KR101367212B1 - Electric vehicle hvac and battery temperature management system using the self heating plate heat exchanger and its operating method - Google Patents
Electric vehicle hvac and battery temperature management system using the self heating plate heat exchanger and its operating method Download PDFInfo
- Publication number
- KR101367212B1 KR101367212B1 KR1020120131782A KR20120131782A KR101367212B1 KR 101367212 B1 KR101367212 B1 KR 101367212B1 KR 1020120131782 A KR1020120131782 A KR 1020120131782A KR 20120131782 A KR20120131782 A KR 20120131782A KR 101367212 B1 KR101367212 B1 KR 101367212B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heat exchanger
- battery
- heat
- heating
- heat medium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 91
- 238000011017 operating method Methods 0.000 title 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 abstract 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- OWZREIFADZCYQD-NSHGMRRFSA-N deltamethrin Chemical compound CC1(C)[C@@H](C=C(Br)Br)[C@H]1C(=O)O[C@H](C#N)C1=CC=CC(OC=2C=CC=CC=2)=C1 OWZREIFADZCYQD-NSHGMRRFSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
- F25B41/40—Fluid line arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D9/0062—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
-
- 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
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
- B60L2240/545—Temperature
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
- B60Y2200/00—Type of vehicle
- B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
- B60Y2200/91—Electric vehicles
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
Abstract
자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템은, 자체 발열 가능하며 열매체(냉각수)와 냉매가 서로 다른 경로로 도입되고 열교환되는 판형 열교환기와, 열매체를 이용해 배터리를 예열 또는 냉각시키는 배터리 열교환기를 포함하고, 판형 열교환기는 별도의 냉매 순환라인을 통해 콘덴서(응축기)에 병렬로 연결되는 동시에, 워터펌프가 설치된 열매체 순환라인을 통해 상기 배터리 열교환기와 상호 연결되어 열매체가 순환될 수 있으며, 열매체 순환라인은 증발기가 내설된 인테이크 덕트 내부를 경유하되, 인테이크 덕트 내부를 경유하는 열매체 순환라인에는 히터 코어와 제1 보조 열교환기가 설치되고, 배터리 열교환기 입구와 출구 측 열매체 순환라인을 연결하는 분기라인에는 증발기를 흘러나온 냉매를 이용해 열매체(냉각수)를 냉각시키는 제2 보조 열교환기가 마련되는 것을 구성의 요지로 한다.Disclosed is an electric vehicle air conditioning and battery temperature management system using a self-heating plate heat exchanger. The air conditioning and battery temperature management system according to an aspect of the present invention, a plate heat exchanger capable of self-heating and the heat medium (cooling water) and the refrigerant is introduced and heat exchanged in different paths, and a battery heat exchanger for preheating or cooling the battery using the heat medium It includes, plate heat exchanger is connected in parallel to the condenser (condenser) through a separate refrigerant circulation line, and at the same time interconnected with the battery heat exchanger through the heat medium circulation line water pump is installed, the heat medium can be circulated, heat medium circulation line The silver evaporator passes through the inside of the intake duct, and the heater core and the first auxiliary heat exchanger are installed in the heat medium circulation line through the inside of the intake duct. Cool the heat medium (cooling water) by using the refrigerant It is a summary of the structure that a 2nd auxiliary heat exchanger to be angled is provided.
Description
본 발명은 전기차 실내 냉난방 및 배터리 온도관리를 위한 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 에너지의 보다 효율적 활용의 도모를 위해 실내 냉난방과 배터리의 온도관리를 동시에 행할 수 있도록 시스템을 구성한 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템 그리고 그 운용방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a system for electric vehicle indoor heating and cooling and battery temperature management, and more specifically, a self-heating plate type heat exchanger having a system configured to simultaneously perform indoor air conditioning and battery temperature management for more efficient use of energy. The present invention relates to an electric vehicle air conditioning and battery temperature management system used and a method of operating the same.
최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 사회적 이슈로 대두되고 있는 것이 전기 자동차이다. 전기 자동차는 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 출력하는 모터를 이용하여 작동하고, 따라서 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 아주 작으며, 모터의 에너지효율은 엔진의 에너지효율보다 높은 장점이 있어 친환경 자동차로 각광받고 있다.Recently, electric vehicles are becoming a social issue to solve problems such as the implementation of environmentally friendly technologies and energy depletion. An electric vehicle operates using a motor that receives electricity from a battery and outputs power, so there is no emission of carbon dioxide, noise is very small, and the energy efficiency of the motor is higher than the energy efficiency of the engine. Be in the spotlight.
이런 전기 자동차를 구현함에 있어 핵심이 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 어렵다.The key to implementing such an electric vehicle is the technology related to the battery module, and researches on the light weight, miniaturization and short charging time of the battery have been actively conducted recently. The battery module can maintain optimal performance and long service life when used in an optimal temperature environment. However, it is difficult to use in the optimum temperature environment due to the heat generated during driving and the temperature change of the outside.
배터리 모듈의 최적의 온도환경 유지를 위해 종래에는, 배터리 모듈 온도조절을 위한 냉난방 시스템을 차량 실내 공조를 위한 냉난방 시스템과는 별도로 운용하는 기술을 채택하고 있다. 즉, 독립된 2개의 냉난방 시스템을 구축하여 하나는 실내 냉난방에 사용하고, 다른 하나는 배터리 모듈 온도조절을 위한 용도로 활용하고 있는 것이다.In order to maintain the optimum temperature environment of the battery module, conventionally, the air conditioning system for adjusting the temperature of the battery module is employed separately from the air conditioning system for air conditioning in the vehicle. That is, two independent cooling and heating systems are installed, one is used for indoor cooling and heating, and the other is used for temperature control of a battery module.
이처럼 두 개의 냉난방 시스템을 독립적으로 운영하는 것은 배터리 모듈이 최적의 성능 발휘를 위한 온도환경을 용이하게 구현할 수 있다는 측면에서 유리한 이점이 있다. 그러나 차량의 전체적인 전력 소비율이 현저히 커져 전체적으로 에너지 효율이 크게 떨어지고, 이 때문에 1회 충전으로 주행할 수 있는 거리가 크게 줄어드는 단점이 있다.Independently operating two cooling and heating systems is advantageous in that the battery module can easily implement a temperature environment for optimal performance. However, the overall power consumption rate of the vehicle significantly increases, resulting in a significant decrease in energy efficiency as a whole, and thus the distance traveled by one charge is greatly reduced.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 하나의 시스템으로 실내 냉난방과 함께 배터리 온도조절을 동시에 구현할 수 있으며, 따라서 에너지의 보다 효율적 활용을 도모하고 에너지 절감을 구현할 수 있는 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템 그리고 그 운용방법을 제공하고자 하는 것이다.
The problem to be solved by the present invention, can be implemented at the same time the room temperature control and battery temperature control in one system, and thus electric vehicle air conditioning using a self-heating plate heat exchanger that can achieve more efficient use of energy and implement energy savings And to provide a battery temperature management system and its operation method.
