KR20210022220A - 차량의 통합 열관리 모듈 - Google Patents

차량의 통합 열관리 모듈 Download PDF

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KR20210022220A
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오만주
이상신
김재웅
정소라
정윤섭
최금배
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현대자동차주식회사
한온시스템 주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

냉매라인의 응축기와 열교환되는 제1열교환기와 실내공조용 가열코어를 연결하는 실내가열라인의 냉각수를 유동시키는 제1펌프; 냉매라인의 증발기와 열교환되는 제2열교환기와 실내공조용 냉각코어를 연결하는 실내냉각라인의 냉각수를 유동시키는 제2펌프; 고전압배터리코어와 제3라디에이터를 연결하는 배터리라인의 냉각수를 유동시키는 제4펌프; 제1열교환기와 제2라디에이터를 연결하는 제2라디에이터라인, 실내가열라인 및 배터리라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제1밸브; 및 실내냉각라인 및 배터리라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제2밸브;를 포함하는 차량의 통합 열관리 모듈이 소개된다.

Description

차량의 통합 열관리 모듈{INTEGRATED THERMAL MANAGEMENT MODULE OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 실내 공조와 배터리의 냉난방에 필요한 열관리 에너지를 효율적으로 관리하는 차량의 통합 열관리 시스템에 포함된 열관리 모듈에 관한 것이다.
최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 위한 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.
이러한 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. 겨울철 난방 시 발생되는 문제점을 해소하기 위하여 고용량 PTC가 구비되는 경우 주행거리 단축 및 히트펌프의 사용으로 인한 원가 및 중량이 과다해지는 문제가 발생된다.
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.
KR 10-1448656 B
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 실내 공조와 배터리의 냉난방을 통합한 차량의 통합 열관리 시스템의 구성을 모듈화한 열관리 모듈을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 통합 열관리 모듈은 냉매라인의 응축기와 열교환되는 제1열교환기와 실내공조용 가열코어를 연결하는 실내가열라인의 냉각수를 유동시키는 제1펌프; 냉매라인의 증발기와 열교환되는 제2열교환기와 실내공조용 냉각코어를 연결하는 실내냉각라인의 냉각수를 유동시키는 제2펌프; 전장부품코어와 제1라디에이터를 연결하는 전장부품라인의 냉각수를 유동시키는 제3펌프; 고전압배터리코어와 제3라디에이터를 연결하는 배터리라인의 냉각수를 유동시키는 제4펌프; 제1열교환기와 제2라디에이터를 연결하는 제2라디에이터라인, 실내가열라인 및 배터리라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제1밸브; 제2열교환기와 전장부품코어 또는 제3라디에이터를 연결하는 제3라디에이터라인, 실내냉각라인 및 배터리라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제2밸브; 제3라디에이터라인와 전장부품라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제3밸브; 실내가열라인에서 분기되어 배터리라인에 연결된 배터리가열라인과 실내가열라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제4밸브; 실내냉각라인에서 분기되어 배터리라인에 연결된 배터리냉각라인과 실내냉각라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제5밸브; 및 배터리라인, 배터리가열라인 및 배터리냉각라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제7밸브;를 포함한다.
제1펌프, 제2펌프, 제3펌프 및 제4펌프와 제1밸브, 제2밸브, 제3밸브, 제4밸브, 제5밸브 및 제7밸브는 모듈화되어 일체로 결합될 수 있다.
평면 방향으로 연장된 상부플레이트; 및 상부플레이트와 동일한 평면 방향으로 연장되고, 상부플레이트와의 사이에 유로가 형성된 하부플레이트;를 더 포함하고, 제1펌프, 제2펌프, 제3펌프 및 제4펌프는 상부플레이트 또는 하부플레이트에 삽입되어 고정될 수 있다.,
평면 방향으로 연장된 상부플레이트; 및 상부플레이트와 동일한 평면 방향으로 연장되고, 상부플레이트와의 사이에 유로가 형성된 하부플레이트;를 더 포함하고, 제1밸브, 제2밸브, 제3밸브, 제4밸브, 제5밸브 및 제7밸브는 상부플레이트와 하부플레이트 사이에 형성된 유로에 삽입되어 냉각수의 유동 방향을 전환할 수 있다.
실내가열라인에 구비되고, 내부로 유동되는 냉각수를 가열하며, 제1펌프, 제2펌프, 제3펌프, 제4펌프, 제1밸브, 제2밸브, 제3밸브, 제4밸브, 제5밸브 및 제7밸브와 모듈화되어 일체로 결합된 수가열히터;를 더 포함할 수 있다.
냉매라인에 구비되고, 제1열교환기와 열교환되도록 연결된 응축기; 냉매라인에 구비되고, 제2열교환기와 열교환되도록 연결된 증발기; 및 냉매라인에 구비되고, 내부의 냉매를 압축하는 압축기;를 더 포함하고, 응축기, 증발기 및 압축기는 제1펌프, 제2펌프, 제3펌프, 제4펌프, 제1밸브, 제2밸브, 제3밸브, 제4밸브, 제5밸브 및 제7밸브와 모듈화되어 일체로 결합될 수 있다.
배터리라인에서 분기되어 실내가열라인 또는 제2라디에이터라인에 연결된 배터리회수라인과 배터리라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제6밸브;를 더 포함할 수 있다.
