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KR102764531B1 - Electric vehicle air conditioning system and its control method - Google Patents

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KR102764531B1
KR102764531B1 KR1020220004864A KR20220004864A KR102764531B1 KR 102764531 B1 KR102764531 B1 KR 102764531B1 KR 1020220004864 A KR1020220004864 A KR 1020220004864A KR 20220004864 A KR20220004864 A KR 20220004864A KR 102764531 B1 KR102764531 B1 KR 102764531B1
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South Korea
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battery
cooling
heat exchanger
compressor
air conditioning
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박진우
장호영
이도형
강성원
김동연
이성엽
남광우
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에스트라오토모티브시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 공조 시스템이 냉방 모드로 작동 중에 배터리 냉각 모드로 진입할 경우 급격한 냉매 경로 변경으로 인해 냉방 성능이 일시적으로 저하되는 현상을 최소화할 수 있는 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템 제어 방법은, 사용자의 온도 설정에 따라 냉방 또는 난방 모드를 판단하는 단계와; 냉방 모드로 판단되면 사용자의 온도 설정에 따른 목표 증발기온과 현재 증발기온의 차이가 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기를 PID 제어하여 실내 냉방을 수행하는 단계와; 배터리 제어부로부터 배터리의 냉각 요청이 수신되었는지 여부를 판단하는 단계와; 배터리의 냉각 요청이 수신된 것으로 판단되면, 배터리 칠러로 향하는 팽창밸브를 개방하여 배터리 칠러를 통해 배터리의 냉각을 수행하는 동시에, 현재 PID 제어 중인 압축기의 RPM에 배터리의 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값을 추가하여 일정시간 동안 압축기의 PID 제어를 수행하는 단계와; 배터리의 냉각이 종료되면 상기 보상 RPM 값 적용 전의 원래의 압축기의 PID 제어 값으로 복귀하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an air conditioning system for an electric vehicle, which can minimize a phenomenon in which cooling performance is temporarily reduced due to a sudden change in the refrigerant path when the air conditioning system enters a battery cooling mode while operating in a cooling mode, and a control method thereof. The air conditioning system control method for an electric vehicle according to the present invention is characterized by including: a step of determining a cooling or heating mode according to a user's temperature setting; a step of performing interior cooling by PID controlling a compressor until a difference between a target evaporator temperature according to the user's temperature setting and a current evaporator temperature converges to an error range when the cooling mode is determined; a step of determining whether a request for cooling a battery has been received from a battery control unit; a step of opening an expansion valve directed to a battery chiller and performing battery cooling through the battery chiller when the request for cooling a battery has been determined to have been received, and simultaneously performing PID control of the compressor for a predetermined period of time by adding a specific compensation RPM value corresponding to the cooling load of the battery to the RPM of the compressor currently under PID control; and a step of returning to the original PID control value of the compressor before applying the compensation RPM value when cooling of the battery is completed.

Description

전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법{Electric vehicle air conditioning system and its control method}{Electric vehicle air conditioning system and its control method}

본 발명은 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공조 시스템이 냉방 모드로 작동 중에 배터리 냉각 모드로 진입할 경우 급격한 냉매 경로 변경으로 인해 냉방 성능이 일시적으로 저하되는 현상을 최소화할 수 있는 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an air conditioning system for an electric vehicle and a method for controlling the same, and more specifically, to an air conditioning system for an electric vehicle and a method for controlling the same, which can minimize a phenomenon in which cooling performance is temporarily reduced due to a sudden change in the refrigerant path when the air conditioning system enters a battery cooling mode while operating in a cooling mode.

주지된 바와 같이, 자동차 내에는 실내의 공기 온도를 조절하기 위한 공조 시스템이 갖추어져 있다. 이러한 자동차용 공조 시스템은 겨울철에는 온기를 발생시켜 실내를 따뜻하게 유지하고, 여름철에는 냉기를 발생시켜 실내를 시원하게 유지하도록 한다. As is well known, automobiles are equipped with air conditioning systems to control the temperature of the air inside the car. These automobile air conditioning systems generate heat in the winter to keep the car warm, and generate cold air in the summer to keep the car cool.

일반적인 자동차용 공조 시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 및 증발기가 냉매배관에 의해 순차적으로 연결되어 있으며, 엔진의 동력에 의해 압축기가 구동하면서 냉매가 순환한다. 이러한 자동차용 공조 시스템은 압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매가스가 응축기를 통과하면서 주변의 공기와 열교환하여 액체상태의 냉매로 변환되고, 액화된 냉매는 응축기에 연결된 리시버 드라이어를 통과하면서 불순물이 제거된 후 팽창밸브를 통과하면서 저온의 기체로 변화된다. 그리고, 기화된 저온의 냉매는 증발기를 통과하면서 주변의 공기와 열교환하면서 냉각되고, 이 냉각된 공기는 송풍기에 의해 자동차 실내로 토출되며, 증발기를 통과한 저온 기체 상태의 냉매는 다시 압축기로 보내져 고온, 고압으로 압축되는 과정을 반복적으로 순환하게 된다.A typical automobile air conditioning system sequentially connects a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator via refrigerant pipes, and the refrigerant circulates as the compressor is driven by the engine power. In this automobile air conditioning system, refrigerant gas compressed at high temperature and high pressure by the compressor passes through the condenser, exchanges heat with the surrounding air, and is converted into a liquid refrigerant. The liquefied refrigerant passes through a receiver dryer connected to the condenser, removes impurities, and then passes through the expansion valve to change into a low-temperature gas. Then, the vaporized low-temperature refrigerant passes through the evaporator, exchanges heat with the surrounding air, and is cooled. This cooled air is discharged into the automobile interior by the blower, and the low-temperature gas refrigerant that has passed through the evaporator is sent back to the compressor and compressed at high temperature and high pressure, repeating the process.

한편, 최근에는 전기에너지를 동력원으로 이용하는 전기 자동차가 출시되고 있는데, 이러한 전기 자동차에 장착되는 공조 시스템은 배터리에서 공급되는 전원을 통해 물 또는 공기를 가열하여 자동차 실내의 난방을 수행하도록 구성됨에 따라 전기 자동차의 동력성능을 현저하게 저하시키는 단점이 있다.Meanwhile, electric vehicles that use electric energy as a power source have been released recently, but the air conditioning systems installed in these electric vehicles are configured to heat the interior of the vehicle by heating water or air using power supplied from the battery, which has the disadvantage of significantly reducing the power performance of the electric vehicle.

이에 따라, 전기 자동차의 공조 시스템에는 기존의 내연기관 자동차와 유사하게 히트펌프 시스템을 적용하고 있는데, 이러한 히트펌프 시스템은 냉매의 압축-응축-감압-증발로 이루어지는 사이클을 가역적으로 적용하여 냉방과 난방을 겸하는 냉난방 겸용 시스템이다.Accordingly, the air conditioning system of electric vehicles uses a heat pump system similar to that of conventional internal combustion engine vehicles. This heat pump system is a combined cooling and heating system that reversibly applies the cycle of compression-condensation-decompression-evaporation of the refrigerant to provide both cooling and heating.

즉, 히트펌프 시스템은 액체 냉매가 증발기 내에서 증발하여 주위의 열을 빼앗아 기체가 되고, 다시 응축기에서 주위에 열을 방출하면서 액화되는 순환 사이클을 가지기 때문에, 이를 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용하면 기존 공조 시스템에 부족한 열원을 확보할 수 있다는 장점이 있다.In other words, since the heat pump system has a circulatory cycle in which the liquid refrigerant evaporates in the evaporator, takes away the surrounding heat and becomes a gas, and then liquefies again in the condenser while releasing the heat to the surroundings, it has the advantage of being able to secure a heat source that is lacking in existing air conditioning systems when applied to electric or hybrid vehicles.

