KR102685305B1 - Integrated heat management system of vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차의 통합 열관리 시스템에 관한 것으로서, 열관리 장치들 간의 연계성 및 부품 공용성을 개선함으로써, 각 열관리 장치들의 성능저하 없이 열교환기 및 PTC 히터의 개수를 줄일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축기로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향을 제어함에 따라 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드로 작동되면서 차실내를 냉,난방하는 공조장치를 포함하는 자동차의 통합 열관리 시스템에 있어서, 공조장치는, 압축기와 실외열교환기와 팽창밸브와 실내열교환기로 구성된 냉매순환라인과; 차실내 난방용 히터코어에 냉각수를 순환시키는 히터코어측 냉각수순환라인과; 냉매순환라인을 순환하는 냉매와, 히터코어측 냉각수순환라인을 순환하는 냉각수를 열교환시키는 칠러를 포함하며; 칠러는, 압축기의 토출 냉매와 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수 또는 실외열교환기의 토출 냉매와 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 선택적으로 열교환시킨다.The present invention relates to an integrated thermal management system for automobiles. The purpose of the present invention is to reduce the number of heat exchangers and PTC heaters without deteriorating the performance of each thermal management device by improving the connectivity and component commonality between thermal management devices.
In order to achieve this purpose, the present invention provides an integrated thermal management system for a vehicle that includes an air conditioning device that cools and heats the interior of the vehicle while operating in an air conditioner mode or heat pump mode by controlling the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor. , the air conditioning device includes a refrigerant circulation line consisting of a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion valve, and an indoor heat exchanger; a heater core side coolant circulation line that circulates coolant in the heater core for heating the interior of the vehicle; It includes a chiller that heat exchanges the refrigerant circulating in the refrigerant circulation line and the coolant circulating in the heater core side coolant circulation line; The chiller selectively exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor and the coolant in the coolant circulation line on the heater core side, or between the refrigerant discharged from the outdoor heat exchanger and the coolant in the coolant circulation line on the heater core side.
Description
본 발명은 자동차의 통합 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열관리 장치들 간의 연계성 및 부품 공용성을 개선함으로써, 각 열관리 장치들의 성능저하 없이 열교환기 및 PTC 히터의 개수를 줄일 수 있고, 이를 통해, 제조원가를 절감함과 동시에 차량의 연비를 개선할 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated thermal management system for automobiles. More specifically, by improving the connectivity and component commonality between thermal management devices, the number of heat exchangers and PTC heaters can be reduced without deteriorating the performance of each thermal management device, and through this, , It is about an integrated thermal management system for automobiles that can reduce manufacturing costs and improve vehicle fuel efficiency at the same time.
친환경 차량의 일례로서, 전기자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차(이하, "자동차"라 통칭함)등이 있다.Examples of eco-friendly vehicles include electric vehicles, hybrid vehicles, and fuel cell vehicles (hereinafter collectively referred to as “vehicles”).
이러한 자동차는, 다양한 열관리 장치들을 갖추고 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 차실내 냉,난방을 위한 공조장치(1), 배터리(B)를 냉각시키기 위한 수냉식 배터리 냉각장치(5), 전장부품모듈(C)을 냉각시키기 위한 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(7) 등이 있다.These vehicles are equipped with various thermal management devices. For example, as shown in Figure 1, an air conditioning device (1) for cooling and heating the vehicle interior, a water-cooled battery cooling device (5) for cooling the battery (B), and an electric component module (C) for cooling. There is a water-cooled electrical component module cooling device (7) for this purpose.
공조장치(1)는, 히트펌프식(Heat Pump Type)으로서, 냉매의 흐름 방향에 따라 "히트펌프 모드" 또는 "에어컨 모드"로 제어되면서 난방용 또는 냉방용으로 사용한다.The
특히, "히트펌프 모드" 시에는, 압축기(1a)와 고압측 실내열교환기(1b)와 제 1팽창밸브(1c)와 실외열교환기(1d)로 연결되는 "히트펌프 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 고압측 실내열교환기(1b)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 통해 차실내를 난방한다.In particular, in the "heat pump mode", a "heat pump cycle" connected to the compressor (1a), the high-pressure side indoor heat exchanger (1b), the first expansion valve (1c), and the outdoor heat exchanger (1d) is formed to heat the refrigerant. circulates, and through this refrigerant circulation, high-temperature “heat” is generated in the high-pressure side interior heat exchanger (1b), and the vehicle interior is heated through the generated “heat.”
그리고, "에어컨 모드" 시에는, 압축기(1a)와 고압측 실내열교환기(1b)와 제 2팽창밸브(1e)와 저압측 실내열교환기(1f)로 연결되는 "에어컨 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 저압측 실내열교환기(1f)에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 통해 차실내를 냉방한다.In addition, in the "air conditioning mode", an "air conditioning cycle" is formed connecting the compressor (1a), the high pressure side indoor heat exchanger (1b), the second expansion valve (1e), and the low pressure side indoor heat exchanger (1f), and the refrigerant circulates, and through this refrigerant circulation, low-temperature “cold air” is generated in the low-pressure side interior heat exchanger (1f), and the vehicle interior is cooled through the generated “cold air.”
배터리 냉각장치(5)는, "냉방모드" 시에는, 공조장치(1)의 냉매를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킨다.The
특히, 바이패스유로(5a)를 통해 공조장치(1)의 냉매를 바이패스하고, 바이패스된 냉매를 팽창밸브(5b)로 팽창,감압시킨 다음, 감압,팽창된 저온의 냉매와 냉각수라인(5c)의 냉각수를 칠러(5d)에서 열교환시켜 냉각수를 냉각시키며, 냉각된 냉각수를 냉각수라인(5c)을 통해 배터리(B)로 순환시킴으로써, 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.In particular, the refrigerant of the air conditioning device (1) is bypassed through the bypass passage (5a), the bypassed refrigerant is expanded and decompressed by the expansion valve (5b), and then the decompressed and expanded low-temperature refrigerant and the coolant line ( The coolant in 5c) is cooled by heat exchange in the
또한, 차실내의 "난방모드" 시에는, 전장부품모듈 냉각장치(7)의 냉각수를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킨다.Additionally, during the “heating mode” inside the vehicle interior, the battery (B) is cooled using the coolant from the electric component module cooling device (7).
특히, 삼방밸브(5e)와 제 1연결라인(5f)을 통해, 전장부품모듈 냉각장치(7)의 냉각수를 도입하고, 도입된 냉각수를 배터리(B)측으로 순환시킨 다음, 순환된 냉각수를 통해 배터리(B)를 냉각시킨다. 이후, 배터리(B)의 냉각을 마친 냉각수를 삼방밸브(5g)와 제 2연결라인(5h)을 통해 전장부품모듈 냉각장치(7)로 리턴시킨다.In particular, the coolant of the electric component module cooling device (7) is introduced through the three-way valve (5e) and the first connection line (5f), the introduced coolant is circulated to the battery (B), and then the coolant is circulated through the circulated coolant. Cool the battery (B). Afterwards, the coolant that has finished cooling the battery (B) is returned to the electric component module cooling device (7) through the three-way valve (5g) and the second connection line (5h).
전장부품모듈 냉각장치(7)는, "냉방모드" 시에는, 삼방밸브(7a)를 제어하여 전장부품모듈(C)측과 라디에이터(7b)측을 연결하고, 이를 통해, 냉각수라인(7c)의 냉각수를 라디에이터(7b)와 전장부품모듈(C) 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.In the “cooling mode,” the electrical component module cooling device (7) controls the three-way valve (7a) to connect the electrical component module (C) side and the radiator (7b) side, and through this, coolant line (7c). The electrical component module (C) is cooled by circulating the coolant between the radiator (7b) and the electrical component module (C).