과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리를 냉각시키거나 예열시키기 위한 전기자동차용 배터리 온도관리 시스템에 있어서, 냉방을 위한 주요기기(압축기, 콘덴서, 팽창밸브, 증발기)와, 자체 발열 가능하며 열매체(냉각수)와 냉매가 서로 다른 경로로 도입되고 열교환되는 판형 열교환기와, 열매체를 이용해 배터리를 예열 또는 냉각시키는 배터리 열교환기를 포함하고, 상기 판형 열교환기는 별도의 냉매 순환라인을 통해 상기 콘덴서(응축기)에 병렬로 연결되는 동시에, 워터펌프가 설치된 열매체 순환라인을 통해 상기 배터리 열교환기와 상호 연결되어 열매체가 순환될 수 있으며, 상기 열매체 순환라인은 증발기가 내설된 인테이크 덕트 내부를 경유하며, 인테이크 덕트 내부를 경유하는 열매체 순환라인에는 히터 코어와 제1 보조 열교환기가 설치되고, 상기 증발기 출구 측 냉매 순환라인과 배터리 열교환기 입구와 출구 측 열매체 순환라인을 연결하는 분기라인이 동시에 연결될 수 있는 위치에 제2 보조 열교환기가 구비되는 것을 특징으로 하는 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention as a means for solving the problem, in the battery temperature management system for an electric vehicle for cooling or preheating the battery, the main equipment for the cooling (compressor, condenser, expansion valve, evaporator), and A plate heat exchanger capable of generating heat and having a heat medium (cooling water) and a refrigerant introduced and heat exchanged in different paths, and a battery heat exchanger for preheating or cooling a battery using a heat medium, and the plate heat exchanger includes a condenser through a separate refrigerant circulation line. In parallel with the condenser, the heat medium may be interconnected with the battery heat exchanger through a heat medium circulation line provided with a water pump, and the heat medium may be circulated through the inside of the intake duct in which the evaporator is installed. The heater core and the heating medium circulation line passing through the duct A secondary heat exchanger is installed, and a second secondary heat exchanger is provided at a position where the evaporator outlet side refrigerant circulation line and the branch line connecting the battery heat exchanger inlet and the outlet heat medium circulation line can be connected at the same time. Provides electric vehicle air conditioning and battery temperature management system using functional plate heat exchanger.
본 실시예에서 상기 판형 열교환기는, 열매체관과 냉매관이 교번 적층된 구성의 두 판상의 열교환체 사이로 판상의 열선히터가 개재된 구성일 수 있다.In the present embodiment, the plate heat exchanger may be a configuration in which a plate-shaped hot wire heater is interposed between two plate heat exchangers in which a heat medium tube and a refrigerant tube are alternately stacked.
또한, 상기 보조 열교환기는 덕트 내 흡기 이동방향을 기준으로 냉매가 순환하고 흡기와 열교환하는 상기 증발기 전방을 경유하는 열매체 순환라인에 연결되고, 상기 히트 코어는 상기 증발기 후방의 공조된 공기가 토출되는 토출댐퍼 측에 근접해서 경유하는 열매체 순환라인에 연결될 수 있다.In addition, the auxiliary heat exchanger is connected to a heat medium circulation line through the front of the evaporator that the refrigerant circulates based on the direction of the intake air in the duct and exchanges heat with the intake, and the heat core is discharged to discharge air-conditioned air behind the evaporator. It can be connected to the heat medium circulation line passing through close to the damper side.
그리고, 본 실시예에 적용된 상기 제2 보조 열교환기는, 열매체관 안에 소구경의 냉매관을 삽입하고, 열매체관 내경면에 일정 간격으로 형성한 격벽에 의해 상기 냉매관 바깥쪽에 여러 개의 열매체 이동채널을 형성한 구성으로 이루어져, 상기 냉매관의 안쪽과 바깥쪽의 이동채널에 온도가 서로 다른 냉매와 열매체를 흘려 보내 열교환이 이루어질 수 있도록 한 구성일 수 있다.In addition, the second auxiliary heat exchanger according to the present embodiment inserts a small diameter refrigerant tube into the heat medium tube and forms a plurality of heat medium moving channels outside the refrigerant tube by partition walls formed at regular intervals on the inner diameter surface of the heat medium tube. Consists of the formed configuration, it may be a configuration that the heat exchange is made by flowing the refrigerant and the heat medium having a different temperature to the moving channel inside and outside the refrigerant pipe.
또한, 상기 배터리 열교환기는, 나란히 인접 배치된 복수의 배터리 셀 상면에 접촉하는 열매체관과, 상기 복수의 배터리 셀 하면과 접촉하는 하부 열매체관을 포함하고, 열매체가 상부 열매체관으로 들어가서 배터리 사이를 지나 하부 열매체관으로 빠져나올 수 있도록 된 구성일 수 있다.In addition, the battery heat exchanger includes a heat medium tube in contact with the upper surface of the plurality of battery cells arranged adjacent to each other and a lower heat medium tube in contact with the lower surface of the plurality of battery cells, the heat medium enters the upper heat medium tube to pass between the batteries It may be configured to escape to the lower heat pipe.
과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention as a means for solving the problems,
ⅰ) 냉방 시스템(압축기-콘덴서-팽창밸브-증발기) 가동 시 증발기에서 흘러 나온 냉매를 이용하여 제2 보조 열교환기를 흐르는 열매체를 냉각시키고, 워터펌프를 이용하여 상기 제2 보조 열교환기와 배터리 열교환기를 포함하는 제1 열매체 순환경로로 냉각된 열매체를 순환시켜 배터리를 냉각시키는 하절기 모드;Iii) Cooling the heating medium flowing through the second auxiliary heat exchanger by using the refrigerant from the evaporator when operating the cooling system (compressor-condenser-expansion valve-evaporator) and using the water pump to include the second auxiliary heat exchanger and the battery heat exchanger. A summer mode for circulating the heat medium cooled by the first heat medium circulation path to cool the battery;
ⅱ) 판형 열교환기의 열선히터를 동작시켜 열매체를 가열하고, 워터펌프를 이용하여 상기 판형 열교환기와 배터리 열교환기를 포함하는 제2 열매체 순환경로로 가열된 열매체를 순환시켜 배터리를 예열시키는 동절기모드; 로 구분하여 운용하는 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템을 제공한다. Ii) a winter mode for operating the hot wire heater of the plate heat exchanger to heat the heat medium, and preheating the battery by circulating the heat medium heated by the second heat medium circulation path including the plate heat exchanger and the battery heat exchanger using a water pump; It provides electric vehicle air-conditioning and battery temperature management system using self-heating plate type heat exchanger operating separately.
이때, 상기 동절기 모드는, 판형 열교환기의 열선히터를 동작시켜 열매체를 가열하고 가열된 열매체를 이용하여 배터리를 빠르게 예열시키는 시동초기 모드; 및 시동초기 모드를 통해 배터리 온도가 설정된 정상범위에 도달하면, 열선히터 동작을 오프(OFF)시키고 압축기-판형 열교환기-팽창밸브-증발기로 이루어진 히트펌프 시스템을 가동시켜, 판형 열교환기에서의 냉매 응축열을 이용해 열매체를 가열하고, 가열된 열매체를 히터 코어로 순환시켜 차량 실내 난방을 하는 동시에 증발기 전방의 제1 보조 열교환기를 통하게 하여 흡기에 대한 보조 난방이 행해지도록 하며, 제1 보조 열교환기 밖으로 빠져 나온 열매체를 이용하여 배터리 온도를 유지 및 관리하는 난방 모드;로 구별될 수 있다.