이와 같은 히트펌프 시스템을 적용한 종래의 전기 자동차용 공조 시스템은 냉매 회로의 일부가 자동차 실내에 위치하는 HVAC(Heating Ventilation Air Conditioning System) 모듈 내부에 구비된 증발기로 배관되어 증발기의 냉매와 이 주변을 이동하는 공기의 열교환을 통해 냉각공기를 얻게 된다. Conventional air conditioning systems for electric vehicles that use a heat pump system like this one have a part of the refrigerant circuit piped to an evaporator located inside an HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning System) module located inside the vehicle, and cooled air is obtained through heat exchange between the refrigerant in the evaporator and the air moving around it.

그러나, 이와 같은 종래의 전기 자동차용 공조 시스템은 냉방 모드로 작동하는 중에 배터리 제어부(Battery Management System; BMS)로부터 배터리의 냉각 요청이 수신되면 배터리 칠러(Battery Chiller) 측에 설치된 팽창밸브를 개방하여 외부열교환기에서 열교환된 저온의 냉매를 배터리 칠러 측으로 공급함으로써 배터리를 냉각시키게 되는데, 이때, 배터리 칠러 측에 설치되는 팽창밸브가 개도량 조절이 불가능한 솔레노이드 방식의 팽창밸브일 경우에는, 배터리 냉각 모드로 진입하여 팽창밸브가 개방됨에 따라 외부열교환기에서 내부열교환기(증발기)로 향하는 냉매의 일부가 배터리 칠러 측으로 경로 변경됨으로써 실내 냉방 성능이 일시적으로 저하되는 현상이 발생하게 된다. However, when a conventional electric vehicle air conditioning system receives a request for cooling the battery from the Battery Management System (BMS) while operating in cooling mode, the system opens an expansion valve installed on the battery chiller side to supply low-temperature refrigerant that has exchanged heat in an external heat exchanger to the battery chiller side, thereby cooling the battery. However, if the expansion valve installed on the battery chiller side is a solenoid-type expansion valve whose opening amount cannot be controlled, when the system enters battery cooling mode and the expansion valve is opened, some of the refrigerant heading from the external heat exchanger to the internal heat exchanger (evaporator) is rerouted to the battery chiller side, which causes a temporary deterioration in indoor cooling performance.

이와 같이 배터리의 냉각 모드 진입 시 발생하는 일시적인 냉방 성능 저하 현상을 방지하기 위해, 기존에는 압축기의 RPM을 PID(Proportional Integral Differential Control) 제어하거나, 또는 내부열교환기(증발기)에 설치된 전자식 팽창밸브(Electronic Expansion Valve; EEV)를 PID 제어하여 냉매의 유량을 높임으로써 냉방 성능이 일시적으로 저하되는 현상을 보상하려는 시도가 있었지만, 이와 같이 압축기나 전자식 팽창밸브를 PID 제어하여 저하된 냉방 성능을 보상해주는 방법은 물리적 한계가 따르는 문제가 있었고, 배터리 칠러 측에 개도량 조절이 가능한 전자식 팽창밸브를 설치하여 냉방 성능을 보상하려는 시도도 있었지만, 이러한 방법 또한 고가의 팽창밸브 설치로 인해 비용적 측면에서 많은 부담으로 작용하게 되는 문제점이 있었다.In order to prevent this temporary decrease in cooling performance that occurs when the battery enters cooling mode, there have been attempts to compensate for the temporary decrease in cooling performance by controlling the RPM of the compressor with PID (Proportional Integral Differential Control) or increasing the flow rate of refrigerant by PID controlling the electronic expansion valve (EEV) installed in the internal heat exchanger (evaporator). However, this method of compensating for the decreased cooling performance by PID controlling the compressor or electronic expansion valve has the problem of accompanying physical limitations. There was also an attempt to compensate for the cooling performance by installing an electronic expansion valve with adjustable opening amount on the battery chiller side, but this method also had the problem of being a burden in terms of cost due to the installation of expensive expansion valves.

대한민국 등록특허 제10-2183499호(2020.11.20)Republic of Korea Patent No. 10-2183499 (2020.11.20)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 공조 시스템이 냉방 모드로 작동 중에 배터리 냉각 요청이 들어오면, PID 제어 중인 압축기의 RPM 값에 배터리의 냉각 부하에 상응하는 보상 RPM 값을 추가하여 일정시간 동안 압축기의 PID 제어를 수행하도록 함으로써, 배터리 냉각 모드로 진입 시 급격한 냉매 경로의 변경으로 인해 실내 냉방 성능이 일시적으로 저하되는 현상을 방지할 수 있는 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 데에 있다.The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and the technical problem to be solved by the present invention is to provide an air conditioning system for an electric vehicle and a control method thereof, which can prevent a phenomenon in which interior cooling performance is temporarily reduced due to a sudden change in the refrigerant path when entering battery cooling mode by adding a compensation RPM value corresponding to the cooling load of the battery to the RPM value of the compressor under PID control and performing PID control of the compressor for a certain period of time when the air conditioning system is operating in cooling mode and a control method thereof.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템 제어 방법은, (a)사용자의 온도 설정에 따라 냉방 또는 난방 모드를 판단하는 단계와; (b)냉방 모드로 판단되면 사용자의 온도 설정에 따른 목표 증발기온과 현재 증발기온의 차이가 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기를 PID 제어하여 실내 냉방을 수행하는 단계와; (c)배터리 제어부로부터 배터리의 냉각 요청이 수신되었는지 여부를 판단하는 단계와; (d) 배터리의 냉각 요청이 수신된 것으로 판단되면, 배터리 칠러로 향하는 팽창밸브를 개방하여 배터리 칠러를 통해 배터리의 냉각을 수행하는 동시에, 현재 PID 제어 중인 압축기의 RPM에 배터리의 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값을 추가하여 일정시간 동안 압축기의 PID 제어를 수행하는 단계와; (e) 배터리의 냉각이 종료되면 상기 (b) 단계의 압축기의 PID 제어 값으로 복귀하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-described technical problem, the method for controlling an air conditioning system for an electric vehicle according to the present invention comprises: (a) a step of determining a cooling or heating mode according to a user's temperature setting; (b) a step of performing indoor cooling by PID controlling a compressor until a difference between a target evaporator temperature according to the user's temperature setting and a current evaporator temperature converges to an error range if the mode is determined to be the cooling mode; (c) a step of determining whether a request for cooling a battery has been received from a battery control unit; (d) a step of performing battery cooling through the battery chiller by opening an expansion valve directed to the battery chiller if the request for cooling a battery has been determined to have been received, and simultaneously performing PID control of the compressor for a predetermined period of time by adding a specific compensation RPM value corresponding to the cooling load of the battery to the RPM of the compressor currently under PID control; and (e) a step of returning to the PID control value of the compressor in step (b) if the cooling of the battery is completed.

여기서, 상기 (a) 단계에서 난방 모드로 판단되면, 외기 온도가 설정 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하는 단계(a-1)를 더 포함할 수 있다.Here, if it is determined in step (a) that the heating mode is in effect, a step (a-1) of determining whether the outside temperature is within a set range may be further included.

그리고, 상기 (a-1) 단계로부터 외기 온도가 설정 범위 내에 존재하는 것으로 판단되면, 냉각수 전기히터와 압축기의 PID 제어를 동시에 수행하여 실내 난방을 수행하는 단계(a-2)를 더 포함할 수 있다.And, if it is determined from the step (a-1) that the outside temperature is within the set range, a step (a-2) of simultaneously performing PID control of the coolant electric heater and the compressor to perform indoor heating may be further included.