그리고 차실내의 "난방모드" 시에는, 삼방밸브(7a)를 제어하여 전장부품모듈(C)측과 폐열회수칠러(7d)측을 연결하고, 이를 통해, 냉각수라인(7c)의 냉각수를 폐열회수칠러(7d)와 전장부품모듈(C) 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.And in the "heating mode" inside the vehicle, the three-way valve (7a) is controlled to connect the electrical component module (C) side and the waste heat recovery chiller (7d) side, and through this, the coolant in the coolant line (7c) is used as waste heat. The electrical component module (C) is cooled while circulating between the recovery chiller (7d) and the electrical component module (C).
여기서, 폐열회수칠러(7d)로 도입된 냉각수는, 상기 폐열회수칠러(7d)에서 공조장치(1)의 냉매와 상호 열교환되면서 냉각되는데, 이렇게 냉각된 냉각수는 배터리(B)와 전장부품모듈(C)로 순환되면서 상기 배터리(B)와 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다. Here, the coolant introduced into the waste heat recovery chiller (7d) is cooled by mutual heat exchange with the refrigerant of the air conditioning device (1) in the waste heat recovery chiller (7d), and the coolant cooled in this way is used in the battery (B) and the electric component module ( As it circulates through C), it cools the battery (B) and the electric component module (C).
한편, 폐열회수칠러(7d)측에서 열교환된 공조장치(1)의 냉매는, 배터리(B)와 전장부품모듈(C)의 폐열을 흡수하면서 가열되는데, 이렇게 가열된 냉매는 공조장치(1)의 "히트펌프 모드" 효율을 높여 차실내의 난방성능을 개선시킨다.Meanwhile, the refrigerant of the air conditioning device (1) heat-exchanged on the side of the waste heat recovery chiller (7d) is heated while absorbing the waste heat of the battery (B) and the electric component module (C), and the refrigerant heated in this way is heated in the air conditioning device (1). “Heat pump mode” improves heating performance inside the vehicle by increasing efficiency.
다시, 도 1을 참조하면, 자동차의 열관리 장치는, 배터리(B)의 충전 시에, 배터리(B)를 예열하기 위한 배터리 예열장치(8)를 더 구비한다.Referring again to FIG. 1, the thermal management device of the automobile further includes a
배터리 예열장치(8)는, 배터리 냉각장치(5)의 냉각수라인(5c)상에 설치되는 PTC 히터(8a)를 포함한다.The
PTC 히터(8a)는, 배터리(B)의 충전 시에, 냉각수라인(5c)을 따라 흐르는 냉각수를 가열한다. 따라서 가열된 냉각수가 배터리(B)로 도입되면서 상기 배터리(B)를 예열할 수 있게 한다. 이로써, 배터리(B)의 충전 시에, 충전효율을 높인다.The
그런데, 이러한 종래의 자동차는, 각 열관리 장치들의 부품수가 너무 많다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 제조원가가 상승된다는 문제점이 있다.However, these conventional automobiles have the disadvantage that the number of parts for each thermal management device is too large, and this disadvantage causes an increase in manufacturing costs.
특히, 각 열관리 장치들 마다, 열교환기들을 갖추고 있는 데, 예를 들면, 공조장치(1)의 경우, 고압측 실내열교환기(1b)와 저압측 실내열교환기(1f)와 실외열교환기(1d) 등 3개의 열교환기를 갖추고 있다.In particular, each heat management device is equipped with heat exchangers. For example, in the case of the air conditioning device (1), a high-pressure side indoor heat exchanger (1b), a low-pressure side indoor heat exchanger (1f), and an outdoor heat exchanger (1d) ) and is equipped with three heat exchangers.
또한, 배터리 냉각장치(5)의 경우, 칠러(5d), 1개의 열교환기를 갖추고 있으며, 전장부품모듈 냉각장치(7)의 경우, 라디에이터(7b)와 폐열회수칠러(7d) 등 2개의 열교환기를 갖추고 있어, 이러한 총 6개의 열교환기들 때문에 제조원가가 현저하게 상승된다는 문제점이 있다.In addition, the battery cooling device (5) is equipped with a chiller (5d) and one heat exchanger, and the electric component module cooling device (7) is equipped with two heat exchangers, including a radiator (7b) and a waste heat recovery chiller (7d). However, there is a problem that the manufacturing cost increases significantly due to a total of six heat exchangers.
뿐만 아니라, 공조장치(1)의 경우, 난방모드 시에, 부족한 난방성능을 보충하기 위한 별도의 PTC 히터(5i)를 갖춰야 하고, 배터리 예열장치(8)의 경우에도, 배터리(B)의 예열을 위한 별도의 PTC 히터(8a)를 갖춰야 하므로, PTC 히터(5i, 8a)의 개수가 너무 많다는 단점이 있다.In addition, in the case of the air conditioning device (1), in the heating mode, it must be equipped with a separate PTC heater (5i) to supplement the insufficient heating performance, and in the case of the battery preheating device (8), the preheating of the battery (B) is required. Since a separate PTC heater (8a) must be provided for this, there is a disadvantage in that the number of PTC heaters (5i, 8a) is too large.
그리고 이러한 단점 때문에 제조원가가 상승될 뿐만 아니라, 전력소비가 증가되어 차량의 연비에도 많은 지장을 준다는 문제점이 있다.Moreover, due to these shortcomings, not only does the manufacturing cost increase, but there is also a problem in that power consumption increases and the fuel efficiency of the vehicle is greatly affected.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 열관리 장치인 공조장치와, 배터리 냉각 및 예열장치와, 전장부품모듈 냉각장치들 간의 연계성 및 부품 공용성을 대폭적으로 개선함으로써, 각 열관리 장치들의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.The present invention was devised to solve the above-described conventional problems, and its purpose is to significantly improve the connectivity and component commonality between the air conditioning device, which is a heat management device, the battery cooling and preheating device, and the electric component module cooling device. By doing so, the goal is to provide an integrated thermal management system for automobiles that can reduce the number of heat exchangers without deteriorating the performance of each thermal management device.
본 발명의 다른 목적은, 열관리 장치들의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있도록 구성함으로써, 부품수를 대폭적으로 줄일 수 있고, 이를 통해, 제조원가를 절감할 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an integrated thermal management system for automobiles that can significantly reduce the number of parts and thereby reduce manufacturing costs by reducing the number of heat exchangers without deteriorating the performance of thermal management devices. there is.
본 발명의 또 다른 목적은, 공조장치와, 배터리 냉각 및 예열장치 간의 연계성 및 부품 공용성을 대폭적으로 개선함으로써, 공조장치의 난방성능 및 배터리의 예열성능 저하없이 PTC 히터의 개수를 줄일 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to significantly improve the connectivity and component commonality between the air conditioning device and the battery cooling and preheating device, thereby providing a vehicle that can reduce the number of PTC heaters without deteriorating the heating performance of the air conditioning device and the preheating performance of the battery. The goal is to provide an integrated thermal management system.
본 발명의 또 다른 목적은, 공조장치의 난방성능 및 배터리의 예열성능 저하없이 PTC 히터의 개수를 줄일 수 있도록 구성함으로써, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있고, 전력소비를 줄여 차량의 연비를 개선할 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to reduce the number of PTC heaters without deteriorating the heating performance of the air conditioning device and the preheating performance of the battery, thereby reducing the manufacturing cost by reducing the number of parts and improving the fuel efficiency of the vehicle by reducing power consumption. The goal is to provide an integrated thermal management system for automobiles that can be improved.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템은, 압축기로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향을 제어함에 따라 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드로 작동되면서 차실내를 냉,난방하는 공조장치를 포함하는 자동차의 통합 열관리 시스템에 있어서, 상기 공조장치는, 상기 압축기와 실외열교환기와 팽창밸브와 실내열교환기로 구성된 냉매순환라인과; 차실내 난방용 히터코어에 냉각수를 순환시키는 히터코어측 냉각수순환라인과; 상기 냉매순환라인을 순환하는 냉매와, 상기 히터코어측 냉각수순환라인을 순환하는 냉각수를 열교환시키는 칠러를 포함하며; 상기 칠러는, 상기 압축기의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수 또는 상기 실외열교환기의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 선택적으로 열교환시키는 것을 특징으로 한다.To achieve this purpose, the integrated thermal management system for a vehicle according to the present invention includes an air conditioning device that operates in an air conditioner mode or heat pump mode to cool and heat the interior of the vehicle by controlling the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor. In the integrated heat management system of a vehicle, the air conditioning device includes: a refrigerant circulation line consisting of the compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion valve, and an indoor heat exchanger; a heater core side coolant circulation line that circulates coolant in the heater core for heating the interior of the vehicle; It includes a chiller that heat exchanges the refrigerant circulating in the refrigerant circulation line and the coolant circulating in the heater core side coolant circulation line; The chiller is characterized in that it selectively exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor and the coolant in the coolant circulation line on the heater core side, or the refrigerant discharged from the outdoor heat exchanger and the coolant in the coolant circulation line on the heater core side.