At this time, the winter mode, the start-up mode for heating the heating medium by operating the heating heater of the plate heat exchanger and preheating the battery quickly using the heated heating medium; And when the battery temperature reaches the set normal range through the start-up mode, the heat heater operation is turned off and the heat pump system consisting of the compressor-plate heat exchanger-expansion valve-evaporator is operated to cool the refrigerant in the plate heat exchanger. The heating medium is heated using the condensation heat, and the heated heating medium is circulated to the heater core to perform the heating in the vehicle while passing through the first auxiliary heat exchanger in front of the evaporator so that auxiliary heating to the intake air is performed. Heating mode, which maintains and manages battery temperature using the resulting heating medium.
본 발명의 실시예에 따르면, 여름철에는 차량 냉방과 함께 냉방 후 남는 에너지를 활용하여 열매체를 냉각시켜 배터리 냉각을 구현하고, 겨울철에는 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한히트펌프식 난방시스템 운용을 통해 열매체를 가열하여 난방과 함께 배터리 예열을 구현하는 것과 같이 시스템 하나로 실내 냉난방과 함께 배터리의 온도를 동시에 관리할 수 있다는 이점이 있다.According to an embodiment of the present invention, in the summer, the cooling medium is utilized to cool the heating medium by utilizing the energy remaining after cooling and the vehicle, and in the winter, the heating medium is operated through a heat pump type heating system using a self-heating plate heat exchanger. Like heating and heating the battery to preheat, the system has the advantage of being able to manage the temperature of the battery simultaneously with room cooling and heating.
또한, 제2 보조 열교환 또는 제1 보조 열교환기를 이용하여 실내 냉방 또는 난방 후 남아 있는 에너지를 회수하고, 이를 배터리 온도조절 및 차량 난방에 사용함으로써, 에너지의 절감과 에너지 효율의 큰 향상을 기대할 수 있다. 결과적으로, 1회 충전으로 긴 주행이 가능한 전기 자동차를 구현함에 있어 유리한 효과가 있다.
In addition, by using the second auxiliary heat exchanger or the first auxiliary heat exchanger to recover the energy remaining after indoor cooling or heating, and using it for battery temperature control and vehicle heating, it is possible to expect a significant reduction in energy and energy efficiency. . As a result, there is an advantageous effect in implementing an electric vehicle that can run long with a single charge.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템의 시스템 구성도.
도 2는 본 발명의 시스템에 적용된 판형 열교환기의 개략 측면도 및 단면도.
도 3은 본 발명의 시스템에 적용된 제2 보조 열교환기의 사시도.
도 4는 하절기 모드에서 냉방 및 배터리 온도관리를 위한 시스템 작동상태도.
도 5는 도 4에 나타난 시스템 작동상태를 개략적으로 도시한 블록도.
도 6은 동절기 모드에서 난방 및 배터리 온도관리를 위한 시스템 작동상태도.
도 7은 도 6에 나타난 시스템 작동상태를 개략적으로 도시한 블록도.1 is a system configuration diagram of an electric vehicle heating and battery temperature management system using a self-heating plate heat exchanger according to an aspect of the present invention.
2 is a schematic side and cross-sectional view of a plate heat exchanger applied to the system of the present invention.
3 is a perspective view of a second auxiliary heat exchanger applied to the system of the present invention.
Figure 4 is a system operating state for cooling and battery temperature management in summer mode.
5 is a block diagram schematically illustrating the system operating state shown in FIG.
6 is a system operation state for heating and battery temperature management in winter mode.
FIG. 7 is a block diagram schematically showing the system operating state shown in FIG. 6; FIG.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the present invention, a detailed description of known configurations will be omitted, and a detailed description of configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.
본 발명과 관련한 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템은, 여름철 냉매를 이용하여 차량 냉방 구현하는 동시에 배터리를 최적의 성능을 발휘할 수 있는 온도로 냉각시키고, 겨울철 배터리 정상작동을 위한 배터리 예열에 차량 난방용 에너지(가열된 열매체)를 이용할 수 있도록 시스템을 구성하고 있다.Electric vehicle air conditioning and battery temperature management system using a self-heating plate heat exchanger in accordance with the present invention, while realizing vehicle cooling by using a summer coolant, while cooling the battery to a temperature that can exhibit optimal performance, for winter battery normal operation The system is configured to use the vehicle heating energy (heated heating medium) for battery preheating.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템의 시스템 구성도를 나타내고 있다. 이를 참조하여 일 측면에 따른 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템의 전체적인 구성에 대해 먼저 살펴보기로 한다.1 is a system configuration diagram of an electric vehicle cooling and battery temperature management system using a self-heating plate heat exchanger according to an aspect of the present invention. With reference to this, the overall configuration of the electric vehicle air conditioning and battery temperature management system according to one aspect will be described first.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 시스템은, 냉방 구현을 위한 주요기기(압축기, 콘덴서, 팽창밸브, 증발기(24))를 포함한다. 여기에 자체 발열 가능하고 두 유체 간에 열을 주고받을 수 있도록 된 판형 열교환기(10)를 포함하며, 열교환된 열매체(냉각수)를 이용해 배터리 모듈(17, 이하, '배터리'라 약칭 함)을 예열 또는 냉각시키는 배터리 열교환기(16)를 포함한다. Referring to Figure 1, the system according to the present invention includes a main device (compressor, condenser, expansion valve, evaporator 24) for the cooling implementation. It includes a