상기 (d) 단계에서 추가되는 특정 보상 RPM 값은 배터리의 냉각 부하에 따른 일정한 비율 값으로 산출될 수 있다.The specific compensation RPM value added in the above step (d) can be calculated as a constant ratio value according to the cooling load of the battery.

상기 팽창밸브는 솔레노이드 방식으로 온/오프(ON/OFF) 작동되는 팽창밸브로 구성될 수 있다.The above expansion valve may be configured as an expansion valve that is operated ON/OFF in a solenoid manner.

한편, 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템은, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와; 압축기로부터 배출되는 냉매를 공조 모드에 따라 외부열교환기로 전달하거나 내부열교환기로 전달하는 4방밸브와; 압축기 또는 내부열교환기로부터 전달되는 냉매를 자동차 외부의 공기와 열교환시키는 외부열교환기와; 외부열교환기에서 전달된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 상기 압축기에서 배출된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키는 내부열교환기와; 내부열교환기로 인입되거나 내부열교환기로부터 배출되는 냉매라인 상에 배치되고, 공조 모드에 따라 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 개도량 조절이 가능한 전자식 팽창밸브와; HVAC 모듈 내부에 설치되며 내부열교환기를 거쳐 토출되는 공기를 가열하는 냉각수 전기히터와; 외부열교환기와 HVAC 모듈 내의 내부열교환기 사이에 장착되고, 공조 모드에 따라 외부열교환기로부터 배출되는 냉매를 배터리와 열교환시킨 후 상기 압축기에 전달하도록 마련되는 배터리 칠러와; 외부열교환기에서 배터리 칠러 측으로 향하는 냉매의 흐름을 개폐하는 팽창밸브와; 공조 모드에 따라 상기 압축기와 냉각수 전기히터 및 팽창밸브를 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는, 공조 모드가 냉방 모드로 운용되는 경우 사용자의 온도 설정에 따른 목표 증발기온과 현재 증발기온의 차이가 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기를 PID 제어하여 실내 냉방을 수행하되, 배터리 제어부로부터 배터리의 냉각 요청이 수신되면, 상기 배터리 칠러로 향하는 솔레노이드 방식의 팽창밸브를 개방하여 상기 배터리 칠러를 통해 배터리의 냉각을 수행하는 동시에, 현재 PID 제어 중인 압축기의 RPM에 배터리의 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값을 추가하여 일정시간 동안 압축기의 PID 제어를 수행하고, 배터리의 냉각이 종료되면 다시 원래의 압축기의 PID 제어 값으로 복귀하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, an air conditioning system for an electric vehicle according to the present invention comprises: a compressor that compresses and discharges a refrigerant; a four-way valve that transfers the refrigerant discharged from the compressor to an external heat exchanger or an internal heat exchanger according to an air conditioning mode; an external heat exchanger that heat-exchanges the refrigerant delivered from the compressor or the internal heat exchanger with air outside the vehicle; an internal heat exchanger that heat-exchanges the refrigerant delivered from the external heat exchanger with air supplied into an HVAC module or the refrigerant discharged from the compressor with air supplied into an HVAC module; an electronic expansion valve that is arranged on a refrigerant line introduced into or discharged from the internal heat exchanger and is capable of controlling the opening amount so as to allow the refrigerant to expand according to the air conditioning mode; a coolant electric heater that is installed inside the HVAC module and heats the air discharged through the internal heat exchanger; A battery chiller mounted between an external heat exchanger and an internal heat exchanger within an HVAC module, and configured to transfer refrigerant discharged from the external heat exchanger to the compressor after heat-exchanging with a battery depending on the air conditioning mode; an expansion valve for opening and closing the flow of refrigerant from the external heat exchanger toward the battery chiller; A control unit which controls the compressor, the cooling water electric heater, and the expansion valve according to the air conditioning mode; The control unit performs indoor cooling by PID controlling the compressor until the difference between the target evaporator temperature according to the user's temperature setting and the current evaporator temperature converges to an error range when the air conditioning mode is operated in the cooling mode, and when a request for cooling the battery is received from the battery control unit, opens the solenoid-type expansion valve directed to the battery chiller to perform battery cooling through the battery chiller, and simultaneously performs PID control of the compressor for a predetermined period of time by adding a specific compensation RPM value corresponding to the cooling load of the battery to the RPM of the compressor currently under PID control, and when the cooling of the battery is completed, returns to the original PID control value of the compressor.

이 경우, 상기 배터리의 냉각시 압축기의 PID 제어에 추가되는 특정 보상 RPM 값은 배터리의 냉각 부하에 따른 일정한 비율 값으로 산출될 수 있다.In this case, a specific compensation RPM value added to the PID control of the compressor when cooling the battery can be calculated as a constant ratio value according to the cooling load of the battery.

그리고, 상기 팽창밸브로는 솔레노이드 방식으로 온/오프(ON/OFF) 작동되는 팽창밸브로 적용될 수 있다.And, the above expansion valve can be applied as an expansion valve that operates ON/OFF in a solenoid manner.

또한, 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템은, 외부열교환기와 인접하여 장착되고, 공조 모드에 따라 자동차에 탑재된 전장부품으로부터 발생되는 열을 흡수하여 전장품 라디에이터를 통해 방출하거나, 열을 흡수한 후 냉매/전장품냉각수 열교환기와 열교환을 수행하는 전장품 냉각회로부; 및 외부열교환기와 4방밸브 사이에 장착되고, 외부열교환기로부터 배출되는 냉매와 전장품 냉각수 유로를 통해 유동하는 냉각수를 서로 열교환시키는 냉매/전장품냉각수 열교환기;를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the air conditioning system for an electric vehicle according to the present invention may further include an electrical component cooling circuit section which is mounted adjacent to an external heat exchanger and absorbs heat generated from electrical components mounted in the vehicle and discharges it through an electrical component radiator depending on an air conditioning mode, or absorbs the heat and then performs heat exchange with a refrigerant/electrical component coolant heat exchanger; and a refrigerant/electrical component coolant heat exchanger which is mounted between the external heat exchanger and a four-way valve and performs heat exchange between refrigerant discharged from the external heat exchanger and coolant flowing through an electrical component coolant passage.

본 발명의 전기 자동차용 공조 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 실내 공조와 배터리 냉각이 하나의 루프(Loop) 시스템에서 이루어지는 공조 시스템에서, 공조 시스템이 냉방 모드로 작동하는 중에 배터리 제어부로부터 배터리의 냉각 요청이 수신될 경우, 냉방 모드로 PID 제어 중인 압축기의 RPM 값에 배터리 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값을 추가하여 일정시간 동안 압축기의 고출력 PID 제어를 수행하도록 제어함으로써 배터리의 냉각 모드로 진입하는 과정에서 급격한 냉매 경로의 변경으로 인해 실내 냉방 성능이 일시적으로 저하되는 것을 보상해줄 수 있고, 이를 통해 실내 탑승객에게는 급격한 온도 변화로 인한 불쾌감이 없이 쾌적한 냉방 환경을 제공할 수 있는 장점이 있다.According to the air conditioning system for an electric vehicle of the present invention and its control method, in an air conditioning system in which indoor air conditioning and battery cooling are performed in a single loop system, when a request for cooling a battery is received from a battery control unit while the air conditioning system is operating in a cooling mode, a specific compensation RPM value corresponding to a battery cooling load is added to the RPM value of a compressor under PID control in the cooling mode to perform high-output PID control of the compressor for a certain period of time, thereby compensating for a temporary decrease in indoor cooling performance due to a sudden change in the refrigerant path in the process of entering the battery cooling mode, thereby providing an advantage in that a comfortable cooling environment can be provided to indoor passengers without discomfort due to a sudden temperature change.