바람직하게는, 상기 칠러의 상류측에 설치되는 팽창밸브를 더 포함하며; 상기 칠러는, 차실내의 냉방모드 시에는, 상기 실외열교환기와 상기 팽창밸브를 통과한 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 냉각시키고; 차실내의 난방모드 시에는, 상기 압축기의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 가열하는 것을 특징으로 한다.Preferably, it further includes an expansion valve installed on the upstream side of the chiller; In the vehicle interior cooling mode, the chiller exchanges heat between the refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger and the expansion valve and the coolant in the heater core side coolant circulation line to cool the coolant in the heater core side coolant circulation line; In the vehicle interior heating mode, the coolant discharged from the compressor and the coolant in the heater core side coolant circulation line are heat exchanged to heat the coolant in the heater core side coolant circulation line.
그리고 배터리에 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 배터리측 냉각수순환라인을 더 포함하며, 상기 배터리측 냉각수순환라인은, 차실내의 냉방모드 시에, 경우에 따라 상기 히터코어측 냉각수순환라인과 연결되어, 상기 칠러와의 열교환에 의해 냉각된 냉각수를 상기 배터리에 순환시켜 상기 배터리를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.And it further includes a battery-side coolant circulation line that cools the battery by circulating coolant, wherein the battery-side coolant circulation line is connected to the heater core-side coolant circulation line in some cases when the vehicle is in a cooling mode. The battery is cooled by circulating coolant cooled by heat exchange with the chiller to the battery.
그리고 상기 공조장치는, 상기 히터코어 상류측의 상기 냉각수순환라인 상에 설치되는 PTC 히터를 더 포함하며, 상기 PTC 히터는, 차실내의 난방모드 시에, 상기 히터코어로 도입되는 냉각수를 가열하여, 가열된 냉각수가 상기 히터코어를 순환하면서 고온의 열을 방출할 수 있게 하는 구조인 것을 특징으로 한다.The air conditioning device further includes a PTC heater installed on the coolant circulation line upstream of the heater core, and the PTC heater heats the coolant introduced into the heater core in a heating mode in the vehicle interior. , It is characterized by a structure that allows heated coolant to circulate through the heater core and emit high-temperature heat.
그리고 전장부품모듈에 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인과; 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수를 상기 배터리측 냉각수순환라인으로 바이패스하고, 상기 배터리측 냉각수순환라인을 순환한 냉각수를 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인측으로 다시 리턴시키는 밸브수단을 포함하며; 상기 밸브수단은, 차실내의 냉방모드와 난방모드 시에, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인의 냉각수를 상기 배터리측 냉각수순환라인으로 유입시켜 상기 배터리를 냉각시킨 후, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인으로 다시 리턴시키는 것을 특징으로 한다.And a coolant circulation line on the electrical component module side that circulates coolant to cool the electrical component module; It includes valve means for bypassing the coolant from the coolant circulation line on the electrical component module side to the coolant circulation line on the battery side and returning the coolant circulating in the coolant circulation line on the battery side back to the coolant circulation line on the electrical component module side; ; The valve means cools the battery by flowing coolant from the coolant circulation line on the electric component module side into the coolant circulation line on the battery side during the cooling mode and heating mode in the vehicle interior, and then circulates the coolant on the electric component module side. It is characterized by returning it back to the line.
그리고 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인은, 전장부품모듈의 열을 빼앗은 냉각수를 냉각시키는 라디에이터와; 경우에 따라 상기 전장부품모듈의 출구측 냉각수를 상기 공조장치의 실외열교환기 내부유로로 바이패스하는 삼방밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.And the cooling water circulation line on the electrical component module side includes a radiator that cools the coolant that has taken heat from the electrical component module; In some cases, it may include a three-way valve that bypasses the cooling water on the outlet side of the electrical component module to the internal flow path of the outdoor heat exchanger of the air conditioning device.
그리고 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인은, 차실내의 냉방모드 시에, 냉각수를 상기 전장부품모듈과 라디에이터 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈을 냉각시키고; 차실내의 난방모드 시에, 상기 삼방밸브를 통해 상기 전장부품모듈의 출구측 냉각수를 상기 공조장치의 실외열교환기 내부유로로 바이패스하여, 냉각수가 상기 전장부품모듈과 상기 공조장치의 실외열교환기 사이에서 순환되면서 상기 전장부품모듈을 냉각시킴과 동시에 상기 전장부품모듈의 폐열을 상기 공조장치측으로 회수하는 것을 특징으로 한다.In addition, the coolant circulation line on the electrical component module side cools the electrical component module while circulating coolant between the electrical component module and the radiator in a cooling mode inside the vehicle interior; In the vehicle interior heating mode, the coolant on the outlet side of the electrical component module is bypassed to the internal passage of the outdoor heat exchanger of the air conditioning device through the three-way valve, so that the coolant is transferred to the electrical component module and the outdoor heat exchanger of the air conditioning device. It is characterized in that it cools the electric component module while circulating between them and at the same time recovers the waste heat of the electric component module to the air conditioning device.
그리고 상기 배터리의 충전 시에, 상기 배터리를 예열하기 위한 배터리 예열장치를 더 포함하며; 상기 배터리 예열장치는, 배터리 충전모드 시에, 상기 압축기의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 가열하는 상기 칠러와; 가열된 상기 히터코어측 냉각수순환라인의 냉각수를 상기 배터리에 냉각수를 순환시켜 상기 배터리를 예열하는 상기 배터리측 냉각수순환라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.And when charging the battery, it further includes a battery preheating device for preheating the battery; The battery preheating device includes: a chiller that heats the coolant in the heater core side coolant circulation line by performing heat exchange between the refrigerant discharged from the compressor and the coolant in the heater core side coolant circulation line in a battery charging mode; The battery-side coolant circulation line circulates the heated coolant from the heater core side coolant circulation line to the battery to preheat the battery.
그리고 상기 배터리 예열장치는, 상기 히터코어측 냉각수순환라인에 설치되는 PTC 히터를 더 포함하며; 상기 PTC 히터는, 배터리 충전모드 시에, 온(ON)되면서 상기 히터코어측 냉각수순환라인을 따라 흐르는 냉각수를 가열하여, 가열된 냉각수가 상기 배터리측 냉각수순환라인을 통해 배터리로 도입되면서 상기 배터리를 예열할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.And the battery preheating device further includes a PTC heater installed in the coolant circulation line on the heater core side; In the battery charging mode, the PTC heater is turned on and heats the coolant flowing along the coolant circulation line on the heater core side, and the heated coolant is introduced into the battery through the coolant circulation line on the battery side, thereby heating the battery. It is characterized by allowing preheating.
본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템에 의하면, 열관리 장치인 공조장치와, 배터리 냉각장치 및 예열장치와, 전장부품모듈 냉각장치들 간의 연계성 및 부품 공용성을 대폭적으로 개선하는 구조이므로, 각 열관리 장치들의 성능저하 없이 부품의 개수를 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the integrated thermal management system for an automobile according to the present invention, the connection and component commonality between the air conditioning device, the battery cooling device and preheating device, and the electric component module cooling device are significantly improved, so that the thermal management device of each thermal management device It has the effect of significantly reducing the number of parts without deteriorating performance.