판형 열교환기(10)는 별도의 냉매 순환라인(R2)을 통해 콘덴서(응축기, 20)에 병렬로 연결되며, 동시에 워터펌프(19)가 설치된 열매체 순환라인(L1)을 통해 상기 배터리 열교환기(16)와 상호 연결되어, 열매체 순환라인(L1)을 흐르는 열매체는 상기 판형 열교환기(10)와 배터리 열교환기(16)를 포함하여 열매체 순환라인(L1)이 형성하는 순환경로를 따라 순환될 수 있다.The
상기 판형 열교환기(10)는 자체 발열 가능하며 서로 다른 경로 도입된 열매체(냉각수)와 냉매가 상호 열을 교환할 수 있도록, 도 2의 (a)와 (b)를 통해 도시한 개략 측면도 및 단면도와 같이, 열매체관(102)과 냉매관(104)이 교번 적층된 구성의 두 판상의 열교환체(106) 사이로 판상의 열선히터(108)를 개재시킨 구성이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.The
판상의 열선히터(108)는 동절기 난방가동 시 배터리(17) 전기에 의해 발열되어 상기 워터펌프(19)가 강제 순환시키는 열매체를 설정온도로 가열하며, 이를 통해 가열된 열매체는 열매체 순환라인(L1)을 통해 공조기를 구성하는 인테이크 덕트(30)에 제공되어 난방용을 활용되고 이후 상기 배터리 열교환기(16)에 배터리(17) 예열용으로 공급된다.The plate-
판상의 열선히터(108)로는 온도상승이 빠르고 소비전력이 낮은 티탄산바륨계(系) PTC(Positive Temperature Coefficient) 발열체가 적용된 PTC 히터가 바람직하며, 운전자 조작으로 차량 ECU가 인식한 조작 값 또는 오토모드인 경우 외기온도검출센서(AMB SENSOR)를 통해 획득된 외기온도 검출 결과에 기반한 상기 ECU 제어에 따라 발열량이 조절될 수 있다.The plate-
배터리 열교환기(16)는 배터리(17) 표면에 접촉하고 열매체가 순환할 수 있는 순환경로를 내부에 구비하는 공지된 여러 형태의 열교환기 구성일 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리(17) 셀 상면과 하면에 각각 접촉하는 상부와 하부 열매체관(160)(162)을 포함하며, 상부 열매체관(160)으로 흘러 들어온 열매체가 배터리(17) 사이를 지나 하부 열매체관(162)을 통해 흘러 나오는 구성일 수 있다.The
열매체는 상기 판형 열교환기(10)와 배터리 열교환기(16) 사이를 순환식으로 연결하는 열매체 순환라인(L1)을 흐르면서 실내 난방 및 배터리(17) 예열 또는 냉각을 위해 기능하며, 열매체 흐름 경로를 형성하는 상기 열매체 순환라인(L1)은 상기 판형 열교환기(10)에서 시작해 증발기(24)가 내설된 인테이크 덕트(30) 내부를 경유하고 배터리 열교환기(16) 거쳐 다시 판형 열교환기(10)로 이어진다.The heating medium flows through the heating medium circulation line (L1) circulating between the plate heat exchanger (10) and the battery heat exchanger (16) and functions for indoor heating and preheating or cooling of the battery (17). The heat medium circulation line L1 to be formed starts from the
인테이크 덕트(30) 내부를 경유하는 열매체 순환라인(L1)은 구체적으로, 인테이크 덕트(30) 내 흡기 이동방향을 기준으로 냉매가 순환하고 흡기와 열교환하는 상기 증발기(24)의 후방과 전방을 차례로 경유하도록 구성되며, 증발기(24) 후방과 전방을 경유하는 열매체 순환라인(L1) 각각에는, 난방을 위한 히트 코어 (heater core, 12)와 제1 보조 열교환기(1st Sub heat exchange, 14)가 설치된다.Specifically, the heat medium circulation line L1 passing through the inside of the
히트 코어(heater core, 12)는 후방의 공조된 공기가 토출되는 토출댐퍼 측에 근접 설치될 수 있으며, 겨울철 난방 가동 시 상기 히트 코어(12) 내부를 상기 판형 열교환기(10)에 의해 지정된 온도 가열된 열매체가 순환하면서 블로워(32)를 통해 인테이크 덕트(30) 내부로 강제 도입되는 흡기(외기 또는 내기)와 열교환 한다.The
제1 보조 열교환기(1st Sub heat exchange, 14)에 의해서는, 상기 히트 코어(12)를 통해 열교환하고 남는 열에너지를 활용하여 흡기를 1차적으로 예열 시키는 작업이 수행된다. 즉, 상기 히트 코어(12)를 통해 흡기를 본격적으로 가열시키기 전 상기 제1 보조 열교환기(14)를 통해 그 흡기에 대한 1차 예열이 행해진다.By the first auxiliary heat exchanger (1 st Sub heat exchange, 14) is, by utilizing the thermal energy exchanger and the remaining through the
한편, 본 발명에 따른 시스템에서, 상기 배터리 열교환기(16) 입구와 출구 측 열매체 순환라인(L1)을 분기라인(L2)이 가로질러 상호 연결하며, 상기 분기라인(L2)에는 여름철 냉방 가동 시 냉매를 이용하여 열매체(냉각수)를 냉각시키고 이를 배터리(17) 냉각용으로 활용할 수 있도록 제2 보조 열교환기(2nd Sub heat exchange, 15)가 마련된다.On the other hand, in the system according to the present invention, the
제2 보조 열교환기(2nd Sub heat exchange, 15)는 기능상 냉매와 열매체가 상호 열교환 가능하게 접촉할 수 있도록 매개체로서 기능하며, 증발과정 이후 남는 냉매의 증발열을 이용하여 열매체(냉각수)의 온도를 낮출 수 있도록, 냉매 흐름방향을 기준으로 증발기(24) 출구 측 냉매 순환라인(R1)과 상기 분기라인(L2)이 동시에 연결될 수 있는 위치에 설치된다. A second auxiliary heat exchanger (2 nd Sub heat exchange, 15) functions as a mediator to allow the functional refrigerant and the heating medium in contact to enable mutual exchange by using the heat of vaporization of the refrigerant remaining after the evaporation process, the temperature of the heat medium (cooling water) In order to be lowered, the refrigerant circulation line R1 and the branch line L2 at the outlet of the
제2 보조 열교환기(15)는 바람직하게 도 3과 같이, 열매체관(150) 안에 소구경의 냉매관(152)이 삽입되고, 열매체관(150) 내경면에 일정 간격으로 형성한 격벽(154)에 의해 상기 냉매관(152) 바깥쪽에 여러 개의 열매체 이동채널(156)이 형성된 구성으로 이루어져, 상기 냉매관(152)의 안쪽과 바깥쪽의 이동채널(156)에 온도가 서로 다른 냉매와 열매체를 흘려 열교환이 행해질 수 있도록 된 구성일 수 있다.In the second
도 1에서 도면부호 28과 18은 각각, 냉매 순환라인(R1)과 열매체 순환라인(L1)의 분기지점에 설치되어 유체를 흐름 방향을 단속하는 제1, 제2 3-WAY 밸브로서, 제1 3-WAY 밸브(28)는 콘덴서(20)와 판형 열교환기(10) 측으로 냉매라인이 분기되는 지점에 설치되고, 제2 3-WAY 밸브(18)는 배터리 열교환기(16) 입구 측 열매체 순환라인(L1)과 분기라인(L2)이 분기되는 지점에 설치된다.In FIG. 1,
본 발명에서 상기 제1 3-WAY 밸브(28)는, 냉방가동 시 압축기에 의해 압축된 냉매가 콘덴서(응축기, 20)로 흘러 들어 갈 수 있도록 유로를 개방하며, 난방이 가동될 때에는 콘덴서(20) 측 유로는 닫고 판형 열교환기(10) 방향 유로를 개방시켜, 상기 압축기를 통해 압축된 냉매가 판형 열교환기(10) 측으로 순환할 수 있도록 유로를 단속한다.In the present invention, the first 3-
그리고 상기 제2 3-WAY 밸브(18)는, 냉방가동 시 제2 보조 열교환기(15)에서 열교환된 열매체가 배터리 열교환기(16)를 흘러 다시 제2 보조 열교환기(15)로 복귀하는 짧은 경로를 따라 순환할 수 있도록 유로를 단속하고, 난방이 가동될 때에는 제2 보조 열교환기(15) 방향 유로는 닫고 열매체 순환라인(L1)이 형성하는 큰 순환경로를 통해 열매체가 순환할 수 있도록 유로를 단속한다. In addition, the second 3-
도면상 미설명 부호 26은 차량 냉방시스템을 구현하는 필수구성인 압축기이고, 20은 콘덴서(응축기)를 가리키며, 22는 팽창밸브(TXV, Thermal expansion valve)를 가리킨다.