제1라디에이터를 통해 고전압배터리코어를 냉각시키는 제1모드인 경우, 고전압배터리코어를 통과한 냉각수가 제1라디에이터로 도입되도록 제4펌프 및 제7밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
제3라디에이터를 통해 전장부품코어를 냉각시키는 제2모드인 경우, 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제3라디에이터로 도입되도록 제3펌프 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
제1라디에이터를 통해 고전압배터리코어를 냉각시키고 제3라디에이터를 통해 전장부품코어를 냉각시키는 제3모드인 경우, 고전압배터리코어를 통과한 냉각수가 제1라디에이터로 도입되도록 제4펌프 및 제7밸브를 제어하고, 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제3라디에이터로 도입되도록 제3펌프 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
차량의 실내공간으로 냉각된 공기를 토출하는 제4모드인 경우, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 냉각코어로 도입되도록 제2펌프, 제2밸브 및 제5밸브를 제어하고, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 제2라디에이터로 도입되도록 제1펌프 및 제1밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
고전압배터리코어를 냉각하며 차량의 실내공간으로 냉각된 공기를 토출하는 제5모드인 경우, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 냉각코어로 도입된 후 고전압배터리코어로 도입되도록 제2펌프, 제2밸브, 제5밸브 및 제7밸브를 제어하고, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 제2라디에이터로 도입되도록 제1펌프 및 제1밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
전장부품코어의 폐열을 회수하며 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제6모드인 경우, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 가열코어로 도입되도록 제1펌프, 제1밸브 및 제4밸브를 제어하고, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 전장부품코어로 도입되도록 제3펌프, 제2밸브 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
제3라디에이터에서 열을 흡수하고 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제7모드인 경우, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 가열코어로 도입되도록 제1펌프, 제1밸브 및 제4밸브를 제어하고, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 제3라디에이터로 도입되도록 제2펌프 제2밸브 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
전장부품코어의 폐열을 회수하고 고전압배터리코어를 승온하며 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제8모드인 경우, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 고전압배터리코어로 도입된 후 실내공조용 가열코어로 도입되도록 제1펌프, 제1밸브, 제7밸브 및 제4밸브를 제어하고, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 전장부품코어로 도입되도록 제3펌프, 제2밸브 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
제3라디에이터에서 열을 흡수하고 고전압배터리코어를 승온하며 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제9모드인 경우, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 고전압배터리코어로 도입된 후 실내공조용 가열코어로 도입되도록 제1펌프, 제1밸브, 제7밸브 및 제4밸브를 제어하고, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 제3라디에이터로 도입되도록 제2펌프, 제2밸브 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
차량의 실내공간으로 제습된 공기를 토출시키는 제10모드인 경우, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 가열코어로 도입되도록 제1펌프, 제1밸브 및 제4밸브를 제어하고, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 냉각코어로 도입되도록 제2펌프, 제2밸브 및 제5밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 통합 열관리 모듈은 냉매라인의 응축기와 열교환되는 제1열교환기와 실내공조용 가열코어를 연결하는 실내가열라인의 냉각수를 유동시키는 제1펌프; 냉매라인의 증발기와 열교환되는 제2열교환기와 실내공조용 냉각코어를 연결하는 실내냉각라인의 냉각수를 유동시키는 제2펌프; 고전압배터리코어와 제3라디에이터를 연결하는 배터리라인의 냉각수를 유동시키는 제4펌프; 제1열교환기와 제2라디에이터를 연결하는 제2라디에이터라인, 실내가열라인 및 배터리라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제1밸브; 및 실내냉각라인 및 배터리라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제2밸브;를 포함한다.
실내가열라인에서 분기되어 배터리라인에 연결된 배터리가열라인과 실내가열라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제4밸브; 실내냉각라인에서 분기되어 배터리라인에 연결된 배터리냉각라인과 실내냉각라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제5밸브; 및 배터리라인, 배터리가열라인 및 배터리냉각라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제7밸브;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 차량의 통합 열관리 모듈에 따르면, 냉매라인을 최소화하면서 냉각수라인들과 열교환을 조절하여 통합 열관리가 가능한 효과를 갖는다.
또한, 통합 열관리 모듈이 컴팩트하게 구성됨으로써 패키지 측면 및 공간 활용의 효과를 가질 수 있다.
특히, 본 발명의 차량의 통합 열관리 모듈은 히트펌프(Heat Pump)의 기능까지 대체할 수 있어 열관리 효율이 향상되며, 이에 따라 차량의 주행 가능 거리를 증대할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 투시도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 상면도를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 AA 단면도이고, 도 4는 도 1의 BB 단면도이다.
도 5는 본 발명의 차량의 통합 열관리 모듈이 포함된 통합 열관리 회로도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 차량의 통합 열관리 모듈의 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 7 내지 16는 다양한 제어모드에 따른 본 발명의 차량의 통합 열관리 모듈의 제어구성도를 도시한 것이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
차량에는 각종 발열기구가 장착되는데, 모터와 인버터 등을 포함하는 전장부품, 고전압배터리 및 차량의 실내공조장치 등이 이에 해당한다. 이들은 각각 서로 다른 온도구간으로 관리가 필요하며, 가동 시점도 달라 이를 독립적으로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 투시도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈의 상면도를 도시한 것이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈은 냉매라인(20)의 응축기(23)와 열교환되는 제1열교환기(44)와 실내공조용 가열코어(42)를 연결하는 실내가열라인(40)의 냉각수를 유동시키는 제1펌프(P1); 냉매라인(20)의 증발기(24)와 열교환되는 제2열교환기(34)와 실내공조용 냉각코어(32)를 연결하는 실내냉각라인(30)의 냉각수를 유동시키는 제2펌프(P2); 전장부품코어와 제1라디에이터(R1)를 연결하는 전장부품라인(120)의 냉각수를 유동시키는 제3펌프(P3); 고전압배터리코어(B)와 제3라디에이터(R3)를 연결하는 배터리라인(10)의 냉각수를 유동시키는 제4펌프(P4); 제1열교환기(44)와 제2라디에이터(R2)를 연결하는 제2라디에이터라인(90), 실내가열라인(40) 및 배터리라인(10)과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제1밸브(V1); 제2열교환기(34)와 전장부품코어 또는 제3라디에이터(R3)를 연결하는 제3라디에이터라인(100), 실내냉각라인(30) 및 배터리라인(10)과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제2밸브(V2); 제3라디에이터라인(100)와 전장부품라인(120) 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제3밸브(V3); 실내가열라인(40)에서 분기되어 배터리라인(10)에 연결된 배터리가열라인(60)과 실내가열라인(40) 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제4밸브(V4); 실내냉각라인(30)에서 분기되어 배터리라인(10)에 연결된 배터리냉각라인(50)과 실내냉각라인(30) 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제5밸브(V5); 및 배터리라인(10), 배터리가열라인(60) 및 배터리냉각라인(50)과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제7밸브(V7);를 포함한다.
이에 따라, 제1펌프(P1), 제2펌프(P2), 제3펌프(P3) 및 제4펌프(P4)와 제1밸브(V1), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)을 제어함으로써 냉매라인(20)을 최소화하면서 냉각수라인들과 열교환을 조절하여 통합 열관리가 가능한 효과를 갖는다.
특히, 본 발명의 차량의 통합 열관리 모듈은 히트펌프(Heat Pump)의 기능까지 대체할 수 있어 열관리 효율이 향상되며, 이에 따라 차량의 주행 가능 거리를 증대할 수 있는 효과를 갖는다.
구체적으로, 제1펌프(P1), 제2펌프(P2), 제3펌프(P3) 및 제4펌프(P4)와 제1밸브(V1), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)는 모듈화되어 일체로 결합될 수 있다. 즉, 제1펌프(P1), 제2펌프(P2), 제3펌프(P3) 및 제4펌프(P4)와 제1밸브(V1), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)는 하나의 모듈로 구성되어 컴팩트하게 배치되며, 후술하는 제어기(110)에 의해 통합적으로 제어될 수 있다.