특히, 공조장치 칠러의 경우, "냉방모드" 시에는, 배터리를 냉각시키는 열교환기로 사용하고, "난방모드" 시에는 냉매의 응축기로 사용하며, "배터리 예열모드" 시에는, 배터리의 예열시키는 열교환기로 사용되는 구조이므로, 공조장치와 배터리 냉각장치와 배터리 예열장치 모두 공용으로 사용할 수 있고, 이를 통해, 공조장치와 배터리 냉각장치와 배터리 예열장치의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있으며, 그 결과, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.In particular, in the case of the air conditioner chiller, in “cooling mode” it is used as a heat exchanger to cool the battery, in “heating mode” it is used as a condenser for the refrigerant, and in “battery preheating mode” it is used as a heat exchanger to preheat the battery. Since it is a structure used as an air conditioner, the air conditioning device, battery cooling device, and battery preheating device can all be used in common, and through this, the number of heat exchangers can be reduced without deteriorating the performance of the air conditioning device, battery cooling device, and battery preheating device. As a result, there is an effect of reducing manufacturing costs by reducing the number of parts.
또한, 공조장치 실외열교환기의 경우, "냉방모드" 시에는, 냉매의 응축기로 사용하고, "난방모드" 시에는 냉매의 증발기로 사용함과 동시에 전장부품모듈 냉각장치의 폐열을 회수하는 폐열회수칠러의 역할을 수행하는 구조이므로, 공조장치와 전장부품모듈 냉각장치 모두 공용으로 사용할 수 있고, 이를 통해, 공조장치와 전장부품모듈 냉각장치들의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있으며, 그 결과, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the case of the outdoor heat exchanger of the air conditioning system, it is used as a condenser for the refrigerant in the "cooling mode" and as an evaporator for the refrigerant in the "heating mode", and at the same time, it is a waste heat recovery chiller that recovers waste heat from the electric component module cooling device. Since it is a structure that performs the role of, both the air conditioning device and the electronic component module cooling device can be used in common, and through this, the number of heat exchangers can be reduced without deteriorating the performance of the air conditioning device and the electronic component module cooling device. As a result, It has the effect of reducing manufacturing costs by reducing the number of parts.
또한, 공조장치 PTC 히터의 경우, "난방모드" 시에는, 히터코어측으로 도입되는 냉각수를 가열하여 차실내를 난방하는데 사용하고, "배터리 충전모드" 시에는 배터리측으로 도입되는 냉각수를 가열하여 배터리를 예열시키는데 사용하는 구조이므로, 공조장치와 배터리 예열장치 모두 공용으로 사용할 수 있고, 이를 통해, 공조장치의 난방성능과 배터리의 예열성능의 저하없이 PTC 히터의 개수를 줄일 수 있으며, 그 결과, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있고, 전력소비를 줄여 차량의 연비를 개선할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the case of the air conditioner PTC heater, in the "heating mode", it is used to heat the interior of the vehicle by heating the coolant introduced to the heater core, and in the "battery charging mode" it is used to heat the coolant introduced to the battery side to heat the battery. Since it is a structure used for preheating, both the air conditioner and the battery preheater can be used in common. Through this, the number of PTC heaters can be reduced without deteriorating the heating performance of the air conditioner and the preheating performance of the battery, and as a result, the number of parts is reduced. This has the effect of reducing manufacturing costs and improving vehicle fuel efficiency by reducing power consumption.
도 1은 종래의 자동차의 통합 열관리 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 구성을 상세하게 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 작동도로서, 차실내의 냉방모드 시에, 공조장치와, 공조장치의 냉매를 이용하여 배터리를 냉각시키는 배터리 냉각장치 및, 전장부품모듈 냉각장치의 작동예를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 작동도로서, 차실내의 난방모드 시에, 공조장치와, 전장부품모듈 냉각장치의 냉각수를 이용하여 배터리를 냉각시키는 배터리 냉각장치 및, 전장부품모듈 냉각장치의 작동예를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 작동도로서, 차실내의 냉방모드 시에, 공조장치와, 전장부품모듈 냉각장치의 냉각수를 이용하여 배터리를 냉각시키는 배터리 냉각장치 및, 전장부품모듈 냉각장치의 작동예를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 배터리의 충전모드 시에, 공조장치의 냉매를 이용하여 배터리를 예열시키는 모습을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing an integrated thermal management system of a conventional automobile;
2 is a diagram showing in detail the configuration of an integrated thermal management system for a vehicle according to the present invention;
Figure 3 is an operational diagram showing an operation example of the integrated thermal management system of the present invention, which includes an air conditioner, a battery cooling device that cools the battery using the refrigerant of the air conditioner, and electric component module cooling in the vehicle interior cooling mode. A drawing showing an example of operation of the device,
Figure 4 is an operational diagram showing an operation example of the integrated thermal management system of the present invention, which includes an air conditioning device and a battery cooling device that cools the battery using coolant from the electrical component module cooling device in a heating mode inside the vehicle interior, and an electrical component module cooling device. A drawing showing an example of operation of a component module cooling device,
Figure 5 is an operational diagram showing an operation example of the integrated thermal management system of the present invention, which includes an air conditioning device and a battery cooling device that cools the battery using coolant from the electrical component module cooling device in a cooling mode inside the vehicle interior, and an electrical device. A drawing showing an example of operation of a component module cooling device,
Figure 6 is a diagram showing an operation example of the integrated thermal management system for a vehicle according to the present invention, and is a diagram showing preheating the battery using the refrigerant of the air conditioning device in the battery charging mode.
이하, 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the integrated thermal management system for an automobile according to the present invention will be described in detail based on the attached drawings.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 통합 열관리 시스템은, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)를 구비한다.First, referring to FIG. 2, the integrated thermal management system of the present invention includes an
공조장치(10)는, 히트펌프식으로서, 냉매순환라인(10a)을 구비하며, 상기 냉매순환라인(10a)에는, 압축기(12)와 실외열교환기(13)와 제 1팽창밸브(14)와 실내열교환기(15)가 설치된다.The
압축기(12)는, 기화된 냉매를 고온,고압의 가스로 압축한다. The
실외열교환기(13)는, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에는 응축기 역할을 수행하고, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에는 증발기 역할을 수행한다. 특히, "에어컨 모드" 시에는, 압축기(12)에서 압축된 고온,고압의 냉매를 주변의 공기와 열교환시키고, "히트펌프 모드" 시에는, 칠러(17)(후술함)측에서 배출된 냉매를 주변의 공기와 열교환시킨다.The
제 1팽창밸브(14)는, 인가되는 전압의 크기에 따라 교축유로(14a)의 개도량이 가변 조절되는 가변식 전자밸브로서, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에, 실외열교환기(13)에서 배출된 냉매를 저온,저압으로 감압 팽창시킨다.The
실내열교환기(15)는, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에 증발기 역할을 수행하는 것으로, 제 1팽창밸브(14)에서 배출된 저온,저압의 냉매를 차실내의 공기와 열교환시켜 냉기를 발생시킨다. 따라서, 차실내를 냉방한다.The indoor heat exchanger (15) performs the role of an evaporator in the “air conditioning mode” for cooling, and generates cold air by exchanging heat with the low-temperature, low-pressure refrigerant discharged from the first expansion valve (14) with the air inside the vehicle. I order it. Therefore, the car interior is cooled.
