KR102726579B1

KR102726579B1 - Heat pump system for vehicle

Info

Publication number: KR102726579B1
Application number: KR1020200039335A
Authority: KR
Inventors: 성원석; 허재청; 김재연; 김수환
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2024-11-05
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: KR20210121903A

Abstract

차량용 히트펌프 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 제1 냉각수 라인으로 연결되는 제1 라디에이터와 제1 워터펌프를 포함하며, 적어도 하나의 전장품과 적어도 하나의 모터를 냉각하도록 상기 제1 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 제1 냉각장치; 제2 냉각수 라인으로 연결되는 제2 라디에이터를 포함하고, 상기 제2 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 제2 냉각장치; 상기 제2 냉각수 라인과 제1 밸브를 통해 선택적으로 연결되는 배터리 냉각수 라인에 구비되는 배터리 모듈; 및 상기 배터리 냉각수 라인에 구비되어 내부에 냉각수가 통과되고, 에어컨 장치의 냉매라인과 냉매 연결라인을 통해 연결되며, 선택적으로 유입되는 냉각수를 상기 에어컨 장치로부터 공급된 냉매와 열교환시켜 냉각수의 온도를 조절하는 칠러; 를 포함하되, 상기 제1, 및 제2 라디에이터에서 냉각된 냉각수를 이용해 상기 적어도 하나의 전장품과 상기 적어도 하나의 모터를 냉각하도록 상기 제2 라디에이터를 사이에 두고, 상기 제2 냉각수 라인과 상기 제1 냉각수 라인을 연결하는 제2 밸브와 연결라인을 더 포함하며, 상기 에어컨 장치에 구비된 메인 컨덴서는 상기 제1 냉각장치를 순환하는 냉각수가 각각 통과되도록 상기 제1 냉각수 라인과 연결될 수 있다.A vehicle heat pump system is disclosed. According to an embodiment of the present invention, a vehicle heat pump system comprises: a first cooling device including a first radiator and a first water pump connected to a first coolant line and circulating coolant in the first coolant line to cool at least one electrical component and at least one motor; a second cooling device including a second radiator connected to a second coolant line and circulating coolant in the second coolant line; a battery module provided in a battery coolant line selectively connected to the second coolant line through a first valve; and a chiller provided in the battery coolant line and having coolant passing therein, connected to a refrigerant line of an air-conditioning device through a refrigerant connection line, and controlling a temperature of the coolant by heat-exchanging coolant selectively introduced therein with refrigerant supplied from the air-conditioning device. Including, but including a second radiator interposed to cool the at least one electrical component and the at least one motor using coolant cooled by the first and second radiators, and further including a second valve and a connection line connecting the second coolant line and the first coolant line, wherein the main condenser provided in the air conditioning device can be connected to the first coolant line so that coolant circulating through the first cooling device passes through each of them.

Description

HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE

본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2 개의 라디에이터에서 냉각된 각각의 냉각수를 이용해 전장품, 및 모터와, 배터리 모듈을 효율적으로 냉각하도록 하는 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle heat pump system, and more particularly, to a vehicle heat pump system that efficiently cools electrical components, a motor, and a battery module using respective coolants cooled in two radiators.

일반적으로 자동차용 공기조화 시스템은 자동차의 실내를 난방하거나 냉방하기 위하여 냉매를 순환시키는 에어컨 장치를 포함한다.Typically, an automotive air conditioning system includes an air conditioning unit that circulates refrigerant to heat or cool the interior of the vehicle.

이러한 에어컨 장치는 외부의 온도변화에 관계없이 자동차 실내의 온도를 적당한 온도로 유지하여 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있도록 하는 것으로 압축기의 구동에 의하여 토출되는 냉매가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 증발기에 의한 열교환에 의하여 자동차의 실내를 난방 또는 냉방하도록 구성된다.These air conditioning devices are designed to maintain a comfortable indoor environment by maintaining the temperature inside the car at an appropriate temperature regardless of external temperature changes. The refrigerant discharged by the operation of the compressor is circulated through the condenser, receiver dryer, expansion valve, and evaporator back to the compressor, thereby heating or cooling the car's interior through heat exchange by the evaporator.

즉, 에어컨 장치는 여름철 냉방모드 시에는 압축기로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 응축기를 통하여 응축된 후 리시버 드라이어 및 팽창밸브를 거쳐 증발기에서의 증발을 통하여 실내의 온도 및 습도를 낮추게 된다.That is, when the air conditioner is in cooling mode in the summer, the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant compressed by the compressor is condensed through the condenser, then passes through the receiver dryer and expansion valve and evaporates in the evaporator, thereby lowering the temperature and humidity of the room.

한편, 최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차로 구분된다.Meanwhile, as interest in energy efficiency and environmental pollution issues has grown, there has been a demand for the development of eco-friendly cars that can practically replace internal combustion engine cars. These eco-friendly cars are usually categorized as electric cars that are powered by fuel cells or electricity, or hybrid cars that are powered by engines and batteries.

이러한 친환경 차량 중, 전기자동차 또는 하이브리드 차량에는 일반 차량의 공기조화장치와는 달리 별도의 히터가 사용되지 않으며, 친환경 차량에 적용되는 공기조화장치를 통상적으로 히트펌프 시스템이라 한다.Among these eco-friendly vehicles, electric vehicles or hybrid vehicles do not use a separate heater, unlike the air conditioning systems of regular vehicles, and the air conditioning systems applied to eco-friendly vehicles are usually called heat pump systems.

한편, 전기 자동차의 경우에는 산소와 수소의 화학적 반응 에너지를 전기 에너지로 전환하여 구동력을 발생시키게 되며, 이 과정에서 연료전지 내의 화학적 반응에 의해 열에너지가 발생되는 바, 발생된 열을 효과적으로 제거하는 것이 연료전지의 성능 확보에 있어 필수적이다.Meanwhile, in the case of electric vehicles, the chemical reaction energy of oxygen and hydrogen is converted into electrical energy to generate driving force, and during this process, heat energy is generated by the chemical reaction within the fuel cell, so effectively removing the generated heat is essential to securing the performance of the fuel cell.

그리고 하이브리드 자동차에서도 일반적인 연료로 작동하는 엔진과 함께, 상기한 연료전지나, 전기 배터리로부터 공급되는 전기를 이용해 모터를 구동시켜 구동력을 발생시키게 되는 바, 연료전지나 배터리, 및 모터로부터 발생되는 열을 효과적으로 제거해야만 모터의 성능을 확보할 수 있게 된다.And in hybrid vehicles, in addition to engines that run on regular fuel, the above-mentioned fuel cells or electric batteries are used to drive motors to generate driving power. Therefore, the heat generated from the fuel cells, batteries, and motors must be effectively removed in order to secure motor performance.

이에 따라, 종래 기술에 따른 하이브리드 차량이나 전기 자동차에서는 모터와 전장품, 및 연료전지를 포함하는 배터리의 발열을 방지하도록 냉각수단, 및 히트펌프 시스템과 함께, 배터리 냉각 시스템이 각각 별도의 밀폐회로로 구성해야만 한다. Accordingly, in hybrid vehicles or electric vehicles according to the prior art, the battery cooling system must be configured as a separate sealed circuit together with the cooling means and the heat pump system to prevent heat generation of the motor, electrical components, and battery including the fuel cell.

따라서, 차량의 전방에 배치되는 쿨링모듈의 크기 및 중량이 증가되고, 엔진룸 내부에서 각각의 히트펌프 시스템과 냉각수단 및 배터리 냉각 시스템으로 냉매 또는 냉각수를 공급하는 연결배관들의 레이아웃이 복잡해지는 단점이 있다.Accordingly, there is a disadvantage in that the size and weight of the cooling module placed at the front of the vehicle increase, and the layout of the connecting pipes supplying refrigerant or coolant to each heat pump system, cooling means, and battery cooling system inside the engine room becomes complicated.

또한, 배터리가 최적성능을 발휘되도록 차량의 상태에 따라 배터리를 승온 또는 냉각시키는 배터리 냉각 시스템이 별도로 구비되는 바, 각 연결배관과 연결하기 위한 다수개의 밸브가 적용되고, 이 밸브들의 빈번한 개폐작동으로 인한 소음 및 진동이 차량 실내로 전달되어 승차감이 저하되는 단점도 있다.In addition, a battery cooling system is separately provided to heat or cool the battery depending on the condition of the vehicle so that the battery can perform optimally. A number of valves are applied to connect to each connecting pipe, and noise and vibration caused by frequent opening and closing of these valves are transmitted to the vehicle interior, which also has the disadvantage of reducing ride comfort.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The information contained in this background section has been prepared to promote understanding of the background of the invention and may include matters that are not prior art and are already known to those skilled in the art.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 2 개의 라디에이터에서 냉각된 각각의 냉각수를 이용해 전장품, 및 모터와, 배터리 모듈을 효율적으로 냉각하도록 하는 차량용 히트펌프 시스템을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the problem that the present invention seeks to solve is to provide a vehicle heat pump system that efficiently cools electrical components, a motor, and a battery module by using each coolant cooled in two radiators.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 제1 냉각수 라인으로 연결되는 제1 라디에이터와 제1 워터펌프를 포함하며, 적어도 하나의 전장품과 적어도 하나의 모터를 냉각하도록 상기 제1 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 제1 냉각장치; 제2 냉각수 라인으로 연결되는 제2 라디에이터를 포함하고, 상기 제2 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 제2 냉각장치; 상기 제2 냉각수 라인과 제1 밸브를 통해 선택적으로 연결되는 배터리 냉각수 라인에 구비되는 배터리 모듈; 및 상기 배터리 냉각수 라인에 구비되어 내부에 냉각수가 통과되고, 에어컨 장치의 냉매라인과 냉매 연결라인을 통해 연결되며, 선택적으로 유입되는 냉각수를 상기 에어컨 장치로부터 공급된 냉매와 열교환시켜 냉각수의 온도를 조절하는 칠러; 를 포함하되, 상기 제1, 및 제2 라디에이터에서 냉각된 냉각수를 이용해 상기 적어도 하나의 전장품과 상기 적어도 하나의 모터를 냉각하도록 상기 제2 라디에이터를 사이에 두고, 상기 제2 냉각수 라인과 상기 제1 냉각수 라인을 연결하는 제2 밸브와 연결라인을 더 포함하며, 상기 에어컨 장치에 구비된 메인 컨덴서는 상기 제1 냉각장치를 순환하는 냉각수가 각각 통과되도록 상기 제1 냉각수 라인과 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a vehicle heat pump system comprises: a first cooling device including a first radiator and a first water pump connected to a first coolant line and circulating coolant in the first coolant line to cool at least one electrical component and at least one motor; a second cooling device including a second radiator connected to a second coolant line and circulating coolant in the second coolant line; a battery module provided in a battery coolant line selectively connected to the second coolant line through a first valve; and a chiller provided in the battery coolant line and having coolant passing therein, connected to a refrigerant line of an air-conditioning device through a refrigerant connection line, and controlling a temperature of the coolant by heat-exchanging coolant selectively introduced therein with refrigerant supplied from the air-conditioning device. Including, but including a second radiator interposed to cool the at least one electrical component and the at least one motor using coolant cooled by the first and second radiators, and further including a second valve and a connection line connecting the second coolant line and the first coolant line, wherein the main condenser provided in the air conditioning device can be connected to the first coolant line so that coolant circulating through the first cooling device passes through each of them.