이에 따라, 통합 열관리 모듈이 컴팩트하게 구성됨으로써 패키지 측면 및 공간 활용의 효과를 가질 수 있다.
더 구체적으로, 평면 방향으로 연장된 상부플레이트(U); 및 상부플레이트(U)와 동일한 평면 방향으로 연장되고, 상부플레이트(U)와의 사이에 유로가 형성된 하부플레이트(D);를 더 포함할 수 있다.
상부플레이트(U)와 하부플레이트(D)의 결합체는 제1파트(M1)를 구성하고, 제1파트(M1)의 하부에는 제2파트(M2)가 결합될 수 있다. 제2파트(M2)에는 내부에 공간이 형성되고, 후술하는 냉매라인(20), 제1열교환기(44), 제2열교환기(34) 및 수가열히터(W) 등이 위치될 수 있다.
상부플레이트(U)와 하부플레이트(D)는 하면과 상면이 서로 접촉된 상태로 결합될 수 있다. 특히, 상부플레이트(U)에는 일부 영역에서 상방으로 절곡되고, 하부플레이트(D)에는 일부 영역에서 하방으로 절곡되어 상부플레이트(U)와 하부플레이트(D)의 결합시 사이에 유로가 형성될 수 있다.
특히, 유로는 실내가열라인(40), 실내냉각라인(30), 전장부품라인(120), 배터리라인(10), 제2라디에이터라인(90), 제3라디에이터라인(100) 등을 포함하는 냉각수라인들의 일부일 수 있다.
추가로, 배터리라인(10)에서 분기되어 실내가열라인(40) 또는 제2라디에이터라인(90)에 연결된 배터리회수라인과 배터리라인(10) 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제6밸브(V6);를 더 포함할 수 있다.
배터리회수라인은 실내가열라인(40)과 제2라디에이터라인(90)으로 분기되거나 합류되는 지점과 배터리라인(10) 사이를 연결할 수 있다. 제6밸브(V6)는 배터리라인(10)에서 배터리회수라인으로 분기되는 지점에 위치될 수 있다.
도 3은 도 1의 AA 단면도이다.
도 3을 더 참조하면, 제1펌프(P1), 제2펌프(P2), 제3펌프(P3) 및 제4펌프(P4)는 상부플레이트(U) 또는 하부플레이트(D)에 삽입되어 고정될 수 있다.
일 실시예로, 제1펌프(P1), 제2펌프(P2), 제3펌프(P3) 및 제4펌프(P4)는 상부플레이트(U)에 형성된 관통홀을 통하여 상부플레이트(U)와 하부플레이트(D) 사이에 형성된 유로의 내부에 삽입되어 고정될 수 있다. 특히, 제1펌프(P1), 제2펌프(P2), 제3펌프(P3) 및 제4펌프(P4)의 임팰러(I)가 유로의 내부에 삽입될 수 있고, 펌프바디(PB)는 상부플레이트(U) 또는 하부플레이트(D)의 외부에 위치될 수 있다.
도 4는 도 1의 BB 단면도이다.
도 4를 더 참조하면, 제1밸브(V1), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)는 상부플레이트(U)와 하부플레이트(D) 사이에 형성된 유로에 삽입되어 냉각수의 유동 방향을 전환할 수 있다.
특히, 제1밸브(V1), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)는 3-Way 또는 4-Way 밸브와 같은 멀티포트 밸브일 수 있고, 상부플레이트(U)와 하부플레이트(D) 사이에 형성된 복수의 유로가 분기되거나 합류되는 지점에 위치될 수 있다. 특히, 제1밸브(V1), 제2밸브(V2) 및 제7밸브(V7)는 4-Way 밸브이고, 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제5밸브(V5) 및 제6밸브(V6)는 3-Way 밸브일 수 있다.
도시한 것과 같이, 제1밸브(V1), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)는 유로 내부에 위치된 밸브바디(BB)가 회전됨에 따라 냉각수의 유동 방향을 전환할 수 있다. 밸브바디(BB)를 회전시키는 밸브액추에이터(BA)는 상부플레이트(U) 또는 하부플레이트(D)의 외부에 위치될 수 있다.
실내가열라인(40)에 구비되고, 내부로 유동되는 냉각수를 가열하며, 제1펌프(P1), 제2펌프(P2), 제3펌프(P3), 제4펌프(P4), 제1밸브(V1), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)와 모듈화되어 일체로 결합된 수가열히터(W);를 더 포함할 수 있다.
수가열히터(W)는 고전압배터리 등에서 공급받은 전력을 이용하여 내부의 냉각수를 가열할 수 있다. 고전압배터리 또는 전장부품의 폐열을 이용할 수 없거나, 열량이 부족한 경우에 수가열히터(W)를 통하여 냉각수를 가열할 수 있다.
수가열히터(W)는 상부플레이트(U) 및 하부플레이트(D)의 하부에 위치되어 일체로 모듈화될 수 있다.
냉매라인(20)에 구비되고, 제1열교환기(44)와 열교환되도록 연결된 응축기(23); 냉매라인(20)에 구비되고, 제2열교환기(34)와 열교환되도록 연결된 증발기(24); 및 냉매라인(20)에 구비되고, 내부의 냉매를 압축하는 압축기(21);를 더 포함하고, 응축기(23), 증발기(24) 및 압축기(21)는 제1펌프(P1), 제2펌프(P2), 제3펌프(P3), 제4펌프(P4), 제1밸브(V1), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)와 모듈화되어 일체로 결합될 수 있다.