In the drawing,
상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 일 측면에 따른 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템에 의해 수행되는 차량 냉난방 및 배터리 온도관리를 위한 시스템 작동에 대해 본 발명의 다른 측면에 따른 시스템 운영과 연계하여 살펴보기로 한다.With reference to the system operation according to another aspect of the present invention for the operation of the system for vehicle air conditioning and battery temperature management performed by the electric vehicle air conditioning and battery temperature management system according to one aspect of the present invention made of the above configuration do.
본 발명의 실시예에 따른 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템에 의해 행해지는 냉난방 및 배터리 온도관리를 위한 시스템 운영은 크게, 여름철 냉방 가동과 함께 최적의 성능을 발휘할 수 있는 온도로 배터리를 냉각시키는 하절기 모드와, 겨울철 난방 가동과 함께 최적의 성능을 발휘할 수 있는 온도로 배터리(17)를 예열시키는 동절기 모드로 구분될 수 있다. The system operation for air conditioning and battery temperature management performed by the electric vehicle air conditioning and battery temperature management system according to an embodiment of the present invention is largely a summer mode in which the battery is cooled to a temperature at which the optimal performance can be achieved with the cooling operation in summer. And, it can be divided into the winter mode for preheating the
도 4는 하절기 모드에서 시스템의 작동을 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4에 나타난 시스템 작동상태를 개략적으로 도시한 블록도이다. 이를 참조하여 먼저, 여름철 차량 냉방 및 배터리 냉각을 위한 시스템 운영 즉, 하절기 모드에서의 시스템 작동에 대해 살펴보기로 한다.4 is a view showing the operation of the system in the summer mode, Figure 5 is a block diagram schematically showing the system operating state shown in FIG. First, a system operation for cooling a vehicle in summer and cooling a battery, that is, a system operation in a summer mode will be described.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 배터리(17) 온도가 최적의 성능을 발휘할 수 있는 정상온도 보다 높은 하절기 실내 냉방을 위해 냉방 시스템을 가동시키면, 제1 3-WAY 밸브(28)의 유로 단속으로 냉매는 통상의 냉방 사이클(압축-응축-팽창-증발)을 따르도록 흐르며, 제2 3-WAY 밸브(18)의 유로 단속으로 열매체는 제2 보조 열교환기(15)와 배터리 열교환기(16) 사이를 순환한다.4 to 5, when the cooling system is operated to cool the room indoors in the summer when the temperature of the
또한, 블로워(32)가 구동하여 흡기(내기 또는 외기)를 인테이크 덕트(30) 내로 도입시켜 실내로 강제 송출한다. 이 과정에서 흡기는 증발기(24)를 경유하는 냉매의 증발로서 차갑게 냉각되고 실내로 송출됨으로써 냉방을 구현하고, 증발기(24)에서 흘러 나온 냉매는 제2 보조 열교환기(15)를 흐르면서 열매체와 다시 한번 열교환하여 열매체를 냉각시킨다.In addition, the
제2 보조 열교환기(15)에서 냉매와 열교환을 통해 냉각된 열매체는 워터펌프(19)의 작동으로 상기 제2 보조 열교환기(15)에서 배터리 열교환기(16) 측으로 보내지고, 배터리 열교환기(16)를 경유하면서 여름철 정상범위 이상으로 가열된 배터리(17)와 열교환하여 최적의 성능을 발휘할 수 있는 정상온도의 범위로 배터리(17)를 냉각시키게 된다.The heat medium cooled by heat exchange with the refrigerant in the second auxiliary heat exchanger (15) is sent from the second auxiliary heat exchanger (15) to the battery heat exchanger (16) by the operation of the water pump (19). The
도 6과 도 7은 겨울철 난방 및 배터리 온도관리를 위한 시스템 운영 즉, 동절기 모드에서의 시스템 동작을 나타내고 있다.6 and 7 illustrate a system operation for winter heating and battery temperature management, that is, a system operation in a winter mode.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 동절기 배터리 온도가 정상온도 보다 낮은 상태에서 시동을 걸고 난방 시스템을 가동하면, 시동 초기 BMS(배터리 관리시스템) 등에 의해 획득되는 배터리 온도 검출 결과에 기반하여 ECU가 판형 열교환기(10)에 작동신호를 전달하고, ECU에서 전달된 명령 값으로 판형 열교환기(10)의 열선히터(108)가 빠르게 발열한다. Referring to FIGS. 6 to 7, when the battery is started in a state where the battery temperature is lower than the normal temperature and the heating system is started, the ECU is based on the battery temperature detection result obtained by the initial start-up BMS (battery management system) or the like. The operating signal is transmitted to the
이와 같은 동절기 모드에서는 전술한 하절기 모드와는 다르게, 제1 3-WAY 밸브(28)는 냉매가 상기 판형 열교환기(10)를 경유하여 순환할 수 있도록 유로를 단속하고, 제2 3-WAY 밸브(18)는 제2 열교환기 방향 유로는 닫고 열매체 순환라인(L1)이 형성하는 큰 순환경로를 통해 열매체가 순환할 수 있도록 유로를 단속한다. Unlike the summer mode described above, in the winter mode, the first 3-
따라서, 위와 같이 열선히터(108) 동작으로 판형 열교환기(10)를 순환하면서 빠르게 가열된 열매체는, 워터펌프(19) 작동으로 히트 코어(12)와 제1 보조 열교환기(14)를 차례로 지나 배터리 열교환기(16)로 흘러 들어가며, 배터리 열교환기(16)를 경유하면서 정상범위 이하로 냉각된 배터리(17)와 열교환하여 정상온도의 범위까지 배터리(17)를 예열시키게 된다.Therefore, the heat medium rapidly heated while circulating the
시동 초기 상기와 같은 빠른 배터리(17) 예열로 배터리(17)의 온도가 정상범위에 도달한 후에는, 열선히터(108) 동작이 오프(OFF)되고 압축기-판형 열교환기(10)-팽창밸브-증발기(24)로 이루어진 히트펌프 시스템이 가동하여, 판형 열교환기(10)에서의 냉매 응축열로 열매체가 가열되고, 가열된 열매체가 히트 코어(12)를 순환함으로써 난방이 이루어진다.After the initial temperature of the
그리고 히트 코어(12)를 흐르면서 흡기와 예열시킨 후 남는 열에너지는, 인테이크 덕트(30) 내 증발기(24) 전방으로 배치되는 제1 보조 열교환기(14)를 흐르면서 흡기(내기 또는 외기)를 1차로 예열하는 데에 쓰이게 되고, 제1 보조 열교환기(14) 밖으로 빠져 나온 열매체를 이용하여 배터리(17) 온도를 유지하고 관리하게 되는 것이다.The heat energy remaining after the preheating with the intake air while flowing the
즉, 히트 코어(12)를 흐르는 뜨거운 열매체를 활용하여 난방용 공기를 생성하고 실내로 강제 도입시킴에 있어, 상기 제1 보조 열교환기(14)를 경유하는 잉여 열에너지를 통해 흡기(내기 또는 외기)에 대한 보조난방이 이루어지고, 이후 남는 에너지를 활용하여 배터리(17)의 온도를 유지 및 관리하므로, 전체 시스템으로 봤을 때 에너지 효율을 크게 증가시킬 수 있다.That is, in generating the air for heating by using the hot heat medium flowing through the
이상의 본 발명의 실시예에 따르면, 여름철에는 차량 냉방과 함께 냉방 후 남는 에너지를 활용하여 열매체를 냉각시켜 배터리 냉각을 구현하고, 겨울철에는 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한히트펌프식 난방시스템 운용을 통해 열매체를 가열하여 난방과 함께 배터리 예열을 구현하는 것과 같이 시스템 하나로 실내 냉난방과 함께 배터리의 온도를 동시에 관리할 수 있다는 이점이 있다.According to the embodiments of the present invention, in the summer, the vehicle is cooled by utilizing the energy remaining after cooling with the vehicle to realize the battery cooling, and in the winter, heat medium through the heat pump type heating system using a self-heating plate heat exchanger It is possible to simultaneously manage the temperature of the battery together with room cooling and heating, such as heating the battery to realize battery preheating with heating.