그리고 공조장치(10)는, 압축기(12)의 출력측(12a)에 설치되는 제 1삼방밸브(16)와, 제 1삼방밸브(16)와 연결되는 칠러(17)와 제 2팽창밸브(18)를 포함한다.And the
제 1삼방밸브(16)는, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에, 압축기(12)로부터 배출되는 고온,고압 냉매의 실외열교환기(13) 도입을 허용하고, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에, 압축기(12)로부터 배출되는 고온,고압의 냉매를 바이패스한다.The first three-
칠러(17)는, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에, 응축기 역할을 수행하는 것으로, 제 1삼방밸브(16)를 통해 바이패스된 고온,고압의 냉매를 주변의 공기와 열교환시킨다. 특히, 고온,고압의 냉매를 열교환시키는 과정에서 고온의 열을 방출한다.The
제 2팽창밸브(18)는, "히트펌프 모드" 시에, 칠러(17)에서 배출된 냉매를 감압,팽창시키고, 감압,팽창된 저온,저압의 냉매를 실외열교환기(13)에 도입시킨다.In the “heat pump mode,” the second expansion valve (18) depressurizes and expands the refrigerant discharged from the chiller (17), and introduces the depressurized and expanded low-temperature and low-pressure refrigerant into the outdoor heat exchanger (13). .
한편, 실외열교환기(13)는, "히트펌프 모드" 시에, 제 2팽창밸브(18)에서 감압,팽창된 냉매를 주변의 공기와 열교환시키고, 열교환된 냉매를 압축기(12)의 입력측(12b)으로 리턴시킨다.Meanwhile, in the "heat pump mode", the
여기서, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에, 실내열교환기(15)측의 제 1팽창밸브(14)는 교축유로(14a)가 완전히 차단되도록 제어된다. 따라서, "히트펌프 모드" 시에는, 실내열교환기(15)로의 냉매 유입을 차단한다. 이로써, 실내열교환기(15)는, 냉방을 위한 "에어컨 모드"일 시에만 작동하도록 구성된다.Here, in the “heat pump mode” for heating, the
그리고 상기 공조장치(10)는, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에, 상기 칠러(17)에서 방출된 열을 차실내로 전달하는 수냉식 열전달부(20)를 구비한다.Additionally, the
수냉식 열전달부(20)는, 배터리 냉각장치(30)(후술함)와 공용으로 사용하는 것으로서, 차실내에 설치되는 히터코어(22)와, 칠러(17)와 히터코어(22)를 루프(Loop) 형태로 연결하는 히터코어측 냉각수순환라인(24)과, 히터코어측 냉각수순환라인(24)을 따라 순환하면서 칠러(17)의 열기를 히터코어(22)에 전달하는 냉각수 및, 냉각수를 순환시키는 워터펌프(26)를 포함한다. The water-cooled
특히, 히터코어(22)는, 냉각수를 통해 전달된 칠러(17)의 열기를 차실내에 방출한다. 따라서, 차실내를 난방한다.In particular, the
이러한 구조를 갖는 공조장치(10)에 의하면, 차실내의 "냉방모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, "에어컨 모드"로 제어되면서, 압축기(12)와 실외열교환기(13)와 제 1팽창밸브(14)와 실내열교환기(15)로 연결되는 "에어컨 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 실내열교환기(15)에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 통해 차실내를 냉방한다.According to the
그리고, 차실내의 "난방모드" 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, "히트펌프 모드"로 제어되면서, 압축기(12)와 칠러(17)와 제 2팽창밸브(18)와 실외열교환기(13)로 연결되는 "히트펌프 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 칠러(17)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 수냉식 열전달부(20)를 통해 차실내로 전달하여 차실내를 난방한다.And, in the "heating mode" inside the vehicle, as shown in FIG. 4, the
한편, 공조장치(10)는, 수냉식 열전달부(20)의 히터코어측 냉각수순환라인(24)상에 설치되는 PTC 히터(27)를 더 구비한다.Meanwhile, the
PTC 히터(27)는, 차실내의 "난방모드" 시에, 히터코어측 냉각수순환라인(24)을 따라 흐르는 냉각수를 가열한다. 따라서, 가열된 냉각수가 히터코어(22)로 도입되면서 고온의 열을 방출할 수 있게 한다. The
이로써, "난방모드" 시에, 히터코어(22)의 난방성능을 높여 차실내의 난방효율을 향상시킨다. 특히, 칠러(17)의 열에 의한 히터코어(22)의 난방성능이 부족할 경우, 부족한 난방성능을 보충할 수 있게 한다. 따라서, 차실내의 난방효율을 향상시킨다.As a result, in the “heating mode”, the heating performance of the
다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 통합 열관리 시스템은, 배터리(B)를 냉각시키기 위한 수냉식 배터리 냉각장치(30)와, 전장부품모듈(C)을 냉각시키기 위한 수냉식 전장부품모듈 냉각장치(40)를 더 포함한다.Referring again to FIG. 2, the integrated thermal management system of the present invention includes a water-cooled
배터리 냉각장치(30)는, 차실내의 "냉방모드" 시에, 공조장치(10)의 실외열교환기(13)측 냉매를 바이패스할 수 있는 바이패스유로(32)와, 바이패스유로(32)의 냉매를 팽창,감압시키는 제 3팽창밸브(34)와, 감압,팽창된 냉매를 통해 냉기를 발생시키는 상기 공조장치(10)의 칠러(17)와, 칠러(17)를 통과한 냉매를 압축기(12)의 입력측(12b)으로 다시 리턴시키는 제 1리턴밸브(35) 및, 칠러(17)에서 발생된 냉기를 배터리(B)에 전달하는 상기 수냉식 열전달부(20)를 포함한다.The
제 3팽창밸브(34)는, 인가되는 전압의 크기에 따라 교축유로(34a)의 개도량이 가변 조절되는 가변식 전자밸브로서, 차실내의 "냉방모드" 시에, 교축유로(34a)를 개방시키면서 공조장치(10)의 실외열교환기(13)에서 배출된 냉매를 도입하고, 도입된 냉매를 저온,저압으로 감압 팽창시킨다.The
여기서, 제 3팽창밸브(34)는, 차실내의 "난방모드" 시에는, 교축유로(34a)가 완전히 차단되도록 제어된다. 따라서, 차실내의 "난방모드" 시에는, 칠러(17)를 통한 배터리(B) 냉각이 제한될 수 있게 한다.Here, the
한편, 칠러(17)는, 차실내의 "냉방모드" 시에, 제 3팽창밸브(34)에서 배출된 저온,저압의 냉매를 주변의 공기와 열교환시켜서 냉기를 발생시킨다.Meanwhile, the
수냉식 열전달부(20)는, 히터코어측 냉각수순환라인(24)과 연결 가능한 배터리측 냉각수순환라인(20a)과, 칠러(17)의 냉기를 흡수한 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로 바이패스하는 사방밸브(28)와, 배터리(B)를 통과한 냉각수를 수냉식 열전달부(20)의 워터펌프(26)측으로 다시 리턴시키는 제 1리턴유로(29)를 포함한다.The water-cooled
이 밖에도, 배터리 냉각장치(30)는, 차실내의 "난방모드" 시에, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 바이패스하는 제 2삼방밸브(36)와, 제 2삼방밸브(36)에서 바이패스된 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로 도입시키는 상기 사방밸브(28) 및, 배터리(B)를 통과한 냉각수를 전장부품모듈 냉각장치(40)측으로 다시 리턴시키는 제 2리턴밸브(37)와 제 2리턴유로(38)를 포함한다.In addition, the
이러한 배터리 냉각장치(30)는, 차실내의 "냉방모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 공조장치(10)의 냉매를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킨다.This
특히, 바이패스유로(32)를 통해 공조장치(10)의 냉매를 바이패스하고, 바이패스된 냉매를 제 3팽창밸브(34)로 팽창,감압시킨 다음, 감압,팽창된 저온의 냉매와 수냉식 열전달부(20)의 냉각수를 칠러(17)에서 열교환시켜 상기 냉각수를 냉각시키고, 냉각된 냉각수를 히터코어측 냉각수순환라인(24)과 사방밸브(28)와 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)로 순환시킴으로써, 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.In particular, the refrigerant of the
그리고 차실내의 "난방모드" 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킨다.And in the “heating mode” inside the vehicle, as shown in FIG. 4, the battery B is cooled using the coolant from the electric component
특히, 제 2삼방밸브(36)를 통해, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 도입하고, 도입된 냉각수를 사방밸브(28)와 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)측으로 유입시킨 다음, 유입된 냉각수를 통해 배터리(B)를 냉각시킨다. 이후, 배터리(B)의 냉각을 마친 냉각수를 제 2리턴밸브(37)와 제 2리턴유로(38)를 통해 전장부품모듈 냉각장치(40)로 리턴시킨다.In particular, the coolant of the electric component
한편, 배터리 냉각장치(30)는, 차실내의 "냉방모드" 시에도, 도 5에 도시된 바와 같이, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킬 수도 있다.Meanwhile, the
즉, 차실내의 "냉방모드" 시에, 제 2삼방밸브(36)를 통해, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 도입하고, 도입된 냉각수를 사방밸브(28)와 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)측으로 유입시킨 다음, 유입된 냉각수를 통해 배터리(B)를 냉각시킨다. 이후, 배터리(B)의 냉각을 마친 냉각수를 제 2리턴밸브(37)와 제 2리턴유로(38)를 통해 전장부품모듈 냉각장치(40)로 리턴시킨다.That is, in the “cooling mode” inside the vehicle, the coolant of the electric component
한편, "냉방모드" 시, 위에서와 같이, 전장부품모듈 냉각장치(40)의 냉각수를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킬 경우에는, 공조장치(10)의 냉매를 이용한 배터리(B)의 냉각은 중단하도록 구성된다.Meanwhile, in the “cooling mode”, when the battery (B) is cooled using the coolant of the electric component module cooling device (40) as above, the battery (B) is cooled using the refrigerant of the air conditioning device (10). is configured to stop.