특히, 냉매라인(20) 또한 상부플레이트(U) 및 하부플레이트(D)의 하부에 위치되어 일체로 모듈화될 수 있다. 즉, 냉매라인(20) 전체와 응축기(23), 증발기(24) 및 압축기(21)는 모두 제1펌프(P1), 제2펌프(P2), 제3펌프(P3), 제4펌프(P4), 제1밸브(V1), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)와 모듈화되어 일체로 결합될 수 있다. 냉매라인(20)에 구비된 팽창밸브(22)는 증발기(24)의 상류지점에 위치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 차량의 통합 열관리 모듈이 포함된 통합 열관리 회로도를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 차량의 통합 열관리 모듈의 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5 내지 6을 더 참조하면, 본 발명의 차량의 통합 열관리 모듈이 포함된 열관리 회로는 제1라디에이터(R1)와 고전압배터리코어(B)가 열교환되도록 연결하며, 제4펌프(P4)가 구비되어 냉각수가 유통되는 배터리라인(10); 냉매가 순환되는 압축기(21), 팽창밸브(22), 응축기(23) 및 증발기(24)가 구비된 냉매라인(20); 실내공조용 냉각코어(32)가 제2열교환기(34)를 통해 증발기(24)와 열교환되도록 연결하고, 제2펌프(P2)가 구비되어 냉각수가 유통되는 실내냉각라인(30); 실내공조용 가열코어(42)가 제1열교환기(44)를 통해 응축기(23)와 열교환되도록 연결하고, 제1펌프(P1)가 구비되어 냉각수가 유통되는 실내가열라인(40); 실내냉각라인(30) 중 실내공조용 냉각코어(32)의 하류 지점에서 분기되어 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 상류지점과 연결되며, 실내공조용 냉각코어(32)를 통과한 냉각수의 고전압배터리코어(B)로의 도입 여부를 조절하는 제5밸브(V5)가 마련된 배터리냉각라인(50); 실내가열라인(40) 중 실내공조용 가열코어(42)의 하류 지점에서 분기되어 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 상류지점과 연결되며, 실내공조용 가열코어(42)를 통과한 냉각수의 고전압배터리코어(B)로의 도입 여부를 조절하는 제4밸브(V4)가 마련된 배터리가열라인(60);을 포함한다.
보다 상세하게는 배터리라인(10)에는 고전압배터리코어(B)가 구비되고, 고전압배터리코어(B)를 외기를 이용하여 냉각하기 위한 제1라디에이터(R1)와 제어기(110)에 의해 구동 및 정지가 제어되며 냉각수의 순환을 위한 제4펌프(P4)가 구비된다. 이와 같은 고전압배터리코어(B)는 고전압배터리와 직접적으로 연결된 방열부일 수도 있고, 별도의 냉각수라인을 통해 고전압배터리와 간접적으로 연결된 방열부를 모두 포함하는 개념이다.
그리고, 압축기(21), 팽창밸브(22), 응축기(23) 및 증발기(24)로 구성된 냉매라인(20)에는 냉매가 순환화면서 다른 라인들과 열적으로 연결된다. 압축기(21)는 제어기(110)에 의해 구동이 제어되며, 냉매가 압축기(21), 응축기(23), 팽창밸브(22) 및 증발기(24)를 순환하면서 방열 및 흡열을 통해 다른 라인들과 열교환하게 되는 것이다.
냉매라인(20)은 실내냉각라인(30) 및 실내가열라인(40)과 열적으로 연결된다. 실내냉각라인(30)에는 실내공조용 냉각코어(32)와 제어기(110)에 의해 구동 및 정지가 제어되며 냉각수의 순환을 위한 제2펌프(P2)가 구비된다. 그리고, 실내냉각라인(30)에는 제2열교환기(34)가 구비되어 냉매라인(20)의 증발기(24)와 열교환됨으로써 실내냉각라인(30)과 냉매라인(20)이 열적으로 연결된다. 또한, 실내공조용 냉각코어(32)를 지나는 공기는 냉각됨으로써 차량의 실내공간으로 차가운 공기를 토출할 수 있는 것이다.
실내가열라인(40)에는 실내공조용 가열코어(42)와 제어기(110)에 의해 구동 및 정지가 제어되며 냉각수의 순환을 위한 제1펌프(P1)가 구비된다. 그리고, 실내가열라인(40)에는 제1열교환기(44)가 구비되어 냉매라인(20)의 응축기(23)와 열교환됨으로써 실내가열라인(40)과 냉매라인(20)이 열적으로 연결된다. 또한, 실내공조용 가열코어(42)를 지나는 공기는 승온됨으로써 차량의 실내공간으로 따뜻한 공기를 토출할 수 있는 것이다.
그리고, 본 발명의 경우 배터리냉각라인(50)과 배터리가열라인(60)이 마련된다. 구체적으로, 배터리냉각라인(50)은 실내냉각라인(30) 중 실내공조용 냉각코어(32)의 하류지점에서 분기되어 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 상류지점과 연결된다. 따라서, 실내냉각라인(30)의 실내공조용 냉각코어(32)를 통과한 냉각수는 배터리냉각라인(50)을 통해 배터리라인(10)으로 유통될 수 있는 것이다. 그러므로, 실내공조용 냉각코어(32)를 통과한 냉각수가 고전압배터리코어(B)로 도입될 수 있다. 종래의 차량용 열관리시스템은 실내냉각공조를 위해 냉각수라인과 냉매라인(20)이 구비되고, 고전압배터리를 냉각시키기 위해서는 별도의 냉각수라인과 냉매라인(20)이 필요하였다. 본 발명의 경우 실내냉각라인(30)과 배터리라인(10)이 배터리냉각라인(50)을 통해 연결됨으로써 하나의 냉매라인(20)만으로도 실내냉각공조와 고전압배터리코어(B)의 냉각을 수행할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 냉매의 사용양이 현저히 줄게 되어 친환경적인 장점도 있는 것이다. 그리고, 배터리냉각라인(50)에는 제어기(110)에 의해 제어되어 선택적으로 유로를 연결하거나 유량을 제어하기 위한 제5밸브(V5)가 마련된다. 따라서, 제5밸브(V5)의 제어에 따라서 실내공조용 냉각코어(32)를 통과한 냉각수의 고전압배터리코어(B)로의 도입 여부를 조절할 수 있게 되는 것이다.