또한, 제2 보조 열교환 또는 제1 보조 열교환기를 이용하여 실내 냉방 또는 난방 후 남아 있는 에너지를 회수하고, 이를 배터리 온도조절 및 차량 난방에 사용함으로써, 에너지의 절감과 에너지 효율의 큰 향상을 기대할 수 있다. 결과적으로, 1회 충전으로 긴 주행이 가능한 전기 자동차를 구현함에 있어 유리한 효과가 있다.In addition, by using the second auxiliary heat exchanger or the first auxiliary heat exchanger to recover the energy remaining after indoor cooling or heating, and using it for battery temperature control and vehicle heating, it is possible to expect a significant reduction in energy and energy efficiency. . As a result, there is an advantageous effect in implementing an electric vehicle that can run long with a single charge.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
In the foregoing detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific forms thereof, which are to be considered as being limited to the specific embodiments, but on the contrary, the intention is to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. .
10 : 판형 열교환기 12 : 히트 코어(heater core)
14 : 제1 보조 열교환기(1st sub heat exchange)
15 : 제2 보조 열교환기(2st sub heat exchange)
16 : 배터리 열교환기
17 : 배터리
18, 28 : 제1, 제2 3-WAY 밸브
19 : 워터펌프(water pump)
20 : 콘덴서(condenser, 응축기) 22 : 팽창밸브(TXV)
24 : 증발기(EVAP) 26 : 압축기
30 : 인테이크 덕트 32 : 블로워(blower)
L1, L2 : 열매체 순환라인
R1, R2 : 냉매 순환라인10: plate heat exchanger 12: heater core
14: 1 st sub heat exchanger
15: 2 st sub heat exchanger
16: battery heat exchanger
17: Battery
18, 28: 1st, 2nd 3-WAY valve
19: water pump
20: condenser 22: expansion valve (TXV)
24: Evaporator (EVAP) 26: Compressor
30: intake duct 32: blower
L1, L2: Heat carrier circulation line
R1, R2: Refrigerant circulation line
Claims (7)
냉방을 위한 주요기기(압축기, 콘덴서, 팽창밸브, 증발기), 자체 발열 가능하며 열매체(냉각수)와 냉매가 서로 다른 경로로 도입되고 열교환되는 판형 열교환기, 그리고 열매체를 이용해 배터리를 예열 또는 냉각시키는 배터리 열교환기를 포함하고,
상기 판형 열교환기는 별도의 냉매 순환라인을 통해 상기 콘덴서(응축기)에 병렬로 연결되는 동시에, 워터펌프가 설치된 열매체 순환라인을 통해 상기 배터리 열교환기와 상호 연결되어 열매체가 순환될 수 있으며,
상기 열매체 순환라인은 증발기가 내설된 인테이크 덕트 내부를 경유하며, 인테이크 덕트 내부를 경유하는 열매체 순환라인에는 히터 코어와 제1 보조 열교환기가 설치되고,
상기 증발기 출구 측 냉매 순환라인과 배터리 열교환기 입구와 출구 측 열매체 순환라인을 연결하는 분기라인이 동시에 연결될 수 있는 위치에 제2 보조 열교환기가 구비되는 것을 특징으로 하는 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템.
Battery temperature management system for electric vehicles for cooling or preheating the battery,
Major equipment for cooling (compressors, condensers, expansion valves, evaporators), plate heat exchangers that self-heat, heat medium (cooling water) and refrigerant are introduced and exchanged through different paths, and batteries that preheat or cool the battery using heat medium Includes a heat exchanger,
The plate heat exchanger may be connected in parallel to the condenser (condenser) through a separate refrigerant circulation line, and may be connected to the battery heat exchanger through a heat medium circulation line provided with a water pump, and the heat medium may be circulated.
The heat medium circulation line passes through the inside of the intake duct in which the evaporator is installed, and the heater core and the first auxiliary heat exchanger are installed in the heat medium circulation line through the inside of the intake duct.
Electric vehicle air conditioning using a self-heating plate heat exchanger, characterized in that the second heat exchanger is provided at a position that can be connected to the evaporator outlet side refrigerant circulation line and the branch line connecting the battery heat exchanger inlet and the outlet heat medium circulation line at the same time. And battery temperature management system.
상기 판형 열교환기는,
열매체관과 냉매관이 교번 적층된 구성의 두 판상의 열교환체 사이로 판상의 열선히터가 개재된 구성인 것을 특징으로 하는 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템.
The method of claim 1,
The plate heat exchanger,
An electric vehicle air conditioning and battery temperature management system using a self-heating plate heat exchanger, characterized in that the plate heat exchanger is interposed between the two heat exchangers of the heat medium tube and the refrigerant tube alternately stacked.
상기 제1 보조 열교환기는 덕트 내 흡기 이동방향을 기준으로 냉매가 순환하고 흡기와 열교환하는 상기 증발기 전방을 경유하는 열매체 순환라인에 연결되고,
히터 코어 코어는 상기 증발기 후방의 공조된 공기가 토출되는 토출댐퍼 측에 근접해서 경유하는 열매체 순환라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템.
The method of claim 1,
The first auxiliary heat exchanger is connected to a heat medium circulation line via a front of the evaporator through which the refrigerant circulates and exchanges heat with the intake air based on the direction of intake air in the duct,
The heater core core is an electric vehicle heating and battery temperature management system using a self-heating plate heat exchanger, characterized in that connected to the heat medium circulation line passing through close to the discharge damper side where the air-conditioning air is discharged behind the evaporator.