특히, 제 3팽창밸브(34)의 교축유로(34a)를 완전히 차단하여, 칠러(17)의 작동을 정지시키고, 이로써, 공조장치(10)의 냉매를 이용한 배터리(B)의 냉각은 중단하도록 구성된다.In particular, the
다시, 도 2를 참조하면, 상기 전장부품모듈 냉각장치(40)는, 라디에이터(42)와, 라디에이터(42)와 전장부품모듈(C)을 루프 형태로 연결하는 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)과, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)을 따라 순환하면서 전장부품모듈(C)의 열을 빼앗아 라디에이터(42)에서 방출하는 냉각수 및, 냉각수를 순환시키는 워터펌프(45)를 포함한다.Referring again to FIG. 2, the electrical component
또한, 전장부품모듈 냉각장치(40)는, 경우에 따라 전장부품모듈(C)의 출구측(Ca) 냉각수를 공조장치(10)의 실외열교환기(13) 내부유로(13a)로 바이패스하는 제 3삼방밸브(46)와, 실외열교환기(13)의 내부유로(13a)를 통과한 냉각수를 상기 전장부품모듈(C)의 입구측(Cb)으로 리턴시키기 위한 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)을 더 포함한다.In addition, the electrical component
이러한 전장부품모듈 냉각장치(40)는, 차실내의 "냉방모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 3삼방밸브(46)를 제어하여 전장부품모듈(C)측과 라디에이터(42)측을 하나의 루프로 연결하고, 이를 통해, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 라디에이터(42)와 전장부품모듈(C) 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.This electrical component
그리고 차실내의 "난방모드" 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 3삼방밸브(46)를 제어하여 전장부품모듈(C)측과 공조장치(10)의 실외열교환기(13)측을 연결하고, 이를 통해, 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 전장부품모듈(C)과 공조장치(10)의 실외열교환기(13) 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다.And in the "heating mode" inside the vehicle, as shown in FIG. 4, the third three-
여기서, 공조장치(10)의 실외열교환기(13)로 도입된 냉각수는, 상기 실외열교환기(13)에서 공조장치(10)의 냉매와 상호 열교환되면서 냉각되는데, 이렇게 냉각된 냉각수는 제 2삼방밸브(36)와 사방밸브(28)와 제 2리턴밸브(37)와 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)와 전장부품모듈(C) 사이에서 순환되면서 상기 배터리(B)와 전장부품모듈(C)을 냉각시킨다. Here, the coolant introduced into the
한편, 실외열교환기(13)측에서 열교환된 공조장치(10)의 냉매는, 배터리(B)와 전장부품모듈(C)의 폐열을 흡수하면서 가열되는데, 이렇게 가열된 냉매는 공조장치(10)의 "히트펌프 모드" 효율을 높여 차실내의 난방성능을 개선시킨다.Meanwhile, the refrigerant of the air conditioning device (10), which is heat exchanged on the outdoor heat exchanger (13), is heated while absorbing the waste heat of the battery (B) and the electric component module (C), and the refrigerant heated in this way is stored in the air conditioning device (10). “Heat pump mode” improves heating performance inside the vehicle by increasing efficiency.
다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 통합 열관리 시스템은, 배터리(B)의 충전 시에, 배터리(B)를 예열하기 위한 배터리 예열장치(50)를 더 구비한다.Referring again to FIG. 2, the integrated thermal management system of the present invention further includes a
배터리 예열장치(50)는, 상기 공조장치(10)를 포함한다.The
공조장치(10)는, "배터리 충전모드" 시에, 도 6에 도시된 바와 같이, "히트펌프 모드"로 제어되면서 압축기(12)와 칠러(17)와 제 2팽창밸브(18)와 실외열교환기(13)로 연결되는 "히트펌프 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 칠러(17)에 "열"을 발생시킨 다음, 발생된 "열"을, 칠러(17)를 통해 수냉식 열전달부(20)의 냉각수로 전달한다.In the "battery charging mode", the
그리고 배터리 예열장치(50)는, 수냉식 열전달부(20)의 냉각수를 배터리측 냉각수순환라인(20a)과 배터리(B)측으로 도입시키는 상기 사방밸브(28)와, 배터리(B)를 통과한 냉각수를 수냉식 열전달부(20)의 히터코어측 냉각수순환라인(24)으로 리턴시키는 상기 제 2리턴밸브(37)와 제 1리턴유로(29)를 더 포함한다.And the
사방밸브(28)는, 칠러(17)측에서 열을 흡수한 수냉식 열전달부(20)의 냉각수를 배터리측 냉각수순환라인(20a)과 배터리(B)측으로 도입시킨다. 따라서, 열을 흡수한 냉각수가 배터리(B)의 내부유로를 순환할 수 있게 한다. 이로써, 배터리(B)의 충전 시에, 배터리(B)가 예열될 수 있게 한다. 그 결과, 배터리(B)의 충전효율을 높인다.The four-
제 2리턴밸브(37)와 제 1리턴유로(29)는, "배터리 충전모드" 시에, 배터리(B)를 통과한 냉매를 수냉식 열전달부(20)의 히터코어측 냉각수순환라인(24)으로 리턴시킨다. 이로써, 칠러(17)와 배터리(B)와 워터펌프(26)를 하나의 루프로 형성한다.The
따라서, "배터리 충전모드" 시에, 수냉식 열전달부(20)의 냉각수가 칠러(17)와 배터리(B) 사이에서 순환하면서 상기 배터리(B)를 예열할 수 있게 한다.Therefore, in the “battery charging mode”, the coolant of the water-cooled
한편, 배터리 예열장치(50)는, 수냉식 열전달부(20)의 히터코어측 냉각수순환라인(24)에 설치되는 상기 PTC 히터(27)를 더 포함한다.Meanwhile, the
PTC 히터(27)는, "배터리 충전모드" 시에, 온(ON)되면서 히터코어측 냉각수순환라인(24)을 따라 흐르는 냉각수를 가열한다. 따라서, 가열된 냉각수가 사방밸브(28)와 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)로 도입될 수 있게 하고, 이로써, 배터리(B)를 예열할 수 있게 한다.The
이러한 PTC 히터(27)는, 공조장치(10)와 동시에 작동되면서 배터리(B)를 예열할 수도 있고, 공조장치(10)를 대신하여, 독립적으로 작동되면서 배터리(B)를 예열할 수도 있다.This
PTC 히터(27)가 독립적으로 작동되면서 배터리(B)를 예열할 경우에도, 제 2리턴밸브(37)와 제 1리턴유로(29)는, 수냉식 열전달부(20)의 PTC 히터(27)측과 배터리(B)와 워터펌프(26)를 하나의 루프로 형성함은 물론이다.Even when the PTC heater (27) operates independently and preheats the battery (B), the second return valve (37) and the first return passage (29) are connected to the PTC heater (27) side of the water-cooled heat transfer unit (20). Of course, the battery (B) and the water pump (26) are formed into one loop.