한편, 배터리가열라인(60)은 실내냉각라인(30) 중 실내공조용 가열코어(42)의 하류지점에서 분기되어 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 상류지점과 연결된다. 따라서, 실내가열라인(40)의 실내공조용 가열코어(42)를 통과한 냉각수는 배터리가열라인(60)을 통해 배터리라인(10)으로 유통될 수 있는 것이다. 그러므로, 실내공조용 가열코어(42)를 통과한 냉각수가 고전압배터리코어(B)로 도입될 수 있다. 종래의 차량용 열관리시스템은 실내가열공조를 위해 냉각수라인과 냉매라인(20)이 구비되고, 고전압배터리를 승온시키기 위해서는 별도의 냉각수라인과 냉매라인(20)이 필요하였다. 본 발명의 경우 실내가열라인(40)과 배터리라인(10)이 제1배터리가열라인(60)을 통해 연결됨으로써 하나의 냉매라인(20)만으로도 실내가열공조와 고전압배터리코어(B)의 승온을 수행할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 냉매의 사용양이 현저히 줄게 되어 친환경적인 장점도 있는 것이다. 그리고, 배터리가열라인(60)에는 제어기(110)에 의해 제어되어 선택적으로 유로를 연결하거나 유량을 제어하기 위한 제4밸브(V4)가 마련된다. 따라서, 제4밸브(V4)의 제어에 따라서 실내공조용 가열코어(42)를 통과한 냉각수의 고전압배터리코어(B)로의 도입 여부를 조절할 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 경우 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 하류지점에서 각각 분기되어 실내냉각라인(30) 중 제2열교환기(34)의 상류지점에 연결된 제1연결라인(70) 및 실내가열라인(40) 중 제1열교환기(44)의 상류지점에 연결된 제2연결라인(80);을 더 포함하고, 배터리냉각라인(50)과 배터리가열라인(60)은 제7밸브(V7)를 통해 배터리라인(10)에 연결될 수 있다. 제1연결라인(70)은 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 하류 지점에서 분기되어 실내냉각라인(30) 중 제2열교환기(34)의 상류지점에 연결된다. 따라서, 배터리냉각라인(50)을 통해 고전압배터리코어(B)로 도입된 냉각수는 고전압배터리코어(B)를 통과한 후 제1연결라인(70)을 통해 제2열교환기(34)로 도입되는 것이다. 그리고, 제2연결라인(80)은 배터리라인(10) 중 고전압배터리코어(B)의 하류 지점에서 분기되어 실내가열라인(40) 중 제1열교환기(44)의 상류지점에 연결된다. 따라서, 배터리가열라인(60)을 통해 고전압배터리코어(B)로 도입된 냉각수는 고전압배터리코어(B)를 통과한 후 제2연결라인(80)을 통해 제1열교환기(44)로 도입되는 것이다.
또한, 배터리냉각라인(50)과 배터리가열라인(60)은 제7밸브(V7)를 통해 배터리라인(10)에 연결될 수 있다. 제7밸브(V7)는 제어기(110)에 의해 제어됨으로써 선택적으로 유로를 연결하거나 유량의 제어를 수행한다. 따라서, 제7밸브(V7)에 의해서 배터리라인(10), 배터리냉각라인(50) 및 배터리가열라인(60)의 냉각수 유통을 조절하게 되는 것이다.
그리고, 본 발명의 경우 제2라디에이터(R2)와 제1열교환기(44)가 열교환되도록 연결하며, 일단이 실내가열라인(40) 중 제1열교환기(44)의 상류지점에 연결되고, 타단이 실내가열라인(40) 중 제1열교환기(44)의 하류지점에 연결된 제2라디에이터라인(90);을 더 포함하고, 제2라디에이터라인(90)과 제2연결라인(80)은 제1밸브(V1)를 통해 실내가열라인(40)에 연결될 수 있다.
구체적으로, 제2라디에이터라인(90)에는 제2라디에이터(R2)가 구비된다. 제2라디에이터(R2)는 차량의 외기와 제2라디에이터(R2)를 통과하는 냉각수를 열교환시킨다. 그리고, 제2라디에이터라인(90)은 일단 및 타단이 각각 실내가열라인(40) 중 제1열교환기(44)의 상류지점 및 하류지점에 연결된다. 그리고, 제2라디에이터라인(90)과 제2연결라인(80)은 도시된 바와 같이 제1밸브(V1)를 통해 실내가열라인(40)에 연결될 수 있다. 제1밸브(V1)는 제어기(110)에 의해 제어됨으로써 선택적으로 유로를 연결하거나 유량의 제어를 수행한다. 따라서, 제1밸브(V1)에 의해서 실내가열라인(40), 제2라디에이터라인(90) 및 제2연결라인(80)의 냉각수 유통을 조절하게 되는 것이다.
또한, 제3라디에이터라인(100)은 제2열교환기(34)와 전장부품코어 또는 제3라디에이터(R3)를 연결하고, 제3라디에이터라인(100), 실내냉각라인(30) 및 배터리라인(10)은 제2밸브(V2)를 통해 동시에 연결된다. 특히, 제2밸브(V2)에서 실내냉각라인(30)과 배터리라인(10)은 제1연결라인(70)을 통해 연결될 수 있다.
전장부품라인(120)은 전장부품코어와 연결되며, 일단이 제3라디에이터라인(100) 중 제3라디에이터(R3) 상류지점에 연결되고, 타단이 제3라디에이터라인(100) 중 제3라디에이터(R3) 하류지점에 제3밸브(V3)를 통해 연결되며, 제3펌프(P3)가 구비되어 냉각수가 유통될 수 있다. 제3밸브(V3)는 제3라디에이터라인(100)와 전장부품라인(120) 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환할 수 있다.
배터리회수라인은 배터리라인(10)에서 분기되어 실내가열라인(40) 또는 제2라디에이터라인(90)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 배터리회수라인은 배터리라인(10)의 고전압배터리코어(B)의 상류지점에서 분기되어 제6밸브(V6)를 통해 연결되며, 실내가열라인(40)과 제2라디에이터라인(90)의 분기점에 연결될 수 있다.
또한, 별도로 도시하지는 않았지만, 냉각수를 공급하는 리저버탱크(RT)를 각각의 라인 상에 별도로 구비하여 냉각수를 공급할 수도 있을 것이다.
도 7 내지 16는 다양한 제어모드에 따른 본 발명의 차량의 통합 열관리 모듈의 제어구성도를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 제1라디에이터(R1)를 통해 고전압배터리코어(B)를 냉각시키는 제1모드인 경우, 고전압배터리코어(B)를 통과한 냉각수가 제1라디에이터(R1)로 도입되도록 제4펌프(P4) 및 제7밸브(V7)를 제어하는 제어기(110);를 더 포함할 수 있다.
제어기(110)는 제1모드에서 제4펌프(P4)를 구동하여 배터리라인(10)의 냉각수를 유동시킬 수 있고, 제7밸브(V7)를 제어하여 고전압배터리코어(B)를 통과한 냉각수가 제1라디에이터(R1)로 도입되도록 제어할 수 있다. 고전압배터리코어(B)를 통과하여 가열된 냉각수는 제1라디에이터(R1)로 유입되어 외기를 통해 냉각될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제3라디에이터(R3)를 통해 전장부품코어를 냉각시키는 제2모드인 경우, 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제3라디에이터(R3)로 도입되도록 제3펌프(P3) 및 제3밸브(V3)를 제어하는 제어기(110);를 더 포함할 수 있다.