상기 에어컨 장치는 상기 냉매라인을 통해 연결되며, 차량의 냉방, 난방, 및 제습 모드에 따라, 증발기를 통과한 외기가 내부 컨덴서에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어가 내부에 구비된 HVAC모듈; 상기 증발기와 상기 내부 컨덴서 사이에서 상기 냉매라인을 통해 연결되는 압축기; 상기 메인 컨덴서와 상기 증발기를 연결하는 상기 냉매라인에 구비되는 제1 팽창밸브; 및 상기 냉매 연결라인에 구비되는 제2 팽창밸브; 를 포함할 수 있다.The air conditioning unit may include: an HVAC module having an opening/closing door inside that is connected through the refrigerant line and selectively controls outside air passing through the evaporator to flow into the internal condenser according to the cooling, heating, and dehumidifying modes of the vehicle; a compressor connected between the evaporator and the internal condenser through the refrigerant line; a first expansion valve provided in the refrigerant line connecting the main condenser and the evaporator; and a second expansion valve provided in the refrigerant connection line.

상기 메인 컨덴서와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에는 서브 컨덴서가 구비될 수 있다.A sub-condenser may be provided in the refrigerant line between the main condenser and the evaporator.

상기 서브 컨덴서는 상기 서브 컨덴서에서 응축된 냉매를 외기와 열교환을 통해 추가로 응축시킬 수 있다.The above sub-condenser can further condense the refrigerant condensed in the above sub-condenser through heat exchange with the outside air.

상기 서브 컨덴서는 상기 제1 라디에이터의 전방에서 차량의 전후방향을 기준으로 상기 제2 라디에이터와 동일 선상에 배치될 수 있다.The above sub-condenser can be arranged on the same line as the second radiator in the front-rear direction of the vehicle in front of the first radiator.

상기 제2 팽창밸브는 상기 냉매와 열교환된 냉각수를 이용하여 상기 배터리 모듈을 냉각할 경우에 작동되며, 상기 냉매 연결라인을 통해 유입되는 상기 냉매를 팽창시켜 상기 칠러로 유입시킬 수 있다.The above second expansion valve operates when cooling the battery module using the cooling water that has exchanged heat with the refrigerant, and can expand the refrigerant introduced through the refrigerant connection line and introduce it into the chiller.

상기 제1 밸브는 상기 제2 라디에이터와 상기 칠러 사이에서 상기 제2 냉각수 라인과 상기 배터리 냉각수 라인을 선택적으로 연결하고, 상기 배터리 냉각수 라인에는 상기 제1 밸브를 통해 상기 칠러와 상기 배터리 모듈을 연결하는 분기라인이 구비되며, 상기 분기라인은 차량의 냉방모드에서 상기 배터리 냉각수 라인이 제2 냉각장치와 분리되어 독립된 밀폐회로를 형성하도록 상기 제1 밸브의 작동에 의해 상기 제2 냉각수 라인과 상기 배터리 냉각수 라인의 연결을 폐쇄할 수 있다.The first valve selectively connects the second coolant line and the battery coolant line between the second radiator and the chiller, and the battery coolant line is provided with a branch line connecting the chiller and the battery module through the first valve, and the branch line can close the connection between the second coolant line and the battery coolant line by operation of the first valve so that the battery coolant line is separated from the second cooling device in a cooling mode of the vehicle to form an independent sealed circuit.

상기 제1 밸브는 냉매와 열교환된 냉각수를 이용하여 상기 배터리 모듈을 냉각할 경우에 상기 분기라인을 개방하고, 상기 제2 냉각수 라인과 상기 배터리 냉각수 라인의 연결을 폐쇄할 수 있다.The above first valve can open the branch line and close the connection between the second coolant line and the battery coolant line when cooling the battery module using coolant that has been heat-exchanged with the refrigerant.

상기 배터리 냉각수 라인에는 제2 워터펌프가 구비될 수 있다.The above battery coolant line may be equipped with a second water pump.

차량의 일반 주행 모드일 경우, 상기 제1 냉각장치에서 상기 제1 라디에이터에서 냉각된 냉각수는 상기 제1 워터펌프의 작동에 의해 상기 제1 냉각수 라인을 따라 순환되면서 상기 적어도 하나의 전장품과 상기 적어도 하나의 모터를 냉각하고, 상기 제2 밸브의 작동을 통해 상기 연결라인이 폐쇄되며, 상기 제2 냉각수 라인은 상기 제1 밸브의 작동에 의해 상기 배터리 냉각수 라인과 연결되고, 상기 분기라인은 폐쇄되며, 상기 제2 라디에이터에서 냉각된 냉각수는 상기 제2 워터펌프의 작동에 의해 상기 제2 냉각수 라인과 상기 배터리 냉각수 라인을 따라 순환되면서 상기 배터리 모듈을 냉각시킬 수 있다.When the vehicle is in a normal driving mode, the coolant cooled in the first radiator in the first cooling device can be circulated along the first coolant line by the operation of the first water pump to cool the at least one electrical component and the at least one motor, the connecting line is closed by the operation of the second valve, the second coolant line is connected to the battery coolant line by the operation of the first valve, the branch line is closed, and the coolant cooled in the second radiator can be circulated along the second coolant line and the battery coolant line by the operation of the second water pump to cool the battery module.

차량의 냉방 모드에서 상기 배터리 모듈을 냉각할 경우, 상기 연결라인은 상기 제2 밸브의 작동에 의해 개방되고, 상기 제2 라디에이터는 개방된 상기 연결라인을 통해 상기 제1 냉각수 라인과 연결되며, 상기 제1 밸브의 작동에 의해 상기 분기라인이 개방된 상태에서, 상기 배터리 냉각수 라인이 제2 냉각장치와 분리되어 독립된 밀폐회로를 형성하도록 상기 제2 냉각수 라인과 상기 배터리 냉각수 라인의 연결이 폐쇄되며, 상기 에어컨 장치에서는 각 구성요소가 작동하여 상기 냉매가 순환됨과 동시에, 상기 제2 팽창밸브의 작동을 통해 상기 냉매 연결라인이 개방된 상태에서, 상기 냉매라인과 상기 냉매 연결라인을 따라 상기 냉매가 순환되며, 상기 제2 팽창밸브는 상기 냉매 연결라인을 따라 상기 칠러로 유입되는 상기 냉매를 팽창시킬 수 있다.When cooling the battery module in the cooling mode of the vehicle, the connecting line is opened by the operation of the second valve, the second radiator is connected to the first coolant line through the opened connecting line, and in a state where the branch line is opened by the operation of the first valve, the connection between the second coolant line and the battery coolant line is closed so that the battery coolant line is separated from the second cooling device to form an independent sealed circuit, and in the air conditioning device, each component operates to circulate the refrigerant, and in a state where the refrigerant connecting line is opened through the operation of the second expansion valve, the refrigerant is circulated along the refrigerant line and the refrigerant connecting line, and the second expansion valve can expand the refrigerant flowing into the chiller along the refrigerant connecting line.

상기 제1, 및 제2 라디에이터에서 냉각된 냉각수는 상기 제1 워터펌프의 작동에 의해 상기 제1 냉각수 라인과 상기 연결라인을 따라 순환되면서 상기 적어도 하나의 전장품과 상기 적어도 하나의 모터를 냉각하고, 상기 배터리 냉각수 라인과 상기 분기라인을 따라 순환하는 냉각수는 상기 칠러에서 냉매와 열교환을 통해 냉각된 상태로, 상기 제2 워터펌프의 작동에 의해 상기 배터리 모듈에 공급될 수 있다.The coolant cooled in the first and second radiators may be circulated along the first coolant line and the connecting line by the operation of the first water pump to cool the at least one electrical component and the at least one motor, and the coolant circulated along the battery coolant line and the branch line may be supplied to the battery module by the operation of the second water pump in a cooled state through heat exchange with a refrigerant in the chiller.

상기 제2 라디에이터는 상기 연결라인을 통해 상기 제1 라디에이터와 병렬로 연결될 수 있다.The above second radiator can be connected in parallel with the first radiator via the above connecting line.

상기 제2 팽창밸브는 냉매를 유동흐름을 제어하면서, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 전자식 팽창밸브일 수 있다.The above second expansion valve may be an electronic expansion valve that selectively expands the refrigerant while controlling the flow of the refrigerant.