이와 같은 구조를 갖는 본원발명의 통합 열관리 시스템에 의하면, 열관리 장치인 공조장치(10)와, 배터리 냉각장치 및 예열장치(50)와, 전장부품모듈 냉각장치(40)들 간의 연계성과 부품 공용성을 대폭적으로 개선하는 구조이므로, 각 열관리 장치들의 성능저하 없이 부품의 개수를 현저하게 줄일 수 있다.According to the integrated thermal management system of the present invention having such a structure, the connectivity and component commonality between the
특히, 공조장치(10) 칠러(17)의 경우, "냉방모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리(B)를 냉각시키는 열교환기로 사용하고, "난방모드" 시에는 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매의 응축기로 사용하며, "배터리 충전모드" 시에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리(B)의 예열시키는 열교환기로 사용되는 구조이다.In particular, in the case of the
따라서, 공조장치(10)의 칠러(17)는, 공조장치(10)와 배터리 냉각장치(30)와 배터리 예열장치(50) 모두 공용으로 사용할 수 있다. 이로써, 공조장치(10)와 배터리 냉각장치(30)와 배터리 예열장치(50)들의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있게 한다. 그 결과, 부품수를 줄일 수 있고, 이를 통해, 제조원가를 절감할 수 있다.Accordingly, the
또한, 공조장치(10) 실외열교환기(13)의 경우, "냉방모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉매의 응축기로 사용하고, "난방모드" 시에는 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매의 증발기로 사용함과 동시에 전장부품모듈 냉각장치(40)의 폐열을 회수하는 폐열회수칠러의 역할을 수행하는 구조이다.In addition, in the case of the
따라서, 공조장치(10)의 실외열교환기(13)는, 공조장치(10)와 전장부품모듈 냉각장치(40) 모두 공용으로 사용할 수 있다. 이로써, 공조장치(10)와 전장부품모듈 냉각장치(40)들의 성능저하 없이 열교환기의 개수를 줄일 수 있게 한다. 그 결과, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있다.Accordingly, the
또한, 공조장치(10) PTC 히터(27)의 경우, "난방모드" 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 히터코어(22)측으로 도입되는 냉각수를 가열하여 차실내를 난방하는데 사용하고, "배터리 충전모드" 시에는 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리(B)측으로 도입되는 냉각수를 가열하여 배터리(B)를 예열시키는데 사용하는 구조이다.In addition, in the case of the
따라서, 공조장치(10)의 PTC 히터(27)는, 공조장치(10)와 배터리 예열장치(50) 모두 공용으로 사용할 수 있다. 이로써, 공조장치(10)의 난방성능과 배터리(B)의 예열성능의 저하없이 PTC 히터(27)의 개수를 줄일 수 있게 한다. 그 결과, 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있고, 전력소비를 줄여 차량의 연비를 개선할 수 있다.Accordingly, the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described by way of example, but the scope of the present invention is not limited to these specific embodiments, and may be appropriately modified within the scope stated in the claims.
10: 공조장치 10a: 냉매순환라인
12: 압축기 12a: 압축기의 출력측
12b: 압축기의 입력측 13: 실외열교환기
14: 제 1팽창밸브(Valve) 15: 실내열교환기
16: 제 1삼방밸브 17: 칠러(Chiller)
18: 제 2팽창밸브 20: 수냉식 열전달부
20a: 배터리측 냉각수순환라인 22: 히터코어(Heater Core)
24: 히터코어측 냉각수순환라인 26: 워터펌프(Water Pump)
27: PTC 히터 28: 사방밸브
29: 제 1리턴유로 30: 배터리 냉각장치
32: 바이패스유로 34: 제 3팽창밸브
35: 제 1리턴밸브 36: 제 2삼방밸브
37: 제 2리턴밸브 38; 제 2리턴유로
39: 제 3리턴유로 40: 전장부품모듈 냉각장치
42: 라디에이터 44: 전장부품모듈측 냉각수순환라인
45: 워터펌프 46: 제 3삼방밸브
50: 배터리 예열장치 B: 배터리(Battery)
C: 전장부품모듈(Module)10:
12:
12b: Input side of compressor 13: Outdoor heat exchanger
14: First expansion valve (Valve) 15: Indoor heat exchanger
16: First three-way valve 17: Chiller
18: second expansion valve 20: water-cooled heat transfer unit
20a: Battery side coolant circulation line 22: Heater Core
24: Heater core side coolant circulation line 26: Water pump
27: PTC heater 28: four-way valve
29: First return passage 30: Battery cooling device
32: Bypass passage 34: Third expansion valve
35: first return valve 36: second three-way valve
37:
39: Third return passage 40: Electrical component module cooling device
42: Radiator 44: Coolant circulation line on the electrical component module side
45: Water pump 46: Third three-way valve
50: Battery preheating device B: Battery
C: Electrical component module (Module)
Claims (11)
상기 공조장치(10)는,
상기 압축기(12)와 실외열교환기(13)와 팽창밸브(14)와 실내열교환기(15)로 구성된 냉매순환라인(10a)과;
차실내 난방용 히터코어(22)에 냉각수를 순환시키는 히터코어측 냉각수순환라인(24)과;
상기 냉매순환라인(10a)을 순환하는 냉매와, 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)을 순환하는 냉각수를 열교환시키는 칠러(17)를 포함하며;
상기 칠러(17)는, 상기 압축기(12)의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수 또는 상기 실외열교환기(13)의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 선택적으로 열교환시키고;
배터리(B)에 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 더 포함하며,
상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)은, 차실내의 냉방모드 시에, 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)과 연결되어, 상기 칠러(17)와의 열교환에 의해 냉각된 냉각수를 상기 배터리(B)에 순환시켜 상기 배터리(B)를 냉각시키고;
전장부품모듈(C)에 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)과;
상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로 바이패스하고, 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 순환한 냉각수를 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)측으로 다시 리턴시키는 밸브수단을 포함하며;
상기 밸브수단은,
차실내의 냉방모드와 난방모드 시에, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로 유입시켜 상기 배터리(B)를 냉각시킨 후, 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)으로 다시 리턴시키며;
상기 밸브수단은,
상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 바이패스할 수 있는 삼방밸브(36)와, 상기 삼방밸브(36)에서 바이패스된 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로 도입시킬 수 있는 사방밸브(28) 및, 상기 배터리(B)를 통과한 냉각수를 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)으로 다시 리턴시키는 리턴밸브(37)를 포함하고;
차실내의 냉방모드 시에, 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)이,
상기 공조장치(10)의 칠러(17)의 냉기를 이용하여 상기 배터리(B)를 냉각시킬 경우에는, 상기 밸브수단이 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)으로의 상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수 바이패스를 차단하고;
상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)의 냉각수를 이용하여 상기 배터리(B)를 냉각시킬 경우에는, 상기 칠러(17)의 상류측에 설치되는 팽창밸브(34)를 차단하여, 상기 칠러(17)에서의 냉기 발생을 정지시키며;
상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)은,
전장부품모듈(C)의 열을 빼앗은 냉각수를 냉각시키는 라디에이터(42)와;
상기 전장부품모듈(C)의 출구측 냉각수를 상기 공조장치(10)의 실외열교환기(13) 내부유로(13a)로 바이패스하는 삼방밸브(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.In the integrated heat management system of a vehicle, which includes an air conditioning device (10) that cools and heats the interior of the vehicle while operating in an air conditioner mode or heat pump mode by controlling the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor (12),
The air conditioning device 10,
a refrigerant circulation line (10a) consisting of the compressor (12), an outdoor heat exchanger (13), an expansion valve (14), and an indoor heat exchanger (15);
a heater core side coolant circulation line (24) that circulates coolant to the heater core (22) for heating the vehicle interior;
It includes a chiller (17) that heat exchanges the refrigerant circulating in the refrigerant circulation line (10a) and the coolant circulating in the heater core side coolant circulation line (24);
The chiller (17) uses the discharged refrigerant of the compressor (12) and the coolant of the heater core side coolant circulation line (24) or the discharge refrigerant of the outdoor heat exchanger (13) and the heater core side coolant circulation line (24). selectively heat exchanges the coolant;
It further includes a battery-side coolant circulation line (20a) that circulates coolant to cool the battery (B),
The battery-side coolant circulation line (20a) is connected to the heater core-side coolant circulation line (24) in the vehicle interior cooling mode, and supplies coolant cooled by heat exchange with the chiller (17) to the battery (B). ) to cool the battery (B);
a coolant circulation line (44) on the electrical component module side that circulates coolant to cool the electrical component module (C);