또한, 배터리 칠러 측에 설치되는 팽창밸브를 개도량 조절이 가능한 고가의 전자식 팽창밸브(EEV)로 사용하지 않고, 솔레노이드 방식으로 온/오프(ON/OFF) 구동만 되는 저가의 팽창밸브를 사용하여, 압축기의 간단한 제어 로직만을 적용하여 배터리 냉각 모드 진입 시 발생되는 실내 냉방 성능 저하를 보상해줄 수 있기 때문에 공조 시스템의 구성비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, instead of using an expensive electronic expansion valve (EEV) with adjustable opening for the expansion valve installed on the battery chiller side, a low-cost expansion valve that is only turned on/off by a solenoid is used, thereby compensating for the decrease in indoor cooling performance that occurs when entering battery cooling mode by applying only the simple control logic of the compressor, which has the advantage of reducing the configuration cost of the air conditioning system.

도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 구성을 보여주는 구성도.
도 2는 공조 시스템이 냉방 모드로 운용될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 3은 공조 시스템이 난방 모드로 운용될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 4는 공조 시스템이 냉방 모드 및 배터리 냉각 모드로 동시 운용될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 5는 본 발명에 따른 공조 시스템의 제어 방법을 보여주는 플로우 차트.
도 6은 공조 시스템이 냉방 모드로 작동될 경우 압축기의 PID 제어를 수식관계로 나타낸 다이어그램.
도 7은 공조 시스템이 냉방 모드로 작동 중에 배터리 냉각 모드로 진입될 경우 배터리 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값이 추가되어 압축기 PID 제어가 이루어지는 것을 수식관계로 나타낸 다이어그램.
Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of an air conditioning system for an electric vehicle according to the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the flow of refrigerant when the air conditioning system is operated in cooling mode.
Figure 3 is a schematic diagram showing the flow of refrigerant when the air conditioning system is operated in heating mode.
Figure 4 is a schematic diagram showing the flow of refrigerant when the air conditioning system is operated simultaneously in cooling mode and battery cooling mode.
Figure 5 is a flow chart showing a control method of an air conditioning system according to the present invention.
Figure 6 is a diagram showing the PID control of the compressor in a mathematical relationship when the air conditioning system is operated in cooling mode.
Figure 7 is a diagram showing the mathematical relationship that compressor PID control is performed by adding a specific compensation RPM value corresponding to the battery cooling load when the air conditioning system enters battery cooling mode while operating in cooling mode.

아래에서는 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Below, with reference to the attached drawings, an embodiment of the present invention is described in detail so that a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily practice the present invention.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 국한되지 않는다. 또한, 상세한 설명 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미함을 밝혀둔다.However, the present invention can be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, it is to be understood that parts denoted by the same reference numerals throughout the detailed description represent the same components.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 공조 시스템 및 그 제어 방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an air conditioning system for an electric vehicle and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 전체 구성을 보여주는 구성도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an air conditioning system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 공조 시스템(100)은, 특정 위치에 배치되어 특정 역할을 수행하는 압축기(110), 4방밸브(120), 외부열교환기(130), 내부열교환기(140), 전장품 냉각회로부(160), 제1팽창밸브(170), 배터리 칠러(190), 제2팽창밸브(191)와, 공조 모드에 따라 상기 압축기(110), 4방밸브(120), 냉각수 전기히터(104), 제1 및 제2팽창밸브(170, 191)를 각각 제어하는 제어부(Electric HVAC vehicle control unit, EHVCU)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, an air conditioning system (100) for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention is configured to include a compressor (110), a four-way valve (120), an external heat exchanger (130), an internal heat exchanger (140), an electrical component cooling circuit (160), a first expansion valve (170), a battery chiller (190), a second expansion valve (191), which are arranged at specific locations and perform specific roles, and a control unit (Electric HVAC vehicle control unit, EHVCU) that controls the compressor (110), the four-way valve (120), the coolant electric heater (104), and the first and second expansion valves (170, 191) respectively according to an air conditioning mode.

압축기(110)는 냉매를 압축하여 토출하는 구성으로, 제어부를 통해 압축기(110)의 RPM을 PID 제어(Proportional Integral Differential Control)할 수 있는 전동식 압축기가 구비된다.The compressor (110) is configured to compress and discharge refrigerant, and is equipped with an electric compressor capable of PID controlling (Proportional Integral Differential Control) the RPM of the compressor (110) through a control unit.

이러한 압축기(110)는 사용자에 의해 실내 온도 조절이 이루어질 경우, 제어부에서는 내부열교환기(140) 주변의 온도를 목표 온도(Target temperature)로 설정하여, 상기 설정된 목표 온도와 온도 센서로부터 측정된 현재 내부열교환기(140) 주변의 온도 차이가 기설정된 오차 범위 내에 수렴될 때까지 피드백(feedback) 제어를 통해 압축기(110)를 PID 제어함으로써 실내 냉방 또는 난방을 수행할 수 있다.When the indoor temperature is controlled by the user, the compressor (110) sets the temperature around the internal heat exchanger (140) as a target temperature in the control unit, and performs indoor cooling or heating by PID controlling the compressor (110) through feedback control until the difference between the set target temperature and the current temperature around the internal heat exchanger (140) measured by the temperature sensor converges within a preset error range.

4방밸브(120)는 압축기(110)로부터 배출되는 냉매를 공조 모드에 따라 외부열교환기(130)로 전달하거나 내부열교환기(140)로 전달하는 구성으로, 제어부의 제어를 통해 냉매의 흐름을 특정 방향으로 유도할 수 있다.The four-way valve (120) is configured to transfer the refrigerant discharged from the compressor (110) to an external heat exchanger (130) or an internal heat exchanger (140) depending on the air conditioning mode, and can direct the flow of the refrigerant in a specific direction through control of the control unit.

외부열교환기(130)는 압축기(110) 또는 내부열교환기(140)로부터 전달되는 냉매를 자동차 외부의 공기와 열교환시키는 기능을 하고, 내부열교환기(140)는 외부열교환기(130)에서 전달된 냉매를 탑승객이 위치한 실내로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 압축기(110)에서 배출된 냉매를 실내로 공급되는 공기와 열교환시키는 기능을 한다. The external heat exchanger (130) has the function of exchanging heat between the refrigerant delivered from the compressor (110) or the internal heat exchanger (140) and the air outside the vehicle, and the internal heat exchanger (140) has the function of exchanging heat between the refrigerant delivered from the external heat exchanger (130) and the air supplied to the interior where the passengers are located, or exchanging heat between the refrigerant discharged from the compressor (110) and the air supplied to the interior.

제1팽창밸브(170)는 내부열교환기(140)로 인입되거나 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매라인 상에 배치되어, 제어부에서 전송되는 제어신호에 따라 작동되어 냉매를 팽창시킬 수 있다. 이때, 본 발명의 공조 시스템(100)에서 채용하고 있는 제1팽창밸브(170)로는 PID 제어에 의해 개도량 조절이 가능한 전자식 팽창밸브(Electronic Expansion Valve; EEV)가 사용된다.The first expansion valve (170) is placed on the refrigerant line that is introduced into or discharged from the internal heat exchanger (140), and can be operated according to a control signal transmitted from the control unit to expand the refrigerant. At this time, as the first expansion valve (170) employed in the air conditioning system (100) of the present invention, an electronic expansion valve (EEV) capable of controlling the opening amount by PID control is used.

전장품 냉각회로부(160)는 외부열교환기(130)와 인접하여 장착되고, 공조 모드에 따라 자동차에 탑재된 전장부품으로부터 발생되는 열을 흡수하여 외부로 배출하는 기능을 한다.The electrical component cooling circuit (160) is installed adjacent to the external heat exchanger (130) and has the function of absorbing heat generated from electrical components installed in the vehicle and discharging it to the outside according to the air conditioning mode.