상기 제2 보조 열교환기는,
열매체관 안에 소구경의 냉매관을 삽입하고, 열매체관 내경면에 일정 간격으로 형성한 격벽에 의해 상기 냉매관 바깥쪽에 여러 개의 열매체 이동채널을 형성한 구성으로 이루어져,
상기 냉매관의 안쪽과 바깥쪽의 이동채널에 온도가 서로 다른 냉매와 열매체를 흘려 보내 열교환 하도록 한 것을 특징으로 하는 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템.
The method of claim 1,
The second auxiliary heat exchanger,
A small diameter refrigerant tube is inserted into the heat medium tube, and a plurality of heat medium moving channels are formed outside the refrigerant pipe by partition walls formed at regular intervals on the inner diameter surface of the heat medium tube.
Electric vehicle cooling and heating and battery temperature management system using a self-heating plate heat exchanger characterized in that the heat exchanger by passing the refrigerant and the heat medium having different temperatures to the inner and outer moving channels of the refrigerant pipe.
상기 배터리 열교환기는,
나란히 인접 배치된 복수의 배터리 셀 상면에 접촉하는 열매체관과,
상기 복수의 배터리 셀 하면과 접촉하는 하부 열매체관을 포함하고,
열매체가 상부 열매체관으로 들어가서 배터리 사이를 지나 하부 열매체관으로 빠져나올 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템.
The method of claim 1,
The battery heat exchanger includes:
A heat medium tube contacting the upper surfaces of the plurality of battery cells arranged adjacent to each other,
A lower heat medium tube in contact with the bottom surfaces of the plurality of battery cells,
Electric vehicle heating and heating and battery temperature management system using a self-heating plate heat exchanger characterized in that the heat medium enters the upper heat medium tube and can pass through the battery and exit the lower heat medium tube.
ⅱ) 판형 열교환기의 열선히터를 동작시켜 열매체를 가열하고, 워터펌프를 이용하여 상기 판형 열교환기와 배터리 열교환기를 포함하는 제2 열매체 순환경로로 가열된 열매체를 순환시켜 배터리를 예열시키는 동절기모드;
로 구분하여 운용하는 판형 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템의 운용방법.
Iii) Cooling the heating medium flowing through the second auxiliary heat exchanger by using the refrigerant from the evaporator when operating the cooling system (compressor-condenser-expansion valve-evaporator) and using the water pump to include the second auxiliary heat exchanger and the battery heat exchanger. A summer mode for circulating the heat medium cooled by the first heat medium circulation path to cool the battery;
Ii) a winter mode for operating the hot wire heater of the plate heat exchanger to heat the heat medium, and preheating the battery by circulating the heat medium heated by the second heat medium circulation path including the plate heat exchanger and the battery heat exchanger using a water pump;
Method of operating electric vehicle air conditioning and battery temperature management system using plate heat exchanger.
상기 동절기 모드는,
판형 열교환기의 열선히터를 동작시켜 열매체를 가열하고 가열된 열매체를 이용하여 배터리를 빠르게 예열시키는 시동초기 모드; 및
시동초기 모드를 통해 배터리 온도가 설정된 정상범위에 도달하면, 열선히터 동작을 오프(OFF)시키고 압축기-판형 열교환기-팽창밸브-증발기로 이루어진 히트펌프 시스템을 가동시켜, 판형 열교환기에서의 냉매 응축열을 이용해 열매체를 가열하고, 가열된 열매체를 히터 코어로 순환시켜 차량 실내 난방을 하는 동시에 증발기 전방의 제1 보조 열교환기를 통하게 하여 흡기에 대한 보조 난방이 행해지도록 하며, 제1 보조 열교환기 밖으로 빠져 나온 열매체를 이용하여 배터리 온도를 유지 및 관리하는 난방 모드;로 구별되는 것을 특징으로 하는 자체 발열 기능 판형 열교환기를 이용한 전기차 냉난방 및 배터리 온도관리 시스템의 운용방법.The method according to claim 6,
In the winter season mode,
An initial startup mode in which a heating medium of the plate heat exchanger is operated to heat the heating medium and quickly preheat the battery using the heated heating medium; And
When the battery temperature reaches the set normal range through the initial start-up mode, the heat heater operation is turned off and the heat pump system consisting of the compressor-plate heat exchanger-expansion valve-evaporator is operated to cool the refrigerant condensation heat in the plate heat exchanger. Heats the heating medium, circulates the heated heating medium to the heater core to heat the vehicle, and at the same time passes through the first auxiliary heat exchanger in front of the evaporator to perform auxiliary heating for the intake air and exits the first auxiliary heat exchanger. Heating mode for maintaining and managing the battery temperature using the heat medium; Electric heating and heating method of the electric vehicle heating and battery using a self-heating plate heat exchanger, characterized in that divided into.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120131782A KR101367212B1 (en) | 2012-11-20 | 2012-11-20 | Electric vehicle hvac and battery temperature management system using the self heating plate heat exchanger and its operating method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120131782A KR101367212B1 (en) | 2012-11-20 | 2012-11-20 | Electric vehicle hvac and battery temperature management system using the self heating plate heat exchanger and its operating method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101367212B1 true KR101367212B1 (en) | 2014-03-14 |
Family
ID=50647098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120131782A Active KR101367212B1 (en) | 2012-11-20 | 2012-11-20 | Electric vehicle hvac and battery temperature management system using the self heating plate heat exchanger and its operating method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101367212B1 (en) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106876823A (en) * | 2017-03-15 | 2017-06-20 | 苏州安靠电源有限公司 | Fountain heats refrigerating integrated safety battery bag |
| CN108215923A (en) * | 2018-02-08 | 2018-06-29 | 中国科学院电工研究所 | A kind of thermal management system of electric automobile |
| WO2018182162A1 (en) * | 2017-03-30 | 2018-10-04 | 삼성에스디아이주식회사 | Battery module |
| CN109383229A (en) * | 2018-12-05 | 2019-02-26 | 南方英特空调有限公司 | Integrated heat management system |
| CN110323512A (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-11 | 上海加冷松芝汽车空调股份有限公司 | Stacked combination exchanger with timesharing cooling and heating function |
| KR20210016128A (en) * | 2019-07-31 | 2021-02-15 | (주)엠피에스코리아 | A Coolong/Heating Structure composed of cylindrical battery Cells |
| IT202000001198A1 (en) * | 2020-01-22 | 2021-07-22 | Iveco France Sas | AIR CONDITIONING SYSTEM FOR ELECTRICAL EQUIPMENT OF A VEHICLE |
| KR20220023465A (en) * | 2020-08-21 | 2022-03-02 | (주)엠피에스코리아 | Battery Module Having Water-Cooled Type Cooling Structure composed of aluminium profile |
| CN114520383A (en) * | 2022-02-22 | 2022-05-20 | 广东海悟科技有限公司 | Immersed liquid cooling system and control method |
| CN115431836A (en) * | 2022-09-27 | 2022-12-06 | 泰铂（上海）环保科技股份有限公司 | Battery cooling heat exchanger for new energy automobile |
| CN116857801A (en) * | 2023-08-15 | 2023-10-10 | 宁波奥克斯电气股份有限公司 | An electric heating tube gear position control method, device and energy storage air conditioner |
| US12199259B1 (en) | 2021-07-14 | 2025-01-14 | Nier Engineering, LLC | Housing as added outer layers with medium circulation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010007279A (en) * | 1999-06-07 | 2001-01-26 | 제네랄 모터즈 코포레이션 | Vehicular air conditioner using heat pump |