상기 메인 컨덴서에는 리시버 드라이어가 장착되고, 상기 리시버 드라이어는 상기 메인 컨덴서를 통과한 상기 냉매의 내부에 포함된 기체냉매를 분리할 수 있다.The above main condenser is equipped with a receiver dryer, and the receiver dryer can separate gaseous refrigerant contained inside the refrigerant that has passed through the main condenser.

상기 전장품은 적어도 하나의 인버터와 충전기(On Board Charger, OBC)를 포함하고, 상기 모터는 전륜 및 후륜에 대응하여 2 개로 각각 구성될 수 있다.The above-mentioned components include at least one inverter and a charger (On Board Charger, OBC), and the above-mentioned motors may be configured in two units corresponding to the front and rear wheels, respectively.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에 의하면, 차량의 일반 주행 모드, 및 냉방모드에서 2 개의 라디에이터에서 냉각된 각각의 냉각수를 선택적으로 이용해 전장품, 및 모터와, 배터리 모듈을 효율적으로 냉각할 수 있다.As described above, according to the vehicle heat pump system according to the embodiment of the present invention, in the normal driving mode and the cooling mode of the vehicle, the electrical components, the motor, and the battery module can be efficiently cooled by selectively using the respective coolants cooled by the two radiators.

또한, 2개의 라디에이터와 서브 컨덴서를 2열로 배치함으로써, 각 라디에이터의 열 교환량을 증가시키고, 전제적인 냉각성능을 향상시킬 수 있다. Additionally, by arranging two radiators and sub-condensers in two rows, the heat exchange volume of each radiator can be increased, improving the overall cooling performance.

또한, 에어컨 장치의 고장 시에도 배터리 모듈과 선택적으로 연결되는 제2 냉각장치를 이용해 배터리 모듈을 효율적으로 냉각할 수 있다. Additionally, even in the event of a failure of the air conditioning unit, the battery module can be efficiently cooled using a second cooling unit that is optionally connected to the battery module.

또한, 전체 시스템의 간소화를 통해 제작원가 절감 및 중량 축소가 가능하고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.In addition, the simplification of the entire system can reduce manufacturing costs, reduce weight, and improve space utilization.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 차량의 일반 주행 모드에 대한 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 차량의 냉방모드에 대한 작동 상태도이다.FIG. 1 is a block diagram of a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an operation status diagram for a normal driving mode of a vehicle in a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an operation status diagram for a vehicle cooling mode in a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Prior to this, it should be understood that the embodiments described in this specification and the configurations illustrated in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, and therefore, there may be various equivalents and modified examples that can replace them at the time of filing this application.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are used for identical or similar components throughout the specification.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.The size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and therefore the present invention is not necessarily limited to what is shown in the drawings. In order to clearly express various parts and areas, the thickness is shown by enlarging it.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.And throughout the specification, whenever a part is said to “include” a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.Additionally, terms such as “...unit,” “...means,” “...part,” “...element,” etc., described in the specification mean a comprehensive unit of configuration that performs at least one function or operation.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 블록 구성도이다.FIG. 1 is a block diagram of a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 전기 자동차에서 적어도 하나의 전장품(15)과 적어도 하나의 모터(16)를 냉각하기 위한 제1 냉각장치(10), 상기 배터리 모듈(30)을 냉각하기 위한 제2 냉각장치(20), 및 실내를 냉방 또는 난방하기 위한 공조장치인 에어컨 장치(50)가 상호 연동될 수 있다.A vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention may include a first cooling device (10) for cooling at least one electrical component (15) and at least one motor (16) in an electric vehicle, a second cooling device (20) for cooling the battery module (30), and an air conditioning device (50) for cooling or heating an interior, which may be interconnected.

즉, 도 1을 참조하면, 상기 히트펌프 시스템은 상기 제1, 및 제2 냉각장치(10, 20), 상기 배터리 모듈(30), 및 칠러(60)를 포함한다.That is, referring to FIG. 1, the heat pump system includes the first and second cooling devices (10, 20), the battery module (30), and the chiller (60).

먼저, 상기 제1 냉각장치(10)는 제1 냉각수 라인(11)으로 연결되는 제1 라디에이터(12)와 제1 워터펌프(14)를 포함한다. 이러한 제1 냉각장치(10)는 상기 전장품(15)과 상기 모터(16)를 냉각하도록 상기 제1 워터펌프(14)의 작동을 통해 상기 제1 냉각수 라인(11)에 냉각수를 순환시키게 된다.First, the first cooling device (10) includes a first radiator (12) and a first water pump (14) connected to a first cooling water line (11). The first cooling device (10) circulates cooling water through the first cooling water line (11) by operating the first water pump (14) to cool the electrical components (15) and the motor (16).

상기 제1 라디에이터(12)는 차량의 전방에 배치되며, 후방에는 쿨링팬(13)이 구비되어 상기 쿨링팬(13)의 작동과 외기와의 열교환을 통해 냉각수를 냉각하게 된다.The above first radiator (12) is placed at the front of the vehicle, and a cooling fan (13) is provided at the rear to cool the coolant through the operation of the cooling fan (13) and heat exchange with the outside air.

여기서, 상기 전장품(15)은 전력제어장치, 또는 충전기(15a : On Board Charger, OBC), 또는 인버터(15b, 15c)를 포함할 수 있다. 상기 전력제어장치 또는 상기 인버터(15b, 15c)는 주행 중에 발열되고, 상기 충전기(15a)는 상기 배터리 모듈(30)을 충전할 경우 발열될 수 있다.Here, the above-mentioned electrical equipment (15) may include a power control device, or a charger (15a: On Board Charger, OBC), or an inverter (15b, 15c). The power control device or the inverter (15b, 15c) may generate heat during driving, and the charger (15a) may generate heat when charging the battery module (30).

또한, 상기 모터(16)는 전륜 및 후륜에 대응하여 전륜 및 후륜 모터(16a, 16b)로 각각 구성될 수 있다. In addition, the motor (16) may be configured as front and rear wheel motors (16a, 16b) corresponding to the front and rear wheels, respectively.

그리고 상기 인버터(15b, 15c)는 상기 전륜 및 후륜 모터(16a, 16b)에 대응하여 2개로 구성될 수 있다.And the inverters (15b, 15c) can be configured in two units corresponding to the front and rear wheel motors (16a, 16b).

이러한 전장품(15)과 상기 모터(16)는 상기 제1 냉각수 라인(11)에서 직렬로 배치될 수 있다.These components (15) and the motor (16) can be arranged in series in the first cooling water line (11).

또한, 상기 제1 라디에이터(12)와 상기 제1 워터펌프(14) 사이에서 상기 제1 냉각수 라인(11)에는 제1 리저버 탱크(19)가 구비된다. 상기 제1 리저버 탱크(19)에는 상기 제1 라디에이터(12)에서 냉각된 냉각수가 저장될 수 있다.In addition, a first reservoir tank (19) is provided in the first coolant line (11) between the first radiator (12) and the first water pump (14). Coolant cooled in the first radiator (12) can be stored in the first reservoir tank (19).

이와 같이 구성되는 상기 제1 냉각장치(10)는 상기 제1 워터펌프(14)의 작동을 통해 상기 제1 라디에이터(12)에서 냉각된 냉각수를 상기 제1 냉각수 라인(11)을 따라 순환시킴으로써, 상기 전장품(15)과 상기 모터(16)가 과열되지 않도록 냉각시키게 된다.The first cooling device (10) configured in this manner cools the electrical components (15) and the motor (16) so that they do not overheat by circulating the coolant cooled in the first radiator (12) along the first coolant line (11) through the operation of the first water pump (14).

본 실시예에서, 상기 제2 냉각장치(20)는 제2 냉각수 라인(21)으로 연결되는 제2 라디에이터(22)를 포함하고, 제2 냉각수 라인(21)에 냉각수를 순환시키게 된다.In this embodiment, the second cooling device (20) includes a second radiator (22) connected to a second cooling water line (21) and circulates cooling water in the second cooling water line (21).

이러한 제2 냉각장치(20)는 상기 제2 라디에이터(22)에서 냉각된 냉각수를 상기 배터리 모듈(30)에 선택적으로 공급할 수 있다. This second cooling device (20) can selectively supply coolant cooled in the second radiator (22) to the battery module (30).

상기 제2 라디에이터(22)는 상기 제1 라디에이터(12)의 전방에 배치되며, 상기 쿨링팬(13)의의 작동과 외기와의 열교환을 통해 냉각수를 냉각하게 된다.The second radiator (22) is placed in front of the first radiator (12) and cools the coolant through the operation of the cooling fan (13) and heat exchange with the outside air.

또한, 상기 제2 냉각수 라인(21)에는 제2 리저버 탱크(27)가 구비된다. 상기 제2 리저버 탱크(27)에는 상기 제2 라디에이터(22)에서 냉각된 냉각수가 저장될 수 있다.In addition, a second reservoir tank (27) is provided in the second cooling water line (21). Cooling water cooled in the second radiator (22) can be stored in the second reservoir tank (27).

이와 같이 구성되는 상기 제2 냉각장치(20)는 후술할 제2 워터펌프(33)의 작동을 통해 상기 제2 라디에이터(22)에서 냉각된 냉각수를 상기 제2 냉각수 라인(21)을 따라 순환시킬 수 있다.The second cooling device (20) configured in this manner can circulate the coolant cooled in the second radiator (22) along the second coolant line (21) through the operation of the second water pump (33) described later.

여기서, 상기 히트펌프 시스템은 상기 제1, 및 제2 라디에이터(12, 22)에서 냉각된 냉각수를 이용해 상기 적어도 하나의 전장품(15)과 상기 적어도 하나의 모터(16)를 냉각하도록 상기 제2 라디에이터(22)를 사이에 두고, 상기 제2 냉각수 라인(21)과 상기 제1 냉각수 라인(11)을 연결하는 제2 밸브(V2)와 연결라인(25)을 더 포함할 수 있다.Here, the heat pump system may further include a second valve (V2) and a connection line (25) that connect the second cooling water line (21) and the first cooling water line (11) with the second radiator (22) interposed therebetween to cool the at least one electrical component (15) and the at least one motor (16) using the cooling water cooled in the first and second radiators (12, 22).