상기 전장품 냉각회로부(160)에는 외부열교환기(130)와 4방밸브(120) 사이에 장착되어 상기 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매와 전장품 냉각수 유로(162)를 따라 유동하는 냉각수를 서로 열교환시키는 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)가 구비된다.The above-mentioned electrical component cooling circuit (160) is equipped with a refrigerant/electrical component cooling water heat exchanger (161) that is installed between the external heat exchanger (130) and the four-way valve (120) and performs heat exchange between the refrigerant discharged from the external heat exchanger (130) and the cooling water flowing along the electrical component cooling water path (162).

전장품 냉각수 유로(162)는 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)와 전장품 라디에이터(163)를 연결하는 하나의 냉각수 유동 통로를 형성하고 있으며, 전장품냉각수 바이패스 유로(167) 상에는 자동차에 탑재된 전장부품으로부터 발생되는 열을 흡수하는 전장품 냉각수단(164) 및 냉각수의 일방향 유동을 발생시키는 전장품 냉각수 순환펌프(165)가 장착되고, 전장품 냉각수 유로(162)와 전장품냉각수 바이패스 유로(167)의 교차 지점에는 전장품 냉각용 3방밸브(166)가 장착된다.The electrical component coolant passage (162) forms a single coolant flow passage connecting the refrigerant/electrical component coolant heat exchanger (161) and the electrical component radiator (163), and an electrical component cooling means (164) for absorbing heat generated from electrical components mounted on a vehicle and an electrical component coolant circulation pump (165) for generating one-way flow of coolant are mounted on the electrical component coolant bypass passage (167), and a three-way valve (166) for electrical component cooling is mounted at the intersection of the electrical component coolant passage (162) and the electrical component coolant bypass passage (167).

그리고, 전장품 라디에이터(163)는 외부열교환기(130)와 인접하게 장착되어 전장품 냉각수 유로(162)를 통해 유동하는 냉각수의 열을 방출시킨다. 이때, 경우에 따라 전장품 냉각회로부(160)를 이용하여 자동차에 탑재된 전장부품으로부터 발생되는 열을 흡수하여 전장품 라디에이터(163)만으로 방출시킬 수 있으며, 별도의 냉각팬(168)을 설치하여 방열을 촉진시킬 수 있다. And, the electrical component radiator (163) is installed adjacent to the external heat exchanger (130) to release the heat of the coolant flowing through the electrical component cooling water path (162). At this time, depending on the case, the electrical component cooling circuit (160) can be used to absorb the heat generated from the electrical components mounted on the vehicle and release it only through the electrical component radiator (163), and a separate cooling fan (168) can be installed to promote heat dissipation.

한편, 냉매의 흐름을 특정 방향으로 유도하는 4방밸브(120)는 제1포트(121), 제2포트(122), 제3포트(123) 및 제4포트(124)를 포함하여 구성된다.Meanwhile, the four-way valve (120) that directs the flow of refrigerant in a specific direction is configured to include a first port (121), a second port (122), a third port (123), and a fourth port (124).

구체적으로, 4방밸브의 제1포트(121)는 공조 모드에 관계없이 항상 압축기(120)로부터 배출된 냉매가 인입되는 냉매 유입구이며, 제2포트(122)는 공조 모드에 따라 제1포트(121) 또는 제3포트(123)에 선택적으로 연통되는 냉매 입출구로서, HVAC 모듈(101) 내부에 배치된 내부열교환기(140)와 연결된다.Specifically, the first port (121) of the four-way valve is a refrigerant inlet through which refrigerant discharged from the compressor (120) is always introduced regardless of the air conditioning mode, and the second port (122) is a refrigerant inlet/outlet that is selectively connected to the first port (121) or the third port (123) depending on the air conditioning mode, and is connected to an internal heat exchanger (140) placed inside the HVAC module (101).

그리고, 4방밸브의 제3포트(123)는 공조 모드에 따라 제2포트(122)와 제4포트(124)에 선택적으로 연통되는 냉매 출구로서, 냉매 흐름상 압축기(110)의 전단에 배치되는 중간열교환기(180)와 연결된다.In addition, the third port (123) of the four-way valve is a refrigerant outlet that is selectively connected to the second port (122) and the fourth port (124) depending on the air conditioning mode, and is connected to an intermediate heat exchanger (180) placed in front of the compressor (110) in the refrigerant flow.

또한, 4방밸브의 제4포트(122)는 공조 모드에 따라 제1포트(121)와 제3포트(123)에 선택적으로 연통되는 냉매 입출구로서, 전장품 냉각회로부의 냉매/전장품냉각수 열교환기(111)와 연결된다.In addition, the fourth port (122) of the four-way valve is a refrigerant inlet/outlet that is selectively connected to the first port (121) and the third port (123) depending on the air conditioning mode, and is connected to the refrigerant/electrical component cooling water heat exchanger (111) of the electric component cooling circuit.

아울러, 상기 4방밸브의 각 포트들은 제1포트(121)가 제2포트(122)와 연통된 경우에는 제3포트(123)는 제4포트(124)와 연통되고, 제1포트(121)가 제4포트(124)와 연통된 경우에는 제2포트(122)는 제3포트(123)와 연통된다.In addition, when the first port (121) of each port of the above four-way valve is connected to the second port (122), the third port (123) is connected to the fourth port (124), and when the first port (121) is connected to the fourth port (124), the second port (122) is connected to the third port (123).

이에 따라, 상기 4방밸브의 제1포트(121)가 제4포트(124)와 연통되는 경우에는 압축기(110)로부터 배출된 냉매를 전장품 냉각회로부(160)의 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)로 전달하고, 제4포트(124)가 제3포트(123)와 연통되는 경우에는 전장품 냉각회로부의 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)를 거쳐온 냉매를 냉매 흐름상 압축기(110)의 전단에 배치되는 중간열교환기(180)로 전달한다.Accordingly, when the first port (121) of the four-way valve is connected to the fourth port (124), the refrigerant discharged from the compressor (110) is transferred to the refrigerant/electrical component cooling water heat exchanger (161) of the electrical component cooling circuit (160), and when the fourth port (124) is connected to the third port (123), the refrigerant that has passed through the refrigerant/electrical component cooling water heat exchanger (161) of the electrical component cooling circuit is transferred to the intermediate heat exchanger (180) arranged in front of the compressor (110) in the refrigerant flow.

한편, 외부열교환기(130)와 내부열교환기(140) 사이를 연결하는 냉매라인 상에는 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매가 분기되거나 합류되는 제1분기점(181)이 마련되고, 4방밸브(120)의 제3포트(123)와 압축기(110) 사이를 연결하는 냉매라인 상에는 4방밸브(120)를 거쳐 나온 냉매가 분기되거나 합류되는 제2분기점(182)이 마련된다.Meanwhile, a first branch point (181) is provided on the refrigerant line connecting the external heat exchanger (130) and the internal heat exchanger (140) to branch or join the refrigerant discharged from the external heat exchanger (130), and a second branch point (182) is provided on the refrigerant line connecting the third port (123) of the four-way valve (120) and the compressor (110) to branch or join the refrigerant discharged through the four-way valve (120).

이때, 상기 제2분기점(182)은 배터리 칠러(190)에서 나온 냉매의 과열도와 성능을 보다 증가시킬 수 있도록 중간열교환기(180) 이전 위치에 위치시키는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to position the second branch point (182) before the intermediate heat exchanger (180) so as to further increase the superheat and performance of the refrigerant coming from the battery chiller (190).