제어기(110)는 제2모드에서 제3펌프(P3)를 구동하여 전장부품라인(120)의 냉각수를 유동시킬 수 있고, 제3밸브(V3)를 제어하여 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제3라디에이터(R3)로 도입되도록 제어할 수 있다. 전장부품코어를 통과하여 가열된 냉각수는 제3라디에이터(R3)로 유입되어 외기를 통해 냉각될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1라디에이터(R1)를 통해 고전압배터리코어(B)를 냉각시키고 제3라디에이터(R3)를 통해 전장부품코어를 냉각시키는 제3모드인 경우, 고전압배터리코어(B)를 통과한 냉각수가 제1라디에이터(R1)로 도입되도록 제4펌프(P4) 및 제7밸브(V7)를 제어하고, 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제3라디에이터(R3)로 도입되도록 제3펌프(P3) 및 제3밸브(V3)를 제어하는 제어기(110);를 더 포함할 수 있다.
제어기(110)는 제3모드에서 제1모드와 제2모드의 제어를 동시에 수행하여 고전압배터리 및 전장부품을 동시에 외기를 통해 냉각시킬 수 있다.
도 9를 참조하면, 차량의 실내공간으로 냉각된 공기를 토출하는 제4모드인 경우, 제2열교환기(34)를 통과한 냉각수가 실내공조용 냉각코어(32)로 도입되도록 제2펌프(P2), 제2밸브(V2) 및 제5밸브(V5)를 제어하고, 제1열교환기(44)를 통과한 냉각수가 제2라디에이터(R2)로 도입되도록 제1펌프(P1) 및 제1밸브(V1)를 제어하는 제어기(110);를 더 포함할 수 있다.
제어기(110)는 제4모드에서 제2펌프(P2)를 구동하여 실내냉각라인(30)의 냉각수를 유동시키고, 제2밸브(V2) 및 제5밸브(V5)를 제어하여 제2열교환기(34)에서 냉각된 냉각수가 실내공조용 냉각코어(32)로 도입되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어기(110)는 제1펌프(P1)를 구동하고, 제1밸브(V1)를 제어함으로써 제1열교환기(44)에서 가열된 냉각수를 제2라디에이터라인(90)으로 유동시킬 수 있다. 제2라디에이터라인(90)에 구비된 제2라디에이터(R2)에서 냉각수는 외기에 의해 냉각될 수 있다.
도 10을 참조하면, 고전압배터리코어(B)를 냉각하며 차량의 실내공간으로 냉각된 공기를 토출하는 제5모드인 경우, 제2열교환기(34)를 통과한 냉각수가 실내공조용 냉각코어(32)로 도입된 후 고전압배터리코어(B)로 도입되도록 제2펌프(P2), 제2밸브(V2), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)를 제어하고, 제1열교환기(44)를 통과한 냉각수가 제2라디에이터(R2)로 도입되도록 제1펌프(P1) 및 제1밸브(V1)를 제어하는 제어기(110);를 더 포함할 수 있다.
제어기(110)는 제5모드에서 제4모드와 같이 제1펌프(P1) 및 제1밸브(V1)를 제어할 수 있다. 반면, 제어기(110)는 제4모드와 상이하게 제2열교환기(34)를 통과한 냉각수가 실내공조용 냉각코어(32)로 도입된 후 고전압배터리코어(B)로 도입되도록 제2밸브(V2), 제5밸브(V5) 및 제7밸브(V7)를 제어할 수 있다.
도 11을 참조하면, 전장부품코어의 폐열을 회수하며 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제6모드인 경우, 제1열교환기(44)를 통과한 냉각수가 실내공조용 가열코어(42)로 도입되도록 제1펌프(P1), 제1밸브(V1) 및 제4밸브(V4)를 제어하고, 제2열교환기(34)를 통과한 냉각수가 전장부품코어로 도입되도록 제3펌프(P3), 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)를 제어하는 제어기(110);를 더 포함할 수 있다.
제어기(110)는 제1펌프(P1)를 구동하고, 제1밸브(V1) 및 제4밸브(V4)를 제어하여 제1열교환기(44)를 통과하여 가열된 냉각수가 실내공조용 가열코어(42)로 도입되도록 제어할 수 있다.
또한, 전장부품의 폐열을 회수하도록 제3펌프(P3), 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)를 제어하여 제2열교환기(34)를 통과하여 냉각된 냉각수가 전장부품코어로 도입되도록 제어할 수 있다.
도 12를 참조하면, 제3라디에이터(R3)에서 열을 흡수하고 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제7모드인 경우, 제1열교환기(44)를 통과한 냉각수가 실내공조용 가열코어(42)로 도입되도록 제1펌프(P1), 제1밸브(V1) 및 제4밸브(V4)를 제어하고, 제2열교환기(34)를 통과한 냉각수가 제3라디에이터(R3)로 도입되도록 제2펌프(P2) 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)를 제어하는 제어기(110);를 더 포함할 수 있다.
제어기(110)는 제7모드에서 제6모드와 동일하게 제1열교환기(44)를 통과한 냉각수가 실내공조용 가열코어(42)로 도입되도록 제1펌프(P1), 제1밸브(V1) 및 제4밸브(V4)를 제어할 수 있다.
다만, 제어기(110)는 제7모드에서 제6모드와 상이하게 제2열교환기(34)를 통과한 냉각수가 제3라디에이터(R3)로 도입되도록 제2펌프(P2) 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)를 제어할 수 있다. 즉, 제2열교환기(34)에 의해 냉각된 냉각수는 제3라디에이터(R3)에서 외기로부터 열을 흡수할 수 있다. 즉, 외기로부터 열을 흡수할 수 있는 히트펌프 기능을 수행할 수 있다.
도 13을 참조하면, 전장부품코어의 폐열을 회수하고 고전압배터리코어(B)를 승온하며 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제8모드인 경우, 제1열교환기(44)를 통과한 냉각수가 고전압배터리코어(B)로 도입된 후 실내공조용 가열코어(42)로 도입되도록 제1펌프(P1), 제1밸브(V1), 제7밸브(V7) 및 제4밸브(V4)를 제어하고, 제2열교환기(34)를 통과한 냉각수가 전장부품코어로 도입되도록 제3펌프(P3), 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)를 제어하는 제어기(110);를 더 포함할 수 있다.
제어기(110)는 제8모드에서 고전압배터리코어(B)를 더 승온할 수 있다. 제어기(110)는 제1열교환기(44)를 통과하여 가열된 냉각수가 고전압배터리코어(B)로 도입된 후 실내공조용 가열코어(42)로 도입되도록 제1펌프(P1), 제1밸브(V1), 제7밸브(V7) 및 제4밸브(V4)를 제어할 수 있다.