| KR20120064226A (en) * | 2010-12-09 | 2012-06-19 | 한라공조주식회사 | Battery heating device of electric vehicle |
| KR20120066340A (en) * | 2010-12-14 | 2012-06-22 | 한라공조주식회사 | Battery pack cooling system with preheating fuction |
| US20120241129A1 (en) | 2009-09-25 | 2012-09-27 | Michael Kohl | System for a motor vehicle for heating and/or cooling a battery and a motor vehicle interior |
-
2012
- 2012-11-20 KR KR1020120131782A patent/KR101367212B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010007279A (en) * | 1999-06-07 | 2001-01-26 | 제네랄 모터즈 코포레이션 | Vehicular air conditioner using heat pump |
| US20120241129A1 (en) | 2009-09-25 | 2012-09-27 | Michael Kohl | System for a motor vehicle for heating and/or cooling a battery and a motor vehicle interior |
| KR20120064226A (en) * | 2010-12-09 | 2012-06-19 | 한라공조주식회사 | Battery heating device of electric vehicle |
| KR20120066340A (en) * | 2010-12-14 | 2012-06-22 | 한라공조주식회사 | Battery pack cooling system with preheating fuction |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106876823A (en) * | 2017-03-15 | 2017-06-20 | 苏州安靠电源有限公司 | Fountain heats refrigerating integrated safety battery bag |
| US11211649B2 (en) | 2017-03-30 | 2021-12-28 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery module |
| WO2018182162A1 (en) * | 2017-03-30 | 2018-10-04 | 삼성에스디아이주식회사 | Battery module |
| KR20180110890A (en) * | 2017-03-30 | 2018-10-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery module |
| KR102399509B1 (en) * | 2017-03-30 | 2022-05-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Battery module |
| CN108215923B (en) * | 2018-02-08 | 2023-11-24 | 中国科学院电工研究所 | An electric vehicle thermal management system |
| CN108215923A (en) * | 2018-02-08 | 2018-06-29 | 中国科学院电工研究所 | A kind of thermal management system of electric automobile |
| CN110323512A (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-11 | 上海加冷松芝汽车空调股份有限公司 | Stacked combination exchanger with timesharing cooling and heating function |
| CN110323512B (en) * | 2018-03-29 | 2024-01-30 | 上海加冷松芝汽车空调股份有限公司 | Stacked combined heat exchanger with time-sharing cooling and heating functions |
| CN109383229A (en) * | 2018-12-05 | 2019-02-26 | 南方英特空调有限公司 | Integrated heat management system |
| CN109383229B (en) * | 2018-12-05 | 2024-06-11 | 南方英特空调有限公司 | Integrated thermal management system |
| KR102371514B1 (en) * | 2019-07-31 | 2022-03-08 | (주)엠피에스코리아 | A Cooling/Heating Structure composed of cylindrical battery Cells |
| KR20210016128A (en) * | 2019-07-31 | 2021-02-15 | (주)엠피에스코리아 | A Coolong/Heating Structure composed of cylindrical battery Cells |
| EP3855552A1 (en) * | 2020-01-22 | 2021-07-28 | Iveco France S.A.S. | Conditioning system for electrical equipment of a vehicle |
| IT202000001198A1 (en) * | 2020-01-22 | 2021-07-22 | Iveco France Sas | AIR CONDITIONING SYSTEM FOR ELECTRICAL EQUIPMENT OF A VEHICLE |
| KR20220023465A (en) * | 2020-08-21 | 2022-03-02 | (주)엠피에스코리아 | Battery Module Having Water-Cooled Type Cooling Structure composed of aluminium profile |
| KR102371850B1 (en) * | 2020-08-21 | 2022-03-08 | (주)엠피에스코리아 | Battery Module Having Water-Cooled Type Cooling Structure composed of aluminium profile |
| US12199259B1 (en) | 2021-07-14 | 2025-01-14 | Nier Engineering, LLC | Housing as added outer layers with medium circulation |
| CN114520383A (en) * | 2022-02-22 | 2022-05-20 | 广东海悟科技有限公司 | Immersed liquid cooling system and control method |
| CN115431836A (en) * | 2022-09-27 | 2022-12-06 | 泰铂（上海）环保科技股份有限公司 | Battery cooling heat exchanger for new energy automobile |
| CN116857801A (en) * | 2023-08-15 | 2023-10-10 | 宁波奥克斯电气股份有限公司 | An electric heating tube gear position control method, device and energy storage air conditioner |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101367212B1 (en) | Electric vehicle hvac and battery temperature management system using the self heating plate heat exchanger and its operating method | |
| US11192425B2 (en) | Integrated thermal management module for vehicle | |
| KR101436960B1 (en) | Electric vehicle battery temperature management system conjunction with the HVAC system and its operating method | |
| US10634402B2 (en) | Heat pump system for vehicle with battery and electronic component cooling | |
| JP7034220B2 (en) | Thermal management system | |
| US11407273B2 (en) | Heat pump system for vehicle | |
| CN112172445B (en) | Vehicle thermal management system | |
| CN112867615B (en) | Thermal Management System | |
| CN109228824B (en) | Integrated battery, motor and electric control integrated heat management system based on heat pump air conditioner and method thereof | |
| CN112124032B (en) | Heat pump system for vehicle | |
| KR101846908B1 (en) | Heat pump system for vehicle | |
| US10406886B2 (en) | Heat management system for vehicle | |
| CN102120412B (en) | For controlling method and the a/c system of elec. vehicle passenger accommodation temperature | |
| KR101283592B1 (en) | Heat pump system for vehicle | |
| CN112888584B (en) | Thermal Management System | |
| US9592717B2 (en) | Heat exchange system | |
| US20120291987A1 (en) | System for a motor vehicle for heating and/or cooling a battery and a vehicle interior | |
| KR102536560B1 (en) | Battery temperature control device for vehicle and air conditioner for vehicle therewith | |
| KR102091809B1 (en) | Heat Pump For a Vehicle | |
| KR102039163B1 (en) | Heat Pump For a Vehicle | |
| KR101731294B1 (en) | Heat pump system for vehicle | |
| KR20120137099A (en) | Air conditioner | |
| KR20120108078A (en) | Heat pump system for vehicle | |
| CN104169112A (en) | Refrigeration cycle device | |
| CN103270377A (en) | Heat exchange system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20121120 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20131206 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20140219 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20140220 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170110 Year of fee payment: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20170110 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171227 Year of fee payment: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20171227 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181220 Year of fee payment: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20181220 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191219 Year of fee payment: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20191219 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20201217 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20231214 Start annual number: 11 End annual number: 11 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20241212 Start annual number: 12 End annual number: 12 |