그리고, 상기 제1분기점(181)과 제2분기점(182)을 연결하는 별도의 냉매분기라인 상에는 배터리 칠러(190)가 장착되며, 공조 모드에 따라 외부열교환기(130)로부터 배출된 냉매를 제2팽창밸브(191)로 유입시켜 배터리 칠러(190)에서 열교환을 통해 배터리를 냉각시킬 수 있다. 이 경우, 냉매가 배출되는 배터리 칠러(190)의 출구 측 배관라인 상에는 냉매의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(192)가 장착될 수 있다.In addition, a battery chiller (190) is mounted on a separate refrigerant branch line connecting the first branch point (181) and the second branch point (182), and depending on the air conditioning mode, the refrigerant discharged from the external heat exchanger (130) can be introduced into the second expansion valve (191) to cool the battery through heat exchange in the battery chiller (190). In this case, a check valve (192) can be mounted on the outlet side piping line of the battery chiller (190) through which the refrigerant is discharged to prevent reverse flow of the refrigerant.

중간열교환기(180)는 IHX(Intermediate Heat Exchanger)로도 약칭되는 구성으로서, 제1팽창밸브(170) 및 내부열교환기(140)를 통과하기 전의 냉매와 통과한 후의 냉매 간의 열교환을 위해 마련되는 구성이다. The intermediate heat exchanger (180) is a configuration also abbreviated as IHX (Intermediate Heat Exchanger), and is a configuration provided for heat exchange between the refrigerant before and after passing through the first expansion valve (170) and the internal heat exchanger (140).

이러한 중간열교환기(180)는 외부열교환기(130)와 내부열교환기(140) 사이를 연결하는 냉매라인의 제1분기점(181)과 외부열교환기(130) 사이에 장착되어, 공조 모드에 따라 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매를 열교환시킨 후 내부열교환기(140)에 전달하거나, 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매를 열교환시킨 후 외부열교환기(130)에 전달하게 된다.This intermediate heat exchanger (180) is installed between the first branch point (181) of the refrigerant line connecting the external heat exchanger (130) and the internal heat exchanger (140) and the external heat exchanger (130), and depending on the air conditioning mode, it heat-exchanges the refrigerant discharged from the external heat exchanger (130) and then transfers it to the internal heat exchanger (140), or heat-exchanges the refrigerant discharged from the internal heat exchanger (140) and then transfers it to the external heat exchanger (130).

이 경우, 상기 중간열교환기(180)는 제1팽창밸브(170) 측으로 냉매를 전달하는 외측관로와, 어큐뮬레이터(150)와 압축기(110) 측으로 냉매를 전달하는 내측관로를 포함하는 이중관 형태의 열교환기로 구성될 수 있다. 여기서 제1팽창밸브(170) 측에 연결된 외측관로에는 압력과 온도가 상대적으로 높은 냉매가 유동하며, 내측관로에는 압력과 온도가 상대적으로 낮은 냉매가 유동할 수 있다.In this case, the intermediate heat exchanger (180) may be configured as a double-pipe type heat exchanger including an outer pipe that transfers refrigerant toward the first expansion valve (170) and an inner pipe that transfers refrigerant toward the accumulator (150) and compressor (110). Here, refrigerant having a relatively high pressure and temperature may flow through the outer pipe connected to the first expansion valve (170), and refrigerant having a relatively low pressure and temperature may flow through the inner pipe.

한편, HVAC 모듈(101)의 내부에는 냉각수 전기히터(104)에 의해 가열된 냉각수가 유입되는 히터 코어(103)가 장착된다. 상기 히터 코어(103)는 자동차 실내로 공급되는 공기 유로 내부에 장착되어, 공조 모드가 난방 모드, 제습 모드 또는 제상 모드일 경우 자동차 실내로 공급되는 공기에 열을 가하게 되며, 상기 히터 코어(103)로 공급되는 냉각수의 온도는 제어부에 의한 냉각수 전기히터(104)의 PID 제어를 통해 온도가 조절될 수 있다.Meanwhile, a heater core (103) into which coolant heated by a coolant electric heater (104) is introduced is mounted inside the HVAC module (101). The heater core (103) is mounted inside an air passage supplied to the interior of a vehicle, and when the air conditioning mode is a heating mode, a dehumidification mode, or a defrost mode, heat is applied to the air supplied to the interior of the vehicle, and the temperature of the coolant supplied to the heater core (103) can be controlled through PID control of the coolant electric heater (104) by a control unit.

전장품 냉각회로부(160)는 히트펌프 시스템의 공조 모드가 난방 모드 또는 냉방 모드일 경우 작동하도록 제어되며, 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)는 냉방 모드에서는 전장품 냉각수를 이용하여 수냉식 응축기로 작동되고, 난방 모드에서는 전장품에서 발생된 열을 흡수하는 증발기로 작동된다.The electrical component cooling circuit (160) is controlled to operate when the air conditioning mode of the heat pump system is the heating mode or the cooling mode, and the refrigerant/electrical component cooling water heat exchanger (161) operates as a water-cooled condenser using electrical component cooling water in the cooling mode, and as an evaporator that absorbs heat generated from the electrical component in the heating mode.

한편, 제어부는 공조 시스템(100)이 냉방 모드로 운용될 경우, 사용자가 온도조절장치를 통해 설정한 목표 증발기온과 온도 센서를 통해 측정된 현재 증발기온의 차이가 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기(110)를 PID 제어함으로써 실내 냉방을 수행할 수 있다.Meanwhile, when the air conditioning system (100) is operated in cooling mode, the control unit can perform indoor cooling by PID controlling the compressor (110) until the difference between the target evaporator temperature set by the user through the temperature control device and the current evaporator temperature measured through the temperature sensor converges within the error range.

즉, 공조 시스템(100)이 냉방 모드로 작동될 경우 내부열교환기(140)는 증발기로서 기능을 하게 되며, 제어부에서는 사용자가 설정한 온도에 따라 내부열교환기(140)의 온도를 목표 증발기온으로 설정하고, 내부열교환기(140) 주변에 설치된 온도센서(미도시)를 통해 검출된 현재 증발기온과 상기 목표 증발기온의 차이가 기 설정된 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기(110) RPM에 대한 PID 제어를 수행함으로써 실내 냉방을 수행하게 된다.That is, when the air conditioning system (100) is operated in cooling mode, the internal heat exchanger (140) functions as an evaporator, and the control unit sets the temperature of the internal heat exchanger (140) to the target evaporator temperature according to the temperature set by the user, and performs PID control on the RPM of the compressor (110) until the difference between the current evaporator temperature detected by a temperature sensor (not shown) installed around the internal heat exchanger (140) and the target evaporator temperature converges to a preset error range, thereby performing indoor cooling.

한편, 압축기(110)의 PID 제어에 의해 실내 냉방이 수행되는 중에 배터리(194)가 설정온도 이상으로 과열되어 배터리 제어부(Battery Management System; BMS)로부터 배터리(194)의 냉각 요청이 수신될 경우, 제어부는 제어신호를 전송하여 배터리 칠러(190) 측에 위치한 제2팽창밸브(191)를 개방하여 배터리 칠러(190)로 저온의 냉매가 공급되도록 함으로써 배터리 칠러(190)의 열교환 작용을 통해 배터리(194)의 냉각이 수행될 수 있다.Meanwhile, when the battery (194) is overheated above the set temperature while indoor cooling is being performed by the PID control of the compressor (110) and a request for cooling the battery (194) is received from the battery management system (BMS), the control unit transmits a control signal to open the second expansion valve (191) located on the battery chiller (190) side so that low-temperature refrigerant is supplied to the battery chiller (190), thereby allowing cooling of the battery (194) through the heat exchange action of the battery chiller (190).