상기 제2 밸브(V2)는 상기 제2 냉각수 라인(21)에 구비된다. The above second valve (V2) is provided in the second cooling water line (21).

그리고 상기 연결라인(25)은 상기 냉각수의 유동 방향을 기준으로 상기 제2 라디에이터(22)의 양측에 각각 구비된 상기 제2 냉각수 라인(21)과 상기 제1 냉각수 라인(11)을 연결할 수 있다. And the above connecting line (25) can connect the second cooling water line (21) and the first cooling water line (11) provided on each side of the second radiator (22) based on the flow direction of the cooling water.

이러한 연결라인(25) 중, 하나의 상기 연결라인(25)은 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 의해 상기 제1, 및 제2 냉각수 라인(11, 21)을 선택적으로 연결할 수 있다.Among these connecting lines (25), one of the connecting lines (25) can selectively connect the first and second cooling water lines (11, 21) by operation of the second valve (V2).

이와 같이 구성되는 상기 제1, 및 제2 냉각장치(10, 20)에서 상기 제2 라디에이터(21)는 차량의 냉방모드에서 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 의해 선택적으로 개방되는 상기 연결라인(25)을 통하여 상기 제1 라디에이터(11)와 병렬로 연결될 수 있다.In the first and second cooling devices (10, 20) configured as described above, the second radiator (21) can be connected in parallel with the first radiator (11) through the connecting line (25) that is selectively opened by the operation of the second valve (V2) in the cooling mode of the vehicle.

본 실시예에서, 상기 배터리 모듈(30)은 상기 제2 냉각수 라인(21)과 제1 밸브(V1)를 통해 선택적으로 연결되는 배터리 냉각수 라인(31)에 구비된다. In this embodiment, the battery module (30) is provided with a battery cooling water line (31) that is selectively connected to the second cooling water line (21) through the first valve (V1).

여기서, 상기 제1 밸브(V1)는 상기 제2 라디에이터(22)와 상기 배터리 모듈(30)의 사이에서 상기 제2 냉각수 라인(21)과 상기 배터리 냉각수 라인(31)을 선택적으로 연결할 수 있다.Here, the first valve (V1) can selectively connect the second coolant line (21) and the battery coolant line (31) between the second radiator (22) and the battery module (30).

보다 상세하게, 상기 제1 밸브(V1)는 상기 배터리 냉각수 라인(31)에 구비된 상기 칠러(60)와 상기 제2 라디에이터(22)의 사이에서 상기 제2 냉각수 라인(21)과 상기 배터리 냉각수 라인(31)을 선택적으로 연결한다.More specifically, the first valve (V1) selectively connects the second coolant line (21) and the battery coolant line (31) between the chiller (60) provided in the battery coolant line (31) and the second radiator (22).

여기서, 상기 배터리 모듈(30)은 상기 전장품(15)과 상기 모터(16)에 전원을 공급하고, 상기 배터리 냉각수 라인(31)을 따라 유동되는 냉각수로 냉각되는 수랭식으로 형성된다. Here, the battery module (30) supplies power to the electrical components (15) and the motor (16), and is formed as a water-cooled type cooled by coolant flowing along the battery coolant line (31).

즉, 상기 배터리 모듈(30)은 상기 제1 밸브(V1)의 작동에 따라 상기 제2 냉각장치(20)와 상기 배터리 냉각수 라인(31)을 통해 선택적으로 연결된다. 또한, 상기 배터리 모듈(30)은 상기 배터리 냉각수 라인(31)에 구비되는 상기 제2 워터펌프(33)의 작동에 의해 내부에 냉각수가 순환될 수 있다.That is, the battery module (30) is selectively connected to the second cooling device (20) through the battery cooling water line (31) according to the operation of the first valve (V1). In addition, the battery module (30) can have cooling water circulated inside by the operation of the second water pump (33) provided in the battery cooling water line (31).

상기 제2 워터펌프(33)는 상기 칠러(60)와 상기 배터리 모듈(30) 사이에서 상기 배터리 냉각수 라인(31)에 구비된다. 이러한 제2 워터펌프(33)는 상기 배터리 냉각수 라인(31)을 통해 냉각수를 순환시키도록 작동한다.The second water pump (33) is provided in the battery cooling water line (31) between the chiller (60) and the battery module (30). The second water pump (33) operates to circulate cooling water through the battery cooling water line (31).

여기서, 상기 제1, 및 제2 워터펌프(14, 33)는 전동식 워터펌프 일 수 있다.Here, the first and second water pumps (14, 33) may be electric water pumps.

본 실시예에서, 상기 칠러(60)는 상기 배터리 냉각수 라인(31)에 구비되어 내부에 냉각수가 통과되고, 상기 에어컨 장치(50)의 냉매라인(51)과 냉매 연결라인(62)을 통해 연결된다. In this embodiment, the chiller (60) is provided in the battery coolant line (31) so that coolant passes through the inside, and is connected to the refrigerant line (51) of the air conditioner unit (50) through a refrigerant connection line (62).

이러한 칠러(60)는 내부에 선택적으로 유입되는 냉각수를 상기 에어컨 장치(50)로부터 공급된 냉매와 열교환시켜 냉각수의 온도를 조절할 수 있다. 여기서, 상기 칠러(60)는 내부에 냉각수가 유입되는 수랭식 열교환기일 수 있다.This chiller (60) can control the temperature of the cooling water by heat-exchanging the cooling water selectively introduced into it with the refrigerant supplied from the air conditioner unit (50). Here, the chiller (60) may be a water-cooled heat exchanger into which cooling water is introduced.

한편, 상기 배터리 모듈(30)과 상기 칠러(60) 사이에서 상기 배터리 냉각수 라인(31)에는 냉각수 가열기(35)가 구비될 수 있다.Meanwhile, a coolant heater (35) may be provided in the battery coolant line (31) between the battery module (30) and the chiller (60).

상기 냉각수 가열기(35)는 상기 배터리 모듈(30)의 승온이 요구될 경우에 ON 작동되어 상기 배터리 냉각수 라인(31)에서 순환되는 냉각수를 가열함으로써, 온도가 상승된 냉각수를 상기 배터리 모듈(30)로 유입시킬 수 있다.The above coolant heater (35) is turned on when the temperature of the battery module (30) is required to be increased, thereby heating the coolant circulated in the battery coolant line (31), thereby allowing the coolant with increased temperature to be introduced into the battery module (30).

이러한 냉각수 가열기(35)는 전원 공급에 따라 작동하는 전기식 히터일 수 있다.These coolant heaters (35) may be electric heaters that operate depending on the power supply.

본 실시예에서, 상기 배터리 냉각수 라인(31)에는 상기 제1 밸브(V1)를 통해 상기 칠러(60)와 상기 배터리 모듈(30)의 사이에서 각 배터리 냉각수 라인(31)을 연결하는 분기라인(40)이 구비될 수 있다.In this embodiment, the battery coolant line (31) may be provided with a branch line (40) that connects each battery coolant line (31) between the chiller (60) and the battery module (30) through the first valve (V1).

상기 분기라인(40)은 차량의 냉방모드에서 상기 배터리 냉각수 라인(31)이 제2 냉각장치(20)와 분리되어 독립된 밀폐회로를 형성하도록 상기 제1 밸브(V1)의 작동에 의해 상기 제2 냉각수 라인(21)과 상기 배터리 냉각수 라인(31)의 연결을 폐쇄할 수 있다.The above branch line (40) can close the connection between the second coolant line (21) and the battery coolant line (31) by the operation of the first valve (V1) so that the battery coolant line (31) is separated from the second cooling device (20) in the cooling mode of the vehicle to form an independent sealed circuit.

이에 따라, 상기 배터리 냉각수 라인(31)은 개방된 상기 분기라인(40)을 통해 제2 냉각장치(20)와는 분리되고, 독립된 밀폐회로를 형성할 수 있다.Accordingly, the battery cooling water line (31) can be separated from the second cooling device (20) through the open branch line (40) and form an independent sealed circuit.

즉, 상기 제1 밸브(V1)는 냉매와 열교환된 냉각수를 이용하여 상기 배터리 모듈(30)을 냉각할 경우에 상기 분기라인(40)을 개방하고, 상기 제2 냉각수 라인(21)과 상기 배터리 냉각수 라인(31)의 연결을 폐쇄한다.That is, the first valve (V1) opens the branch line (40) and closes the connection between the second cooling water line (21) and the battery cooling water line (31) when cooling the battery module (30) using the cooling water that has been heat-exchanged with the refrigerant.

이러한 제1 밸브(V1)는 상기 제2 냉각수 라인(21)과 상기 배터리 냉각수 라인(31)을 선택적으로 연결하거나, 상기 배터리 냉각수 라인(31)과 상기 분기라인(40)을 선택적으로 연결하여 냉각수의 유동 흐름을 제어할 수 있다.This first valve (V1) can control the flow of coolant by selectively connecting the second coolant line (21) and the battery coolant line (31), or selectively connecting the battery coolant line (31) and the branch line (40).

즉, 상기 제1 밸브(V1)는 상기 제2 라디에이터(21)에서 냉각된 냉각수를 이용해 상기 배터리 모듈(30)을 냉각할 경우, 상기 제2 라디에이터(21)와 연결되는 상기 제2 냉각수 라인(21)과 상기 배터리 냉각수 라인(31)을 연결하고, 상기 분기라인(40)은 폐쇄할 수 있다.That is, when the first valve (V1) cools the battery module (30) using coolant cooled in the second radiator (21), the second coolant line (21) connected to the second radiator (21) and the battery coolant line (31) can be connected, and the branch line (40) can be closed.

