록 제어함으로써, 상기 전장부품냉각라인(20)과 보조라인(40)을 분리한다. 상기 전장부품냉각라인(20)에서는 상기 제2냉각수가 상기 제2라디에이터(300)에서 냉각된 수 상기 제2펌프(860)를 통해 상기 전장부품코어(500)로 제공되어 상기 전장부품코어(500)를 냉각한다.

따라서, 상기한 바와 같은 차량의 공조시스템에 따르면, 전장부품측을 냉각하여 승온된 냉각수의 폐열을 이용하여 고전압배터리를 승온하도록 함으로써, 콤팩트한 구성으로도 에너지를 효율적으로 관리하면서도 차량의 주행거리를 연장하고, 생산원가를 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 전기히터의 온도조절 기능이 고장인 경우 제1밸브를 통해 유량을 제어함으로써 세이프티 기능을 수행할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 : 배터리냉각라인 20 : 전장부품냉각라인
30 : 분기라인 40 : 보조라인
50 : 냉매라인
100 : 고전압배터리코어 200 : 제1라디에이터
300 : 제2라디에이터 400 : 주열교환기
500 : 전장부품코어 600 : 보조열교환기
700 : 전기히터 800 : 컴프레서
810 : 제1밸브 811 : 제1포트
812 : 제2포트 813 : 제3포트
820 : 제2밸브 821 : 제1포트
822 : 제2포트 823 : 제3포트
830 : 제3밸브 840 : 제4밸브
850 : 제1펌프 860 : 제2펌프
870 : 제어부 900 : 공냉식컨덴서
910 : 증발기

Claims

제1라디에이터, 고전압배터리코어, 제1밸브를 제1냉각수가 순환하도록 마련된 배터리냉각라인;
제2라디에이터, 전장부품코어 및 제2밸브를 제2냉각수가 순환하도록 마련된 전장부품냉각라인;
일단이 상기 제1밸브로부터 분기되고 타단이 상기 고전압배터리코어의 상류 지점과 연결되며 주열교환기를 지나도록 마련된 분기라인;
일단이 상기 제2밸브로부터 분기되고 타단이 상기 전장부품코어의 상류 지점에 연결되며 상기 주열교환기를 지나도록 마련됨으로써 상기 분기라인과 상호 열교환되는 보조라인; 및
상기 고전압배터리코어의 승온이 필요한 경우 상기 제1밸브와 상기 제2밸브를 제어함으로써 상기 제1냉각수 및 상기 제2냉각수가 각각 상기 분기라인 및 상기 보조라인으로 순환되어 상기 주열교환기에서 열교환되도록 하는 제어부;를 포함하는 차량의 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 분기라인과 보조라인은 각각 독립된 유로를 구성하되, 상기 분기라인의 냉각수와 상기 보조라인의 냉각수가 상기 주열교환기에서 서로 열교환하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1밸브는 삼방밸브이고, 상기 고전압배터리코어측의 제1포트, 상기 분기라인의 일단측의 제2포트 및 상기 제1라디에이터측의 제3포트로 구성되며, 상기 제어부는 상기 고전압배터리코어의 승온이 필요한 경우 상기 제1밸브의 제3포트를 폐쇄하고, 상기 제어부는 상기 제1라디에이터의 방열을 통한 상기 고전압배터리코어의 냉각이 필요한 경우 상기 제1밸브의 제2포트를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제2밸브는 삼방밸브이고, 상기 전장부품코어측의 제1포트, 상기 보조라인의 일단측의 제2포트 및 상기 제2라디에이터측의 제3포트로 구성되며, 상기 제어부는 상기 고전압배터리코어의 승온이 필요한 경우 상기 제2밸브의 모든 포트를 개방하고, 상기 고전압배터리코어의 승온이 필요하지 않은 경우 상기 제2밸브의 제2포트를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리냉각라인에는 제1펌프가 구비되고, 상기 전장부품냉각라인에는 제2펌프가 구비되며, 상기 제어부는 상기 제1펌프 또는 제2펌프를 구동 또는 정지 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제1펌프는 상기 배터리냉각라인 상에서 상기 제1밸브의 상류지점과 상기 분기라인의 타단 사이에 위치된 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제2펌프는 상기 전장부품냉각라인 상에서 상기 제2밸브의 상류지점과 상기 보조라인의 타단 사이에 위치된 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리냉각라인 상에는 보조열교환기가 구비되되, 상기 보조열교환기는 상기 고전압배터리코어의 하류지점과 상기 제1밸브의 상류지점 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 배터리냉각라인은 상기 보조열교환기를 통해서 실내공조용 냉매라인과 열교환 가능하도록 구비되어, 상기 고전압배터리코어의 냉각 시 상기 냉매라인과 열교환한 상기 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 냉매라인에는 상기 냉매라인의 냉매가 상기 보조열교환기 내에서 상기 배터리냉각라인의 제1냉각수와 열교환 가능하도록 냉매를 공급 또는 차단하도록 하는 제3밸브기 구비된 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 제어부는 냉각모드인 경우, 상기 제1밸브를 제어하여 상기 배터리냉각라인과 상기 분기라인을 연결하고, 상기 보조열교환기를 통해 상기 냉매라인의 냉매와 열교환하여 냉각된 상기 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 제어부는 배터리승온모드인 경우, 상기 제1밸브를 제어하여 상기 배터리냉각라인과 상기 분기라인을 연결하고, 상기 제2밸브를 모두 개방하여 상기 전장부품냉각라인과 상기 보조라인을 연결함으로써, 상기 전장부품냉각라인을 냉각한 상기 제2냉각수와 상기 제1냉각수가 상기 주열교환기에서 열교환하여 승온된 후 상기 고전압배터리코어를 승온하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 제어부는 자연냉각모드인 경우, 상기 제1밸브를 제어하여 상기 제1냉각수가 상기 배터리냉각라인 내에서 순환하도록 제어하고, 상기 제1라디에이터를 통해 냉각된 상기 제1냉각수가 상기 고전압배터리코어를 냉각하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 분기라인에는 상기 제1냉각수의 승온을 위한 전기히터가 구비되되, 상기 전기히터는 상기 분기라인의 일단과 상기 고전압배터리코어의 상류지점 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.