이 경우, 배터리 칠러(190)의 이전 위치에 설치되는 제2팽창밸브(191)는 전술된 제1팽창밸브(170)와는 달리 솔레노이드 방식으로 온/오프(ON/OFF) 개폐동작만 가능한 저가의 팽창밸브가 사용되기 때문에, 배터리 냉각 요청이 수신되어 제2팽창밸브(191)가 개방되면 외부열교환기(130)에서 내부열교환기(140)로 공급되는 냉매의 일부가 배터리 칠러(190) 측으로 유입되어 내부열교환기(140)로 향하는 냉매량이 급격하게 저하됨으로써 실내 냉방 성능이 일시적으로 저하되는 현상이 발생될 수 있다.In this case, since the second expansion valve (191) installed in the previous position of the battery chiller (190) uses a low-cost expansion valve that can only open/close ON/OFF in a solenoid manner, unlike the first expansion valve (170) described above, when a battery cooling request is received and the second expansion valve (191) is opened, some of the refrigerant supplied from the external heat exchanger (130) to the internal heat exchanger (140) flows into the battery chiller (190), and the amount of refrigerant directed to the internal heat exchanger (140) is rapidly reduced, which may cause a temporary reduction in indoor cooling performance.

본 발명에서는 이를 보완하기 위해 냉방 모드로 작동 중에 배터리 냉각 요청이 들어와 배터리 냉각 모드로 진입하게 되는 경우, 제어부에서 제2팽창밸브(191)를 개방하여 배터리 냉각을 수행하는 동시에, 현재 PID 제어 중인 압축기(110)의 RPM에 배터리(194)의 냉각 부하(배터리 팩의 총 용량)에 상응하는 특정 보상 RPM 값, 즉 배터리(194)의 냉각부하를 보상할 수 있는 기설정된 특정 보상 RPM값을 추가하여 일정시간 동안 고출력으로 압축기(110)의 PID 제어를 수행하도록 제어함으로써 제2팽창밸브(191)의 개방 시 급격한 냉매 변경으로 인한 실내 냉방 성능 저하 현상을 보상해줄 수 있다.In order to compensate for this, in the present invention, when a request for battery cooling comes in during operation in cooling mode and the system enters battery cooling mode, the control unit opens the second expansion valve (191) to perform battery cooling, and at the same time, a specific compensation RPM value corresponding to the cooling load of the battery (194) (total capacity of the battery pack) is added to the RPM of the compressor (110) currently under PID control, that is, a preset specific compensation RPM value capable of compensating for the cooling load of the battery (194), thereby controlling the compressor (110) to perform PID control at high output for a certain period of time, thereby compensating for the phenomenon of indoor cooling performance degradation due to a sudden change in refrigerant when the second expansion valve (191) is opened.

이때, 상기와 같이 배터리 냉각 모드로 진입하게 되는 경우, 상기 배터리 제어부(BMS) 측에서 배터리(194) 냉각 부하를 보상할 수 있는 기설정된 보상 RPM값을 압축기(110) 측으로 전달하여, 추가된 보상 RPM값을 통해 일정시간 동안 고출력으로 압축기(110)의 PID 제어를 수행할 수도 있다.At this time, when entering the battery cooling mode as described above, the battery control unit (BMS) may transmit a preset compensation RPM value that can compensate for the battery (194) cooling load to the compressor (110), and perform PID control of the compressor (110) at high output for a certain period of time through the added compensation RPM value.

그리고, 배터리(194)의 냉각이 종료되면, 제어부는 제2팽창밸브(191)를 닫아 냉매의 흐름을 내부열교환기(140) 측으로 유도하는 동시에 현재 제어 중인 압축기(110)의 PID 제어 값(RPM 값)을 다시 원 상태(냉방 모드로만 작동)로 복귀되도록 제어함으로써 냉매 경로 복귀에 따른 실내의 급격한 온도 저하를 방지하고, 압축기(110)의 고출력 구동에 다른 전력소모를 감소시킬 수 있다.And, when the cooling of the battery (194) is completed, the control unit closes the second expansion valve (191) to induce the flow of refrigerant toward the internal heat exchanger (140) and simultaneously controls the PID control value (RPM value) of the compressor (110) currently being controlled to return to its original state (operation only in cooling mode), thereby preventing a rapid temperature drop in the room due to the return of the refrigerant path and reducing power consumption other than for the high-output operation of the compressor (110).

이하에서는 본 발명에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 각 공조 모드에 대해서 상세히 설명하기로 한다.Below, each air conditioning mode of the air conditioning system for an electric vehicle according to the present invention will be described in detail.

도 2 내지 도 4에는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 공조 시스템의 냉방 모드, 난방 모드, 냉방 및 배터리 냉각 모드 시 각각의 냉매 흐름을 나타내는 냉매 순환 흐름도가 도시되어 있다.FIGS. 2 to 4 illustrate refrigerant circulation flow diagrams showing refrigerant flows in each of the cooling mode, heating mode, cooling mode, and battery cooling mode of an air conditioning system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 2에 도시된 냉방 모드의 경우에 대해 설명하기로 한다.First, we will explain the cooling mode illustrated in Fig. 2.

냉방 모드 시 냉매의 흐름은 "압축기(110) - 4방밸브(120) - 전장품 냉각회로부(160, 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)가 수냉식 응축기로 기능) - 외부열교환기(130, 응축기로 기능) - 중간열교환기(180) - 내부열교환기(140, 증발기로 기능) - 4방밸브(120) - 어큐뮬레이터(150) - 압축기(110)" 순으로 유동하도록 제어된다.In cooling mode, the flow of refrigerant is controlled to flow in the following order: "compressor (110) - 4-way valve (120) - electrical component cooling circuit (160, refrigerant/electrical component cooling water heat exchanger (161) functions as a water-cooled condenser) - external heat exchanger (130, functions as a condenser) - intermediate heat exchanger (180) - internal heat exchanger (140, functions as an evaporator) - 4-way valve (120) - accumulator (150) - compressor (110)".

냉방 모드에서 4방밸브(120)는 압축기(110)로부터 배출되는 냉매가 외부열교환기(130)로 인입되고, 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매가 압축기(110)로 인입되도록 4방밸브(120)의 제1포트(121)가 제4포트(124)와 연통되고, 제2포트(122)는 제3포트(123)와 연통된다.In cooling mode, the first port (121) of the four-way valve (120) is connected to the fourth port (124) and the second port (122) is connected to the third port (123) so that the refrigerant discharged from the compressor (110) is introduced into the external heat exchanger (130) and the refrigerant discharged from the internal heat exchanger (140) is introduced into the compressor (110).

그리고, 내부열교환기(140)는 공조 모드에 따라 외부열교환기(130)에서 전달된 냉매를 자동차의 실내로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 압축기(110)에서 배출된 냉매를 자동차 실내로 공급되는 공기와 열교환시키게 된다.And, the internal heat exchanger (140) exchanges heat with the refrigerant delivered from the external heat exchanger (130) depending on the air conditioning mode, or exchanges heat with the refrigerant discharged from the compressor (110) with the air supplied to the interior of the vehicle.

구체적으로, 내부열교환기(140)의 한쪽 포트는 공조 모드에 따라 HVAC 모듈(101) 내부로 유입된 공기로부터 열을 흡수한 냉매를 배출하거나, 자동차 실내로 공급되는 공기에 열을 제공하기 위한 냉매가 유입되는 통로로서 기능을 하고, 다른 한쪽 포트는 공조 모드에 따라 HVAC 모듈(101) 내부로 유입된 공기로부터 열을 흡수하는 냉매가 유입되거나, 자동차 실내로 공급되는 공기에 열을 제공한 냉매를 배출하는 통로로서 기능을 한다.Specifically, one port of the internal heat exchanger (140) functions as a passage through which refrigerant that absorbs heat from air introduced into the HVAC module (101) depending on the air conditioning mode is discharged or refrigerant that provides heat to air supplied to the interior of a vehicle is introduced, and the other port functions as a passage through which refrigerant that absorbs heat from air introduced into the HVAC module (101) depending on the air conditioning mode is introduced or refrigerant that provides heat to air supplied to the interior of a vehicle is discharged.