그러면 상기 제2 라디에이터(22)에서 냉각된 냉각수는 상기 제1 밸브(V1)의 작동을 통해 연결된 상기 제2 냉각수 라인(11)과 상기 배터리 냉각라인(31)을 따라 유동되면서, 상기 배터리 모듈(30)을 냉각할 수 있다.Then, the coolant cooled in the second radiator (22) can flow along the second coolant line (11) and the battery cooling line (31) connected through the operation of the first valve (V1), thereby cooling the battery module (30).

또한, 상기 제1 밸브(V1)는 냉매와 열교환된 냉각수를 이용하여 상기 배터리 모듈(30)을 냉각할 경우에 상기 분기라인(40)을 개방하고, 상기 제2 냉각수 라인(21)과 상기 배터리 냉각수 라인(31)의 연결을 폐쇄할 수 있다.In addition, the first valve (V1) can open the branch line (40) and close the connection between the second cooling water line (21) and the battery cooling water line (31) when cooling the battery module (30) using cooling water that has been heat-exchanged with the refrigerant.

이에 따라, 상기 칠러(60)에서 냉매와 열교환이 완료된 저온의 냉각수는 상기 제1 밸브(V1)에 의해 개방된 상기 분기라인(40)을 통해 상기 배터리 모듈(30)로 유입됨으로써, 효율적으로 상기 배터리 모듈(30)을 냉각시킬 수 있다. Accordingly, the low-temperature cooling water that has completed heat exchange with the refrigerant in the chiller (60) flows into the battery module (30) through the branch line (40) opened by the first valve (V1), thereby efficiently cooling the battery module (30).

한편, 상기 배터리 모듈(30)을 승온할 경우, 상기 제1 밸브(V1)는 상기 분기라인(40)을 개방하고, 상기 제2 냉각수 라인(21)과 상기 배터리 냉각수 라인(31)의 연결을 폐쇄할 수 있다.Meanwhile, when the battery module (30) is heated, the first valve (V1) can open the branch line (40) and close the connection between the second coolant line (21) and the battery coolant line (31).

이에 따라, 상기 배터리 냉각수 라인(31)과 상기 분기라인(40)으로 순환되는 냉각수는 상기 제2 라디에이터(22)로 유입이 방지되고, 상기 냉각수 가열기(35)의 작동에 의해 가열된 상태로, 상기 배터리 모듈(30)로 유입될 수 있다.Accordingly, the coolant circulated through the battery coolant line (31) and the branch line (40) is prevented from flowing into the second radiator (22), and can flow into the battery module (30) in a heated state by the operation of the coolant heater (35).

즉, 온도가 상승된 냉각수는 상기 배터리 모듈(30)을 신속하게 승온시킬 수 있다.That is, the coolant with an elevated temperature can quickly heat up the battery module (30).

본 실시예에서, 상기 에어컨 장치(50)는 상기 냉매라인(51)을 통해 연결되는 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning : 52), 메인 컨덴서(53), 리시버 드라이어(54), 제1 팽창밸브(56), 증발기(57), 압축기(59), 및 제2 팽창밸브(64)를 포함한다. In this embodiment, the air conditioning unit (50) includes an HVAC module (Heating, Ventilation, and Air Conditioning: 52), a main condenser (53), a receiver dryer (54), a first expansion valve (56), an evaporator (57), a compressor (59), and a second expansion valve (64) connected through the refrigerant line (51).

먼저, 상기 HVAC 모듈(52)은 상기 냉매라인(51)을 통해 연결되며, 차량의 냉방, 난방, 및 난방/제습 모드에 따라, 상기 증발기(57)를 통과한 외기가 내부 컨덴서(52a)와 내부히터(52b)에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어(52c)가 내부에 구비된다.First, the HVAC module (52) is connected through the refrigerant line (51), and is provided with an opening/closing door (52c) inside to selectively allow outside air passing through the evaporator (57) to flow into the internal condenser (52a) and the internal heater (52b) depending on the cooling, heating, and heating/dehumidifying modes of the vehicle.

즉, 상기 개폐도어(52c)는 차량의 난방모드에서 상기 증발기(57)를 통과한 외기가 상기 내부 컨덴서(52a)와 내부히터(52b)로 유입되도록 개방된다. That is, the above-mentioned opening door (52c) is opened so that outside air passing through the evaporator (57) in the vehicle's heating mode flows into the internal condenser (52a) and the internal heater (52b).

반대로, 차량의 냉방모드에서 상기 개폐도어(52c)는 상기 증발기(57)를 통과하면서 냉각된 외기가 차량 내부로 바로 유입되도록 상기 내부 컨덴서(52a)와 상기 내부히터(52b) 측을 폐쇄하게 된다.Conversely, in the cooling mode of the vehicle, the opening/closing door (52c) closes the internal condenser (52a) and the internal heater (52b) so that the outside air cooled by passing through the evaporator (57) is directly introduced into the interior of the vehicle.

상기 메인 컨덴서(53)는 상기 냉매라인(51)과 연결되어 냉매가 통과되고, 상기 제1 냉각장치(10)를 순환하는 냉각수가 통과되도록 상기 제1 냉각수 라인(11)과 연결된다. The above main condenser (53) is connected to the above refrigerant line (51) so that the refrigerant passes through it, and is connected to the above first cooling water line (11) so that the cooling water circulating through the above first cooling device (10) passes through it.

이러한 메인 컨덴서(53)는 차량의 모드에 따라 상기 제1 냉각수 라인(11)을 통해 공급된 냉각수와 열교환을 통해 냉매를 응축시킬 수 있다. 즉, 상기 메인 컨덴서(53)는 내부에 냉각수가 유입되는 수랭식 열교환기일 수 있다. This main condenser (53) can condense the refrigerant through heat exchange with the coolant supplied through the first coolant line (11) depending on the vehicle mode. That is, the main condenser (53) can be a water-cooled heat exchanger into which coolant is introduced.

따라서, 상기 메인 컨덴서(53)를 통과하는 냉매는 상기 제1 냉각수 라인(11)을 통해 공급된 냉각수와 열교환될 수 있다. Therefore, the refrigerant passing through the main condenser (53) can be heat-exchanged with the cooling water supplied through the first cooling water line (11).

이와 같이 구성되는, 상기 메인 컨덴서(53)는 상기 압축기(59)로부터 상기 내부 컨덴서(52a)를 거쳐 공급된 냉매를 상기 제1 냉각장치(10)에서 공급되는 냉각수와 열교환시킬 수 있다. The main condenser (53) configured in this manner can exchange heat between the refrigerant supplied from the compressor (59) through the internal condenser (52a) and the cooling water supplied from the first cooling device (10).

본 실시예에서, 상기 리시버 드라이어(54)는 상기 메인 컨덴서(53)에 장착된다.In this embodiment, the receiver dryer (54) is mounted on the main condenser (53).

이러한 리시버 드라이어(54)는 상기 메인 컨덴서(53)를 통과한 상기 냉매의 내부에 포함된 기체냉매를 분리할 수 있다.This receiver dryer (54) can separate the gaseous refrigerant contained inside the refrigerant that has passed through the main condenser (53).

상기 리시버 드라이어(54)는 상기 메인 컨덴서(53)에 일체형으로 장착될 수 있다.The above receiver dryer (54) can be integrally mounted to the main condenser (53).

한편, 상기 메인 컨덴서(53)와 상기 증발기(57)의 사이에서 상기 냉매라인(51)에는 상기 메인 컨덴서(53)를 통과한 냉매를 추가로 응축시키기 위한 서브 컨덴서(55)가 구비될 수 있다.Meanwhile, a sub-condenser (55) may be provided in the refrigerant line (51) between the main condenser (53) and the evaporator (57) to further condense the refrigerant passing through the main condenser (53).

상기 서브 컨덴서(55)는 상기 제1 라디에이터(12)의 전방에서 차량의 전후방향을 기준으로 상기 제2 라디에이터(22)와 동일 선상에 배치되며, 내부로 유입된 냉매를 외기와 상호 열교환 시키게 된다.The above sub-condenser (55) is placed in front of the first radiator (12) and on the same line as the second radiator (22) based on the front-back direction of the vehicle, and causes the refrigerant introduced into the interior to exchange heat with the outside air.

이와 같이, 상기 서브 컨덴서(55)는 상기 메인 컨덴서(53)에서 응축된 냉매를 더 응축시킴으로써, 냉매의 서브쿨을 증대시킬 수 있고, 이로 인해, 압축기 소요동력 대비 냉방 능력의 계수인 COP(Coefficient Of Performance)가 향상될 수 있다.In this way, the sub condenser (55) can increase the sub-cool of the refrigerant by further condensing the refrigerant condensed in the main condenser (53), thereby improving the COP (Coefficient Of Performance), which is the coefficient of cooling capacity compared to the compressor power required.

즉, 본 실시예에서는 상기 제1, 및 제2 라디에이터(12, 22)와 상기 서브 컨덴서(55)를 포함하는 쿨링모듈을 2 열로 구성함으로써, 외기의 통기 저항을 줄이고, 풍량을 증가시킬 수 있어 쿨링모듈의 전체적인 냉각성능이 향상될 수 있다.That is, in the present embodiment, by configuring the cooling module including the first and second radiators (12, 22) and the sub-condenser (55) in two rows, the ventilation resistance of the outside air can be reduced and the air volume can be increased, so that the overall cooling performance of the cooling module can be improved.

본 실시예에서, 상기 제1 팽창밸브(56)는 상기 서브 컨덴서(55)와 상기 증발기(57)를 연결하는 상기 냉매라인(51)에 구비된다. 상기 제1 팽창밸브(56)는 상기 서브 컨덴서(55)를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키게 된다. 이러한 제1 팽창밸브(56)는 기계식 팽창밸브 일 수 있다.In this embodiment, the first expansion valve (56) is provided in the refrigerant line (51) connecting the sub-condenser (55) and the evaporator (57). The first expansion valve (56) receives the refrigerant passing through the sub-condenser (55) and expands it. The first expansion valve (56) may be a mechanical expansion valve.