또한, 제어기(110)는 제2열교환기(34)를 통과하여 냉각된 냉각수가 전장부품코어로 도입되도록 제3펌프(P3), 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)를 제어할 수 있다. 즉, 제2열교환기(34)에서 냉각된 냉각수를 전장부품코어로 도입시킴으로써 전장부품의 폐열을 회수할 수 있다.
도 14를 참조하면, 제3라디에이터(R3)에서 열을 흡수하고 고전압배터리코어(B)를 승온하며 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제9모드인 경우, 제1열교환기(44)를 통과한 냉각수가 고전압배터리코어(B)로 도입된 후 실내공조용 가열코어(42)로 도입되도록 제1펌프(P1), 제1밸브(V1), 제7밸브(V7) 및 제4밸브(V4)를 제어하고, 제2열교환기(34)를 통과한 냉각수가 제3라디에이터(R3)로 도입되도록 제2펌프(P2), 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)를 제어하는 제어기(110);를 더 포함한다.
제어기(110)는 제9모드에서 제8모드와 동일하게 제1열교환기(44)를 통과한 냉각수가 고전압배터리코어(B)로 도입된 후 실내공조용 가열코어(42)로 도입되도록 제1펌프(P1), 제1밸브(V1), 제7밸브(V7) 및 제4밸브(V4)를 제어할 수 있다.
다만, 제어기(110)는 제9모드에서 제8모드와 상이하게 제2열교환기(34)를 통과한 냉각수가 제3라디에이터(R3)로 도입되도록 제2펌프(P2), 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)를 제어할 수 있다. 제2열교환기(34)를 통과하여 냉각된 냉각수는 제3라디에이터(R3)에서 외기로부터 열을 흡수할 수 있다. 즉, 외기로부터 열을 흡수할 수 있는 히트펌프 기능을 수행할 수 있다.
도 15를 참조하면, 차량의 실내공간으로 제습된 공기를 토출시키는 제10모드인 경우, 제1열교환기(44)를 통과한 냉각수가 실내공조용 가열코어(42)로 도입되도록 제1펌프(P1), 제1밸브(V1) 및 제4밸브(V4)를 제어하고, 제2열교환기(34)를 통과한 냉각수가 실내공조용 냉각코어(32)로 도입되도록 제2펌프(P2), 제2밸브(V2) 및 제5밸브(V5)를 제어하는 제어기(110);를 더 포함할 수 있다.
제어기(110)는 제10모드에서 제1열교환기(44)를 통과하여 가열된 냉각수가 실내공조용 가열코어(42)로 도입되도록 제1펌프(P1), 제1밸브(V1) 및 제4밸브(V4)를 제어할 수 있다. 또한, 제2열교환기(34)를 통과하여 냉각된 냉각수가 실내공조용 냉각코어(32)로 도입되도록 제2펌프(P2), 제2밸브(V2) 및 제5밸브(V5)를 제어할 수 있다.
즉, 제어기(110)는 제10모드에서 실내공조용 가열코어(42) 및 실내공조용 냉각코어(32)를 모두 이용하여 실내공조용 공기의 습기를 제거할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어기(110)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
다시 도 1 내지 2 및 도 5를 더 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈은 냉매라인(20)의 응축기(23)와 열교환되는 제1열교환기(44)와 실내공조용 가열코어(42)를 연결하는 실내가열라인(40)의 냉각수를 유동시키는 제1펌프(P1); 냉매라인(20)의 증발기(24)와 열교환되는 제2열교환기(34)와 실내공조용 냉각코어(32)를 연결하는 실내냉각라인(30)의 냉각수를 유동시키는 제2펌프(P2); 고전압배터리코어(B)와 제3라디에이터(R3)를 연결하는 배터리라인(10)의 냉각수를 유동시키는 제4펌프(P4); 제1열교환기(44)와 제2라디에이터(R2)를 연결하는 제2라디에이터라인(90), 실내가열라인(40) 및 배터리라인(10)과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제1밸브(V1); 및 실내냉각라인(30) 및 배터리라인(10)과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제2밸브(V2);를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 통합 열관리 모듈에 따르더라도, 최소화된 냉매라인(20)과 열교환되는 실내가열라인(40) 및 실내냉각라인(30)을 통하여 차량의 실내 공조 제어가 가능함과 동시에, 배터리라인(10)의 고전압배터리 열관리가 가능한 효과를 갖는다.
추가로, 실내가열라인(40)에서 분기되어 배터리라인(10)에 연결된 배터리가열라인(60)과 실내가열라인(40) 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제4밸브(V4); 실내냉각라인(30)에서 분기되어 배터리라인(10)에 연결된 배터리냉각라인(50)과 실내냉각라인(30) 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제5밸브(V5); 및 배터리라인(10), 배터리가열라인(60) 및 배터리냉각라인(50)과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제7밸브(V7);를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 냉매라인(20)을 통한 고전압배터리의 냉각 및 가열이 가능하여 고전압배터리의 열관리의 효율이 향상되는 효과를 갖는다.
본 발명의 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.