The coolant in the electric component module side coolant circulation line 44 is bypassed to the battery side coolant circulation line 20a, and the coolant circulating in the battery side coolant circulation line 20a is passed through the electric component module side coolant circulation line. It includes a valve means for returning it back to the (44) side;
The valve means is,
In the cooling mode and heating mode inside the vehicle interior, the coolant from the coolant circulation line 44 on the electronic component module side flows into the coolant circulation line 20a on the battery side to cool the battery B, and then cools the battery B. Returning it back to the module side coolant circulation line (44);
The valve means is,
A three-way valve (36) capable of bypassing the coolant of the coolant circulation line (44) on the electrical component module side, and a three-way valve (36) capable of bypassing the coolant of the coolant circulation line (44) on the electrical component module side, which is bypassed by the three-way valve (36). A four-way valve (28) that can be introduced into the battery-side coolant circulation line (20a), and a return valve (37) that returns the coolant that has passed through the battery (B) back to the electric component module side coolant circulation line (44). ) and;
When the vehicle interior is in cooling mode, the battery side coolant circulation line 20a is,
When cooling the battery (B) using cold air from the chiller (17) of the air conditioning device (10), the valve means connects the electric component module side coolant circulation line to the battery side coolant circulation line (20a). Shut off the coolant bypass at (44);
When cooling the battery (B) using the coolant from the coolant circulation line 44 on the electrical component module side, the expansion valve 34 installed on the upstream side of the chiller 17 is blocked, and the chiller ( 17) Stops the generation of cold air;
The coolant circulation line 44 on the electrical component module side is,
A radiator (42) that cools the coolant that has taken heat from the electrical component module (C);
Integrated thermal management of the automobile, comprising a three-way valve (46) that bypasses the coolant on the outlet side of the electrical component module (C) to the internal passage (13a) of the outdoor heat exchanger (13) of the air conditioning device (10). system.
상기 칠러(17)는,
차실내의 냉방모드 시에는, 상기 실외열교환기(13)와 상기 팽창밸브(34)를 통과한 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 냉각시키고;
차실내의 난방모드 시에는, 상기 압축기(12)의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 가열하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.According to clause 1,
The chiller (17) is,
In the vehicle interior cooling mode, heat is exchanged between the refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger (13) and the expansion valve (34) and the coolant in the heater core side coolant circulation line (24). Cooling the coolant in (24);
In the vehicle interior heating mode, the coolant discharged from the compressor (12) and the coolant in the heater core side coolant circulation line (24) undergo heat exchange to heat the coolant in the heater core side coolant circulation line (24). An integrated thermal management system for automobiles.
상기 공조장치(10)는,
상기 히터코어(22) 상류측의 상기 냉각수순환라인(24) 상에 설치되는 PTC 히터(27)를 더 포함하며,
상기 PTC 히터(27)는, 차실내의 난방모드 시에, 상기 히터코어(22)로 도입되는 냉각수를 가열하여, 가열된 냉각수가 상기 히터코어(22)를 순환하면서 고온의 열을 방출할 수 있게 하는 구조인 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.According to clause 2,
The air conditioning device 10,
It further includes a PTC heater (27) installed on the coolant circulation line (24) upstream of the heater core (22),
The PTC heater 27 heats the coolant introduced into the heater core 22 in the vehicle interior heating mode, and the heated coolant circulates through the heater core 22 to emit high-temperature heat. An integrated thermal management system for an automobile, characterized in that it has a structure that enables
상기 전장부품모듈측 냉각수순환라인(44)은,
차실내의 냉방모드 시에, 냉각수를 상기 전장부품모듈(C)과 라디에이터(42) 사이에서 순환시키면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시키고;
차실내의 난방모드 시에, 상기 삼방밸브(46)를 통해 상기 전장부품모듈(C)의 출구측(Ca) 냉각수를 상기 공조장치(10)의 실외열교환기(13) 내부유로(13a)로 바이패스하여, 냉각수가 상기 전장부품모듈(C)과 상기 공조장치(10)의 실외열교환기(13) 사이에서 순환되면서 상기 전장부품모듈(C)을 냉각시킴과 동시에 상기 전장부품모듈(C)의 폐열을 상기 공조장치(10)측으로 회수하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.According to clause 1,
The coolant circulation line 44 on the electrical component module side is,
In the vehicle interior cooling mode, coolant is circulated between the electrical component module (C) and the radiator (42) to cool the electrical component module (C);
In the vehicle interior heating mode, the coolant from the outlet side (Ca) of the electrical component module (C) is supplied to the internal passage (13a) of the outdoor heat exchanger (13) of the air conditioning device (10) through the three-way valve (46). By bypassing, the coolant circulates between the electrical component module (C) and the outdoor heat exchanger (13) of the air conditioning device (10) to cool the electrical component module (C) and simultaneously cool the electrical component module (C). An integrated thermal management system for an automobile, characterized in that waste heat is recovered to the air conditioning device (10).
상기 배터리(B)의 충전 시에, 상기 배터리(B)를 예열하기 위한 배터리 예열장치(50)를 더 포함하며;
상기 배터리 예열장치(50)는,
배터리 충전모드 시에, 상기 압축기(12)의 토출 냉매와 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 열교환시켜, 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 가열하는 상기 칠러(17)와;
가열된 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)의 냉각수를 상기 배터리(B)에 냉각수를 순환시켜 상기 배터리(B)를 예열하는 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 열관리 시스템.According to any one of paragraphs 2, 4, and 9,
When charging the battery (B), it further includes a battery preheating device (50) for preheating the battery (B);
The battery preheating device 50,
In the battery charging mode, the chiller 17 heats the coolant in the heater core side coolant circulation line 24 by performing heat exchange between the refrigerant discharged from the compressor 12 and the coolant in the heater core side coolant circulation line 24. )and;
An integration characterized by comprising a battery-side coolant circulation line (20a) for preheating the battery (B) by circulating coolant from the heated coolant side coolant circulation line (24) to the battery (B). Thermal management system.
상기 배터리 예열장치(50)는,
상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)에 설치되는 PTC 히터(27)를 더 포함하며;
상기 PTC 히터(27)는,
배터리 충전모드 시에, 온(ON)되면서 상기 히터코어측 냉각수순환라인(24)을 따라 흐르는 냉각수를 가열하여, 가열된 냉각수가 상기 배터리측 냉각수순환라인(20a)을 통해 배터리(B)로 도입되면서 상기 배터리(B)를 예열할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
According to clause 10,
The battery preheating device 50,
It further includes a PTC heater (27) installed in the heater core side coolant circulation line (24);
The PTC heater 27 is,
In the battery charging mode, the coolant flowing along the heater core side coolant circulation line 24 is heated as it is turned on, and the heated coolant is introduced into the battery B through the battery side coolant circulation line 20a. An integrated thermal management system for an automobile, characterized in that it allows the battery (B) to be preheated.
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