상기 압축기(59)는 상기 증발기(57)와 상기 메인 컨덴서(53) 사이에서 상기 냉매라인(51)에 구비된다. 이러한 압축기(59)는 기체 상태의 냉매를 압축시키고 압축된 냉매를 상기 내부 컨덴서(52a)에 공급할 수 있다.The compressor (59) is provided in the refrigerant line (51) between the evaporator (57) and the main condenser (53). This compressor (59) can compress the refrigerant in a gaseous state and supply the compressed refrigerant to the internal condenser (52a).

그리고 상기 제2 팽창밸브(64)는 상기 서브 컨덴서(55)와 상기 칠러(60)의 사이에서 상기 냉매 연결라인(62)에 구비된다. And the second expansion valve (64) is provided in the refrigerant connection line (62) between the sub-condenser (55) and the chiller (60).

여기서, 상기 제2 팽창밸브(64)는 상기 냉매와 열교환된 냉각수를 이용하여 상기 배터리 모듈(30)을 냉각할 경우에 작동된다. 이러한 제2 팽창밸브(64)는 상기 냉매 연결라인(62)을 통해 유입되는 냉매를 팽창시켜 상기 칠러(60)로 유입시킬 수 있다.Here, the second expansion valve (64) is operated when the battery module (30) is cooled using the cooling water that has exchanged heat with the refrigerant. The second expansion valve (64) can expand the refrigerant flowing in through the refrigerant connection line (62) and introduce it into the chiller (60).

즉, 상기 제2 팽창밸브(64)는 상기 서브 컨덴서(55)로부터 배출된 응축된 냉매를 팽창시켜 그 온도를 저하시킨 상태로 상기 칠러(60)에 유입시킴으로써, 상기 칠러(60)의 내부를 통과하는 냉각수의 수온을 더욱 저하시킬 수 있다. That is, the second expansion valve (64) can further lower the temperature of the cooling water passing through the interior of the chiller (60) by expanding the condensed refrigerant discharged from the sub-condenser (55) and introducing it into the chiller (60) with its temperature lowered.

이에 따라, 상기 배터리 모듈(30)에는 상기 칠러(60)를 통과하면서 수온이 낮아진 냉각수가 유입되어 보다 효율적으로 냉각될 수 있다.Accordingly, cooling water with a lower temperature is introduced into the battery module (30) while passing through the chiller (60), so that the battery module can be cooled more efficiently.

이와 같이 작동하는 상기 제2 팽창밸브(64)는 냉매를 유동흐름을 제어하면서, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 전자식 팽창밸브일 수 있다.The second expansion valve (64) operating in this manner may be an electronic expansion valve that selectively expands the refrigerant while controlling the flow of the refrigerant.

또한, 상기 제1, 및 제2 밸브(V1, V2)는 유량의 분배가 가능한 3-Way 밸브일수 있다. Additionally, the first and second valves (V1, V2) may be 3-way valves capable of distributing the flow rate.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 작동 및 작용을 도 2 내지 도 3을 통하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation and function of a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 차량의 일반 주행 모드에 대한 작동을 도 2를 참조하여 설명한다.First, the operation of a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention in a normal driving mode of a vehicle is described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 차량의 일반 주행 모드에 대한 작동 상태도이다. Figure 2 is an operation status diagram for a normal driving mode of a vehicle in a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 차량의 일반 주행 모드일 경우, 상기 냉각장치(10)에서는 상기 전장품(15)과 상기 모터(16)의 냉각을 위하여 상기 제1 워터펌프(14)가 작동된다. Referring to Fig. 2, when the vehicle is in normal driving mode, the first water pump (14) is operated in the cooling device (10) to cool the electrical components (15) and the motor (16).

이에 따라, 상기 전장품(15)과 상기 모터(16)에는 상기 제1 라디에이터(12)에서 냉각되어 상기 리저버 탱크(19)에 저장된 냉각수가 공급된다.Accordingly, cooling water cooled by the first radiator (12) and stored in the reservoir tank (19) is supplied to the above-described electric components (15) and the above-described motor (16).

여기서, 상기 연결라인(25)은 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 의해 폐쇄된다. Here, the connecting line (25) is closed by the operation of the second valve (V2).

또한, 상기 제2 냉각수 라인(21)은 상기 제1 밸브(V1)의 작동에 의해 상기 배터리 냉각수 라인(31)과 연결되고, 상기 분기라인(40)은 폐쇄된다. In addition, the second coolant line (21) is connected to the battery coolant line (31) by the operation of the first valve (V1), and the branch line (40) is closed.

이러한 상태에서, 상기 제2 라디에이터(22)에서 냉각된 냉각수는 상기 제2 워터펌프(33)의 작동에 의해 상기 제2 냉각수 라인(21)과 상기 배터리 냉각수 라인(31)을 따라 순환되면서 상기 배터리 모듈(30)을 냉각시킬 수 있다.In this state, the coolant cooled in the second radiator (22) can cool the battery module (30) by circulating along the second coolant line (21) and the battery coolant line (31) by the operation of the second water pump (33).

즉, 상기 제1, 및 제2 라디에이터(12, 22)에서 각각 냉각되어 상기 제1, 및 제2 리저버 탱크(19, 27)에 각각 저장된 냉각수는 상기 제1, 및 제2 워터펌프(14, 22)의 작동을 통해 상기 제1 냉각수 라인(11)과, 상기 제2 냉각수 라인(21), 및 상기 배터리 냉각수 라인(31)을 각각 순환하면서, 상기 전장품(15), 상기 모터(16), 및 상기 배터리 모듈(30)을 각각 냉각시킴으로써, 상기 전장품(15), 상기 모터(16), 및 상기 배터리 모듈(30)을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.That is, the coolant, which is cooled in the first and second radiators (12, 22) respectively and stored in the first and second reservoir tanks (19, 27), respectively, circulates through the first coolant line (11), the second coolant line (21), and the battery coolant line (31) respectively through the operation of the first and second water pumps (14, 22), thereby cooling the electrical components (15), the motor (16), and the battery module (30), respectively, thereby efficiently cooling the electrical components (15), the motor (16), and the battery module (30).

상기 에어컨 장치(50)는 차량의 냉방, 또는 난방 모드가 작동되지 않기 때문에 작동되지 않는다. The above air conditioning unit (50) does not operate because the vehicle's cooling or heating mode is not operating.

한편, 본 실시예에서는, 냉각수로 상기 전장품(15), 및 상기 모터(16)와, 상기 배터리 모듈(30)을 모두 냉각시키는 것을 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 전장품(15)과 상기 모터(16), 또는 상기 배터리 모듈(30) 중, 어느 하나를 별도로 냉각할 경우에는 상기 제1, 및 제2 워터펌프(14, 33)를 선택적으로 작동시킬 수 있다.Meanwhile, in this embodiment, it is described that all of the electrical components (15), the motor (16), and the battery module (30) are cooled with coolant, but it is not limited thereto, and when any one of the electrical components (15), the motor (16), or the battery module (30) is cooled separately, the first and second water pumps (14, 33) can be selectively operated.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 차량의 냉방모드에 대한 작동을 도 3을 참조하여 설명한다.And, the operation of the vehicle cooling mode in the vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention is described with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 차량의 냉방모드에 대한 작동 상태도이다.FIG. 3 is an operation status diagram for a vehicle cooling mode in a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 차량의 냉방모드일 경우, 상기 에어컨 장치(50)는 차량 실내를 냉방하기 위해 각 구성요소가 작동하여 냉매라인(51)을 따라 냉매가 순환된다.Referring to Fig. 3, when the vehicle is in cooling mode, each component of the air conditioning unit (50) operates to cool the interior of the vehicle, and refrigerant is circulated along the refrigerant line (51).

상기 연결라인(25)은 상기 제2 밸브(V2)의 작동에 의해 개방된다. 또한, 상기 제2 밸브(V2)는 상기 제2 리저버 탱크(27)와 연결된 상기 제2 냉각수 라인(21)을 폐쇄한다.The above connecting line (25) is opened by the operation of the second valve (V2). In addition, the second valve (V2) closes the second cooling water line (21) connected to the second reservoir tank (27).

이에 따라, 상기 제2 냉각수 라인(21)은 상기 제2 라디에이터(22)의 양측에서 상기 제2 밸브(V2)와 상기 연결라인(25)에 연결된 일부만 개방되고, 나머지는 폐쇄될 수 있다. Accordingly, only a portion of the second coolant line (21) connected to the second valve (V2) and the connecting line (25) on both sides of the second radiator (22) can be opened, and the remainder can be closed.

이에 따라, 상기 제2 라디에이터(22)는 개방된 상기 연결라인(25)을 통해 상기 제1 냉각수 라인(11)과 연결된다.Accordingly, the second radiator (22) is connected to the first cooling water line (11) through the open connecting line (25).

즉, 상기 제2 라디에이터(22)는 상기 연결라인(25)을 통해 상기 제1 라디에이터(12)와 병렬로 연결될 수 있다.That is, the second radiator (22) can be connected in parallel with the first radiator (12) through the connecting line (25).

따라서, 상기 제1, 및 제2 라디에이터(12, 22)에서 냉각된 냉각수는 상기 제1 워터펌프(14)의 작동에 의해 상기 제1 냉각수 라인(11)과 상기 연결라인(25)을 따라 순환되면서 상기 적어도 하나의 전장품(15)과 상기 적어도 하나의 모터(16)를 냉각할 수 있다.Accordingly, the coolant cooled in the first and second radiators (12, 22) can cool at least one electrical component (15) and at least one motor (16) by circulating along the first coolant line (11) and the connecting line (25) by the operation of the first water pump (14).

한편, 상기 분기라인(40)은 상기 제1 밸브(V1)의 작동에 의해 개방된다. 이러한 상태에서, 상기 배터리 냉각수 라인(31)이 제2 냉각장치(20)와 분리되어 독립된 밀폐회로를 형성하도록 상기 제2 냉각수 라인(21)은 상기 배터리 냉각수 라인(31)에 연결되지 않는다. Meanwhile, the branch line (40) is opened by the operation of the first valve (V1). In this state, the second coolant line (21) is not connected to the battery coolant line (31) so that the battery coolant line (31) is separated from the second cooling device (20) to form an independent sealed circuit.