제1밸브 : V1 제2밸브 : V2
제3밸브 : V3 제4밸브 : V4
제5밸브 : V5 제6밸브 : V6
제7밸브 : V7 제어기 : 110
제1펌프 : P1 제2펌프 : P2
제3펌프 : P3 제4펌프 : P4
제1파트 : M1 제2파트 : M2

Claims (19)

  1. 냉매라인의 응축기와 열교환되는 제1열교환기와 실내공조용 가열코어를 연결하는 실내가열라인의 냉각수를 유동시키는 제1펌프;
    냉매라인의 증발기와 열교환되는 제2열교환기와 실내공조용 냉각코어를 연결하는 실내냉각라인의 냉각수를 유동시키는 제2펌프;
    전장부품코어와 제1라디에이터를 연결하는 전장부품라인의 냉각수를 유동시키는 제3펌프;
    고전압배터리코어와 제3라디에이터를 연결하는 배터리라인의 냉각수를 유동시키는 제4펌프;
    제1열교환기와 제2라디에이터를 연결하는 제2라디에이터라인, 실내가열라인 및 배터리라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제1밸브;
    제2열교환기와 전장부품코어 또는 제3라디에이터를 연결하는 제3라디에이터라인, 실내냉각라인 및 배터리라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제2밸브;
    제3라디에이터라인와 전장부품라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제3밸브;
    실내가열라인에서 분기되어 배터리라인에 연결된 배터리가열라인과 실내가열라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제4밸브;
    실내냉각라인에서 분기되어 배터리라인에 연결된 배터리냉각라인과 실내냉각라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제5밸브; 및
    배터리라인, 배터리가열라인 및 배터리냉각라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제7밸브;를 포함하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1펌프, 제2펌프, 제3펌프 및 제4펌프와 제1밸브, 제2밸브, 제3밸브, 제4밸브, 제5밸브 및 제7밸브는 모듈화되어 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    평면 방향으로 연장된 상부플레이트; 및
    상부플레이트와 동일한 평면 방향으로 연장되고, 상부플레이트와의 사이에 유로가 형성된 하부플레이트;를 더 포함하고,
    제1펌프, 제2펌프, 제3펌프 및 제4펌프는 상부플레이트 또는 하부플레이트에 삽입되어 고정된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    평면 방향으로 연장된 상부플레이트; 및
    상부플레이트와 동일한 평면 방향으로 연장되고, 상부플레이트와의 사이에 유로가 형성된 하부플레이트;를 더 포함하고,
    제1밸브, 제2밸브, 제3밸브, 제4밸브, 제5밸브 및 제7밸브는 상부플레이트와 하부플레이트 사이에 형성된 유로에 삽입되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    실내가열라인에 구비되고, 내부로 유동되는 냉각수를 가열하며, 제1펌프, 제2펌프, 제3펌프, 제4펌프, 제1밸브, 제2밸브, 제3밸브, 제4밸브, 제5밸브 및 제7밸브와 모듈화되어 일체로 결합된 수가열히터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    냉매라인에 구비되고, 제1열교환기와 열교환되도록 연결된 응축기;
    냉매라인에 구비되고, 제2열교환기와 열교환되도록 연결된 증발기; 및
    냉매라인에 구비되고, 내부의 냉매를 압축하는 압축기;를 더 포함하고,
    응축기, 증발기 및 압축기는 제1펌프, 제2펌프, 제3펌프, 제4펌프, 제1밸브, 제2밸브, 제3밸브, 제4밸브, 제5밸브 및 제7밸브와 모듈화되어 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    배터리라인에서 분기되어 실내가열라인 또는 제2라디에이터라인에 연결된 배터리회수라인과 배터리라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제6밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    제1라디에이터를 통해 고전압배터리코어를 냉각시키는 제1모드인 경우, 고전압배터리코어를 통과한 냉각수가 제1라디에이터로 도입되도록 제4펌프 및 제7밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    제3라디에이터를 통해 전장부품코어를 냉각시키는 제2모드인 경우, 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제3라디에이터로 도입되도록 제3펌프 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  10. 청구항 1에 있어서,
    제1라디에이터를 통해 고전압배터리코어를 냉각시키고 제3라디에이터를 통해 전장부품코어를 냉각시키는 제3모드인 경우, 고전압배터리코어를 통과한 냉각수가 제1라디에이터로 도입되도록 제4펌프 및 제7밸브를 제어하고, 전장부품코어를 통과한 냉각수가 제3라디에이터로 도입되도록 제3펌프 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  11. 청구항 1에 있어서,
    차량의 실내공간으로 냉각된 공기를 토출하는 제4모드인 경우, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 냉각코어로 도입되도록 제2펌프, 제2밸브 및 제5밸브를 제어하고, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 제2라디에이터로 도입되도록 제1펌프 및 제1밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  12. 청구항 1에 있어서,
    고전압배터리코어를 냉각하며 차량의 실내공간으로 냉각된 공기를 토출하는 제5모드인 경우, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 냉각코어로 도입된 후 고전압배터리코어로 도입되도록 제2펌프, 제2밸브, 제5밸브 및 제7밸브를 제어하고, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 제2라디에이터로 도입되도록 제1펌프 및 제1밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  13. 청구항 1에 있어서,
    전장부품코어의 폐열을 회수하며 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제6모드인 경우, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 가열코어로 도입되도록 제1펌프, 제1밸브 및 제4밸브를 제어하고, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 전장부품코어로 도입되도록 제3펌프, 제2밸브 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  14. 청구항 1에 있어서,
    제3라디에이터에서 열을 흡수하고 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제7모드인 경우, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 가열코어로 도입되도록 제1펌프, 제1밸브 및 제4밸브를 제어하고, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 제3라디에이터로 도입되도록 제2펌프 제2밸브 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  15. 청구항 1에 있어서,
    전장부품코어의 폐열을 회수하고 고전압배터리코어를 승온하며 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제8모드인 경우, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 고전압배터리코어로 도입된 후 실내공조용 가열코어로 도입되도록 제1펌프, 제1밸브, 제7밸브 및 제4밸브를 제어하고, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 전장부품코어로 도입되도록 제3펌프, 제2밸브 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  16. 청구항 1에 있어서,
    제3라디에이터에서 열을 흡수하고 고전압배터리코어를 승온하며 차량의 실내공간으로 승온된 공기를 토출하는 제9모드인 경우, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 고전압배터리코어로 도입된 후 실내공조용 가열코어로 도입되도록 제1펌프, 제1밸브, 제7밸브 및 제4밸브를 제어하고, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 제3라디에이터로 도입되도록 제2펌프, 제2밸브 및 제3밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  17. 청구항 1에 있어서,
    차량의 실내공간으로 제습된 공기를 토출시키는 제10모드인 경우, 제1열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 가열코어로 도입되도록 제1펌프, 제1밸브 및 제4밸브를 제어하고, 제2열교환기를 통과한 냉각수가 실내공조용 냉각코어로 도입되도록 제2펌프, 제2밸브 및 제5밸브를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  18. 냉매라인의 응축기와 열교환되는 제1열교환기와 실내공조용 가열코어를 연결하는 실내가열라인의 냉각수를 유동시키는 제1펌프;
    냉매라인의 증발기와 열교환되는 제2열교환기와 실내공조용 냉각코어를 연결하는 실내냉각라인의 냉각수를 유동시키는 제2펌프;
    고전압배터리코어와 제3라디에이터를 연결하는 배터리라인의 냉각수를 유동시키는 제4펌프;
    제1열교환기와 제2라디에이터를 연결하는 제2라디에이터라인, 실내가열라인 및 배터리라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제1밸브; 및
    실내냉각라인 및 배터리라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제2밸브;를 포함하는 차량의 통합 열관리 모듈.
  19. 청구항 18에 있어서,
    실내가열라인에서 분기되어 배터리라인에 연결된 배터리가열라인과 실내가열라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제4밸브;
    실내냉각라인에서 분기되어 배터리라인에 연결된 배터리냉각라인과 실내냉각라인 사이에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제5밸브; 및
    배터리라인, 배터리가열라인 및 배터리냉각라인과 동시에 연결되어 냉각수의 유동 방향을 전환하는 제7밸브;를 더 포함하는 차량의 통합 열관리 모듈.
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