즉, 상기 배터리 냉각수 라인(31)은 상기 분기라인(40)과 연결된다. 따라서, 냉각수는 상기 제2 워터펌프(33)의 작동에 의해 상기 배터리 냉각수 라인(31)과 상기 분기라인(40)을 따라 순환된다. That is, the battery coolant line (31) is connected to the branch line (40). Therefore, the coolant is circulated along the battery coolant line (31) and the branch line (40) by the operation of the second water pump (33).

따라서, 상기 칠러(60)를 통과한 냉각수는 상기 제2 워터펌프(33)의 작동에 의해 상기 분기라인(40)과 상기 배터리 냉각수 라인(31)을 따라 순환하면서, 상기 배터리 모듈(30)에 공급될 수 있다.Accordingly, the cooling water passing through the chiller (60) can be supplied to the battery module (30) while circulating along the branch line (40) and the battery cooling water line (31) by the operation of the second water pump (33).

상기 에어컨 장치(50)에서는 차량 실내를 냉방하기 위해 각 구성요소가 작동한다. 이에 따라, 냉매는 상기 냉매라인(51)을 따라 순환된다.In the above air conditioning device (50), each component operates to cool the interior of the vehicle. Accordingly, the refrigerant is circulated along the refrigerant line (51).

여기서, 상기 서브 컨덴서(55)와 상기 증발기(57)를 연결하는 상기 냉매라인(51)은 상기 제1 팽창밸브(56)의 작동을 통해 개방된다. 상기 냉매 연결라인(62)은 상기 제2 팽창밸브(64)의 작동을 통해 개방된다. Here, the refrigerant line (51) connecting the sub-condenser (55) and the evaporator (57) is opened through the operation of the first expansion valve (56). The refrigerant connection line (62) is opened through the operation of the second expansion valve (64).

그러면, 상기 메인 컨덴서(53)와 상기 서브 컨덴서(55)를 통과한 냉매는 상기 냉매라인(51)과 상기 냉매 연결라인(62)을 따라 순환될 수 있다.Then, the refrigerant that has passed through the main condenser (53) and the sub condenser (55) can be circulated along the refrigerant line (51) and the refrigerant connection line (62).

여기서, 상기 제1, 및 제2 팽창밸브(56, 64)는 팽창된 냉매가 상기 증발기(57)와 상기 칠러(60)에 각각 공급되도록 냉매를 팽창시킬 수 있다.Here, the first and second expansion valves (56, 64) can expand the refrigerant so that the expanded refrigerant is supplied to the evaporator (57) and the chiller (60), respectively.

한편, 상기 제1, 및 제2 라디에이터(12, 22)에서 냉각된 냉각수는 상기 제1 워터펌프(14)의 작동을 통해 상기 메인 컨덴서(53)로 공급될 수 있다.Meanwhile, the coolant cooled in the first and second radiators (12, 22) can be supplied to the main condenser (53) through the operation of the first water pump (14).

이에 따라, 상기 메인 컨덴서(53)는 상기 제1 냉각수 라인(11)을 따라 유동하는 냉각수를 이용하여 상기 냉매를 효율적으로 응축시킬 수 있다. Accordingly, the main condenser (53) can efficiently condense the refrigerant using the cooling water flowing along the first cooling water line (11).

상기 메인 컨덴서(53)에서 응축된 냉매에 포함된 기체냉매는 상기 리시버 드라이어(54)를 통과하면서 분리된다. 상기 리시버 드라이어(54)를 통과한 액체냉매는 상기 냉매라인(51)을 따라 상기 서브 컨덴서(55)로 유입된다. The gaseous refrigerant contained in the refrigerant condensed in the main condenser (53) is separated while passing through the receiver dryer (54). The liquid refrigerant passing through the receiver dryer (54) flows into the sub condenser (55) along the refrigerant line (51).

그리고 상기 서브 컨덴서(55)는 상기 컨덴서(53)로부터 유입된 냉매를 외기와의 열교환을 통해 추가로 응축시킬 수 있다.And the sub-condenser (55) can additionally condense the refrigerant flowing in from the condenser (53) through heat exchange with the outside air.

한편, 상기 칠러(60)를 통과한 냉각수는 상기 제2 워터펌프(33)의 작동을 통해 상기 배터리 모듈(30)을 냉각시키도록 상기 배터리 냉각수 라인(21), 및 상기 분기라인(40)을 순환한다.Meanwhile, the coolant passing through the chiller (60) circulates through the battery coolant line (21) and the branch line (40) to cool the battery module (30) through the operation of the second water pump (33).

상기 칠러(60)를 통과하는 냉각수는 상기 칠러(60)에 공급되는 팽창된 냉매와 열교환을 통해 냉각된다. 상기 칠러(60)에서 냉각된 냉각수는 상기 배터리 모듈(30)에 공급된다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(30)은 냉각된 냉각수에 의해 효율적으로 냉각된다.The cooling water passing through the chiller (60) is cooled through heat exchange with the expanded refrigerant supplied to the chiller (60). The cooling water cooled in the chiller (60) is supplied to the battery module (30). Accordingly, the battery module (30) is efficiently cooled by the cooled cooling water.

즉, 상기 제2 팽창밸브(64)는 팽창된 냉매를 상기 칠러(60)에 공급하도록 상기 서브 컨덴서(55)를 통과한 냉매 중, 일부의 냉매를 팽창시키고, 상기 냉매 연결라인(62)을 개방한다. That is, the second expansion valve (64) expands some of the refrigerant that has passed through the sub-condenser (55) to supply the expanded refrigerant to the chiller (60) and opens the refrigerant connection line (62).

따라서, 상기 서브 컨덴서(55)에서 배출된 일부의 냉매는 상기 제2 팽창밸브(62)의 작동을 통해 팽창되어 저온저압의 상태가 되고, 상기 냉매 연결라인(62)과 연결되는 상기 칠러(60)로 유입된다. Accordingly, some of the refrigerant discharged from the sub-condenser (55) is expanded through the operation of the second expansion valve (62) to become a low-temperature, low-pressure state, and flows into the chiller (60) connected to the refrigerant connection line (62).

그런 후, 상기 칠러(60)에 유입된 냉매는 냉각수와 열교환 되고, 상기 냉매 연결라인(62)을 통해 상기 압축기(59)로 유입된다.After that, the refrigerant flowing into the chiller (60) undergoes heat exchange with the cooling water and flows into the compressor (59) through the refrigerant connection line (62).

상기 배터리 모듈(30)을 냉각하면서 온도가 상승된 냉각수는 저온저압의 냉매와 상기 칠러(60)의 내부에서 열교환을 통해 냉각된다. 냉각된 냉각수는 상기 배터리 냉각수 라인(31)과 상기 분기라인(40)을 통해 다시 배터리 모듈(30)로 공급된다. While cooling the battery module (30), the coolant, whose temperature has increased, is cooled through heat exchange with a low-temperature, low-pressure refrigerant inside the chiller (60). The cooled coolant is supplied back to the battery module (30) through the battery coolant line (31) and the branch line (40).

즉, 냉각수는 전술한 바와 같은 작동을 반복 수행하면서 상기 배터리 모듈(30)을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.That is, the coolant can efficiently cool the battery module (30) while repeatedly performing the operation described above.

한편, 상기 서브 컨덴서(55)에서 배출된 나머지 냉매는 차량의 실내를 냉방하도록 상기 냉매라인(51)을 통해 유동되고, 상기 제1 팽창밸브(56), 상기 증발기(57), 상기 압축기(59), 상기 내부 컨덴서(52a), 및 상기 메인 컨덴서(53)를 순차적으로 통과한다. Meanwhile, the remaining refrigerant discharged from the sub-condenser (55) flows through the refrigerant line (51) to cool the interior of the vehicle, and sequentially passes through the first expansion valve (56), the evaporator (57), the compressor (59), the internal condenser (52a), and the main condenser (53).

여기서, 상기 HVAC 모듈(52)로 유입되는 외기는 상기 증발기(57)로 유입된 저온 상태의 냉매에 의해 상기 증발기(57)를 통과하면서 냉각된다.Here, the outside air flowing into the HVAC module (52) is cooled as it passes through the evaporator (57) by the low-temperature refrigerant flowing into the evaporator (57).

이 때, 상기 개폐도어(52c)는 냉각된 외기가 상기 내부 컨덴서(52a)와 상기 내부히터(52b)를 통과하지 않도록 상기 내부 컨덴서(52a)로 통과하는 부분을 폐쇄한다. 따라서, 냉각된 외기는 차량의 내부로 직접 유입됨으로써, 차량 실내를 냉방할 수 있다.At this time, the opening/closing door (52c) closes the portion passing through the internal condenser (52a) so that the cooled outside air does not pass through the internal condenser (52a) and the internal heater (52b). Accordingly, the cooled outside air is directly introduced into the interior of the vehicle, thereby cooling the interior of the vehicle.

한편, 상기 증발기(57)에는 상기 메인 컨덴서(53)와, 상기 서브 컨덴서(55)를 순차적으로 통과하면서 응축량이 증가된 냉매가 팽창되어 공급됨으로써, 냉매를 보다 낮은 온도로 증발시킬 수 있다.Meanwhile, the refrigerant, which has increased in condensation amount while passing through the main condenser (53) and the sub condenser (55) sequentially, is supplied to the evaporator (57) to expand, thereby enabling the refrigerant to be evaporated at a lower temperature.

즉, 본 실시예에서는 상기 메인 컨덴서(53)가 냉매를 1차로 응축하고, 상기 서브 컨덴서(55)가 추가로 냉매를 응축시킴으로써, 냉매의 서브 쿨 형성이 유리해진다. That is, in this embodiment, the main condenser (53) primarily condenses the refrigerant, and the sub condenser (55) additionally condenses the refrigerant, thereby facilitating the formation of a sub-cool of the refrigerant.

그리고 서브쿨이 형성된 냉매가 상기 증발기(57)에서 보다 낮은 온도로 증발됨에 따라, 상기 증발기(57)에서 열교환되는 외기의 온도를 더욱 낮출 수 있어 냉방성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.And as the refrigerant in which the subcool is formed is evaporated at a lower temperature in the evaporator (57), the temperature of the outside air that is heat-exchanged in the evaporator (57) can be further lowered, thereby improving cooling performance and efficiency.

전술한 과정을 반복 수행하면서 냉매는 차량의 냉방모드에서 실내를 냉방하는 동시에, 상기 칠러(60)를 통과하면서 열교환을 통해 냉각수를 냉각시킬 수 있다. By repeating the above-described process, the refrigerant can cool the interior of the vehicle in cooling mode, while cooling the coolant through heat exchange while passing through the chiller (60).

상기 칠러(60)에서 냉각된 저온의 냉각수는 상기 배터리 모듈(30)로 유입된다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(30)은 공급된 저온의 냉각수에 의해 효율적으로 냉각될 수 있다.The low-temperature cooling water cooled in the above chiller (60) flows into the battery module (30). Accordingly, the battery module (30) can be efficiently cooled by the supplied low-temperature cooling water.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 적용하면, 차량의 일반 주행 모드, 및 냉방모드에서 2 개의 상기 제1, 및 제2 라디에이터(12, 22)에서 냉각된 각각의 냉각수를 선택적으로 이용해 상기 전장품(15), 및 상기 모터(16)와, 상기 배터리 모듈(30)을 효율적으로 냉각할 수 있다.Therefore, when the vehicle heat pump system according to the embodiment of the present invention is applied as described above, the electric components (15), the motor (16), and the battery module (30) can be efficiently cooled by selectively using the respective coolants cooled in the two first and second radiators (12, 22) in the normal driving mode and the cooling mode of the vehicle.

또한, 상기 제1, 및 제2 라디에이터(12, 22)와 상기 서브 컨덴서(55)를 2열로 배치함으로써, 각 라디에이터의 열 교환량을 증가시키고, 전제적인 냉각성능을 향상시킬 수 있다. In addition, by arranging the first and second radiators (12, 22) and the sub-condenser (55) in two rows, the heat exchange amount of each radiator can be increased, and the overall cooling performance can be improved.

또한, 상기 에어컨 장치(50)의 고장 시에도 상기 배터리 모듈(30)과 선택적으로 연결되는 상기 제2 냉각장치(22)를 이용해 상기 배터리 모듈(30)을 효율적으로 냉각할 수 있다. In addition, even when the air conditioner device (50) fails, the battery module (30) can be efficiently cooled using the second cooling device (22) selectively connected to the battery module (30).

또한, 본 발명은 전체 시스템의 간소화를 통해 제작원가 절감 및 중량 축소가 가능하고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can reduce manufacturing costs and weight by simplifying the entire system, and improve space utilization.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and it is of course possible for a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains to make various modifications and variations within the technical spirit of the present invention and the scope of equivalents of the claims to be described below.

10, 20 : 제1, 및 제2 냉각장치
11, 21 : 제1, 및 제2 냉각수 라인
12, 22 : 제1, 및 제2 라디에이터
13 : 쿨링팬
14, 33 : 제1, 및 제2 워터펌프
15 : 전장품
16 : 모터
19, 27 : 제1, 및 제2 리저버 탱크
25 : 연결라인
30 : 배터리 모듈
31 : 배터리 냉각수 라인
35 : 냉각수 가열기
50 : 에어컨 장치
51 : 냉매라인
52 : HVAC 모듈
53 : 메인 컨덴서
54 : 리시버 드라이어
55 : 서브 컨덴서
56, 64 : 제1, 및 제2 팽창밸브
57 : 증발기
59 : 압축기
60 : 칠러
62 : 냉매 연결라인
V1, V2 : 제1, 및 제2 밸브10, 20: 1st and 2nd cooling devices
11, 21: 1st and 2nd coolant lines
12, 22: 1st and 2nd radiators
13: Cooling fan
14, 33: 1st and 2nd water pumps
15 : Battle goods
16 : Motor
19, 27: 1st and 2nd reservoir tanks
25 : Connecting line
30 : Battery module
31: Battery Coolant Line
35 : Coolant heater
50 : Air conditioning unit
51: Refrigerant line
52 : HVAC module
53 : Main condenser
54 : Receiver dryer
55 : Sub condenser
56, 64: First and second expansion valves
57 : Evaporator
59 : Compressor
60 : Chiller
62: Refrigerant connection line
V1, V2: First and second valves

Claims

A first cooling device comprising a first radiator and a first water pump connected to a first cooling water line, and circulating cooling water in the first cooling water line to cool at least one electrical component and at least one motor;
A second cooling device comprising a second radiator connected to a second coolant line and circulating coolant in the second coolant line;
A battery module provided with a battery coolant line that is selectively connected through the second coolant line and the first valve; and
A chiller provided in the above battery coolant line, through which coolant passes inside, connected to the refrigerant line of the air conditioner device through the refrigerant connection line, and controlling the temperature of the coolant by heat-exchanging the coolant optionally introduced with the refrigerant supplied from the air conditioner device; including,
The second radiator is interposed to cool the at least one electrical component and the at least one motor using the coolant cooled in the first and second radiators, and further includes a second valve and a connecting line connecting the second coolant line and the first coolant line.
A vehicle heat pump system, characterized in that the main condenser provided in the air conditioning device is connected to the first cooling water line so that the cooling water circulating through the first cooling device passes through each of the main condensers.

In the first paragraph,
The above air conditioning unit
An HVAC module having an opening/closing door inside that is connected through the above refrigerant line and selectively controls the flow of outside air passing through the evaporator into the internal condenser according to the cooling, heating, and dehumidifying modes of the vehicle;
A compressor connected through the refrigerant line between the evaporator and the internal condenser;
A first expansion valve provided in the refrigerant line connecting the main condenser and the evaporator; and
A second expansion valve provided in the above refrigerant connection line;
A vehicle heat pump system characterized by including a.

In the second paragraph,
A vehicle heat pump system, characterized in that a sub-condenser is provided in the refrigerant line between the main condenser and the evaporator.

In the third paragraph,
The above sub-condenser
A vehicle heat pump system characterized in that the refrigerant condensed in the above sub-condenser is further condensed through heat exchange with the outside air.

In the third paragraph,
The above sub-condenser
A vehicle heat pump system, characterized in that the first radiator is arranged on the same line as the second radiator in the front-back direction of the vehicle.

In the second paragraph,
The above second expansion valve
A vehicle heat pump system that operates when cooling the battery module using the coolant that has exchanged heat with the refrigerant, and is characterized by expanding the refrigerant introduced through the refrigerant connection line and introducing it into the chiller.

In the second paragraph,
The first valve selectively connects the second coolant line and the battery coolant line between the second radiator and the chiller,
The above battery coolant line is provided with a branch line connecting the chiller and the battery module through the first valve.
A vehicle heat pump system, characterized in that the branch line closes the connection between the second coolant line and the battery coolant line by the operation of the first valve so that the battery coolant line is separated from the second cooling device in the vehicle's cooling mode to form an independent sealed circuit.

In Article 7,
The above first valve
A vehicle heat pump system characterized in that the branch line is opened and the connection between the second coolant line and the battery coolant line is closed when cooling the battery module using coolant that has been heat-exchanged with a refrigerant.

In Article 7,
The above battery coolant line
A vehicle heat pump system characterized by being provided with a second water pump.

In Article 9,
When the vehicle is in normal driving mode,
In the first cooling device, the coolant cooled in the first radiator is circulated along the first coolant line by the operation of the first water pump to cool the at least one electrical component and the at least one motor,
The connecting line is closed by the operation of the second valve.
The second coolant line is connected to the battery coolant line by the operation of the first valve, and the branch line is closed.
A vehicle heat pump system, characterized in that the coolant cooled in the second radiator is circulated along the second coolant line and the battery coolant line by the operation of the second water pump to cool the battery module.

In Article 9,
When cooling the above battery module in the vehicle's cooling mode,
The above connecting line is opened by the operation of the second valve,
The above second radiator is connected to the above first coolant line through the open connecting line,
By the operation of the first valve, when the branch line is opened, the connection between the second coolant line and the battery coolant line is closed so that the battery coolant line is separated from the second cooling device to form an independent sealed circuit.
In the above air conditioning device, each component operates to circulate the refrigerant, and at the same time, through the operation of the second expansion valve, the refrigerant connection line is opened, and the refrigerant is circulated along the refrigerant line and the refrigerant connection line.
A vehicle heat pump system, characterized in that the second expansion valve expands the refrigerant flowing into the chiller along the refrigerant connection line.

In Article 11,
The coolant cooled in the first and second radiators is circulated along the first coolant line and the connecting line by the operation of the first water pump to cool the at least one electrical component and the at least one motor,
A vehicle heat pump system, characterized in that the coolant circulating along the battery coolant line and the branch line is cooled through heat exchange with a refrigerant in the chiller and supplied to the battery module by the operation of the second water pump.

In Article 11,
The above second radiator
A vehicle heat pump system characterized in that it is connected in parallel with the first radiator through the above-mentioned connecting line.

In the second paragraph,
The above second expansion valve
A vehicle heat pump system characterized by an electronic expansion valve that selectively expands refrigerant while controlling the flow of refrigerant.

In the second paragraph,
The above main condenser is equipped with a receiver dryer,
A vehicle heat pump system, characterized in that the above receiver dryer separates the gaseous refrigerant contained inside the refrigerant that has passed through the main condenser.

In the first paragraph,
The above-mentioned components include at least one inverter and a charger (On Board Charger, OBC),
A vehicle heat pump system characterized in that the above motors are configured in two units, each corresponding to the front and rear wheels.