여기서, 공조 모드가 냉방 모드로 운용될 경우 내부열교환기(140)는 증발기로서 기능을 하게 되는데, 외부열교환기(130)로부터 전달된 냉매는 제1팽창밸브(170)에서 팽창된 후 저온 상태로 내부열교환기(140) 내부로 인입되어 자동차 실내로 공급되는 공기와 열교환된다.Here, when the air conditioning mode is operated in the cooling mode, the internal heat exchanger (140) functions as an evaporator. The refrigerant delivered from the external heat exchanger (130) is expanded in the first expansion valve (170) and then introduced into the internal heat exchanger (140) in a low-temperature state to exchange heat with the air supplied to the vehicle interior.

어큐뮬레이터(150)는 중간열교환기(180)와 압축기(110) 사이에 장착되어, 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매를 4방밸브(120)를 통해 흡수한 후 압축기(110)로 전달한다.The accumulator (150) is installed between the intermediate heat exchanger (180) and the compressor (110), absorbs the refrigerant discharged from the internal heat exchanger (140) through the four-way valve (120), and then delivers it to the compressor (110).

그리고, 전장품 냉각회로부(160)는 공조 모드가 냉방 모드인 경우 작동될 수 있으며, 이 경우 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)는 전장품 냉각수를 이용하여 수냉식 응축기로 작동됨으로써, 냉매/전장품냉각수 열교환기(161) 내부의 냉매를 더욱 냉각시킬 수 있어, 냉방 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the electrical component cooling circuit (160) can be operated when the air conditioning mode is the cooling mode, and in this case, the refrigerant/electrical component cooling water heat exchanger (161) operates as a water-cooled condenser using the electrical component cooling water, thereby further cooling the refrigerant inside the refrigerant/electrical component cooling water heat exchanger (161), thereby improving the cooling performance.

여기서, 도 2에 나타낸 냉방 모드는 배터리 냉각이 필요하지 않은 외기온 조건에서의 운전 모드로서, 제2팽창밸브(191)는 폐쇄(Clsoe)시켜 중간열교환기(180)의 출구 측 냉매라인을 분기시킨 배터리 냉각 유로가 개방되지 않도록 하여, 배터리 칠러(190)로 냉매가 유동되지 않도록 한다. Here, the cooling mode shown in Fig. 2 is an operation mode under outside temperature conditions where battery cooling is not required, and the second expansion valve (191) is closed to prevent the battery cooling path branched from the outlet side refrigerant line of the intermediate heat exchanger (180) from opening, thereby preventing the refrigerant from flowing to the battery chiller (190).

다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 난방 모드에 대해 설명하기로 한다.Next, the heating mode of the present invention will be described with reference to Fig. 3.

난방 모드일 경우, 냉매의 흐름은 "압축기(110) - 4방밸브(120) - 내부열교환기(140, 응축기로 기능) - 외부열교환기(130, 증발기로 기능) - 전장품 냉각회로부(160, 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)가 증발기로 기능) - 4방밸브(120) - 어큐뮬레이터(150) - 압축기(110)" 순으로 유동하도록 제어될 수 있다.In heating mode, the flow of refrigerant can be controlled to flow in the following order: "compressor (110) - 4-way valve (120) - internal heat exchanger (140, functioning as a condenser) - external heat exchanger (130, functioning as an evaporator) - electrical component cooling circuit (160, refrigerant/electrical component cooling water heat exchanger (161) functioning as an evaporator) - 4-way valve (120) - accumulator (150) - compressor (110)".

4방밸브(120)는 압축기(110)로부터 배출되는 냉매가 내부열교환기(140)로 유입되고, 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매가 압축기(110)로 유입되도록, 4방밸브(120)의 제1포트(121)가 제2포트(122)와 연통되고, 제3포트(122)는 제4포트(123)와 연통될 수 있다.The first port (121) of the four-way valve (120) can be communicated with the second port (122), and the third port (122) can be communicated with the fourth port (123) so that the refrigerant discharged from the compressor (110) flows into the internal heat exchanger (140), and the refrigerant discharged from the external heat exchanger (130) flows into the compressor (110).

이와 같이 난방 모드로 운용될 경우에는, 내부열교환기(140)는 응축기로 기능하게 되는데, 압축기(110)로부터 배출된 냉매를 응축시켜 자동차 실내로 공급되는 공기와 열교환시킬 수 있도록, 압축기(110)로부터 배출된 냉매가 내부열교환기(140) 내부로 유입된다.When operated in heating mode in this manner, the internal heat exchanger (140) functions as a condenser, and the refrigerant discharged from the compressor (110) is introduced into the internal heat exchanger (140) so that the refrigerant can be condensed and heat exchanged with the air supplied to the interior of the vehicle.

또한, 자동차 실내로 공급되는 공기에 열을 가할 수 있도록 냉각수 전기히터(104)를 작동시켜 난방 성능을 향상시킬 수 있다. 이때, 도 3에 나타낸 바와 같이 HVAC 모듈(101) 내에 히터 코어(103)를 배치하고, 히터 코어(103)를 순환하는 냉각수 라인을 구성하되, 냉각수 라인 상에 냉각수 전기히터(104), 펌프(105)와 냉각수 리저버 탱크(106)를 배치할 수 있다.In addition, the heating performance can be improved by operating the coolant electric heater (104) so as to heat the air supplied to the interior of the vehicle. At this time, as shown in Fig. 3, a heater core (103) is placed in the HVAC module (101), and a coolant line circulating through the heater core (103) is configured, and a coolant electric heater (104), a pump (105), and a coolant reservoir tank (106) can be placed on the coolant line.

이 경우 어큐뮬레이터(150)는 전장품 냉각회로부(160)로부터 배출되는 냉매를 4방밸브(120)를 통해 흡수한 후 압축기(110)로 전달할 수 있다. 아울러, 전장품 냉각회로부(160)에서는 외부열교환기(130)로부터 배출된 냉매가 자동차에 탑재된 전장부품으로부터 발생되는 열을 열교환을 통해 흡수하고, 열을 흡수한 냉매는 4방밸브(120)를 통해 어큐뮬레이터(150)로 전달될 수 있다.In this case, the accumulator (150) can absorb the refrigerant discharged from the electrical component cooling circuit (160) through the four-way valve (120) and then transfer it to the compressor (110). In addition, in the electrical component cooling circuit (160), the refrigerant discharged from the external heat exchanger (130) can absorb the heat generated from the electrical components mounted on the vehicle through heat exchange, and the refrigerant that has absorbed the heat can be transferred to the accumulator (150) through the four-way valve (120).

이와 같은 난방 모드가 작동되는 경우는 실외 온도가 낮은 동절기로서, 일반적인 경우에는 배터리를 냉각시킬 필요가 없으므로, 제2팽창밸브(191)을 폐쇄(Close)시켜 배터리 칠러(190) 측으로 냉매가 유동되지 않도록 한다.In cases where this type of heating mode is operated, such as in winter when the outdoor temperature is low, there is no need to cool the battery in general cases, so the second expansion valve (191) is closed to prevent the refrigerant from flowing toward the battery chiller (190).

이때, 배터리 자체나 주위의 이상으로 인해 배터리 냉각이 필요한 경우에는 배터리 냉각 동작만을 수행하는 배터리 냉각 모드로 전환하여 배터리 냉각을 수행하고, 난방은 냉각수 전기 히터(104)에 의해서만 수행할 수 있다.At this time, if battery cooling is required due to an abnormality in the battery itself or its surroundings, the battery is cooled by switching to a battery cooling mode that only performs battery cooling, and heating can be performed only by a coolant electric heater (104).

또한, 자동차가 운행 중인 경우에는 전장품에서 열이 발생되고, 전장품 냉각회로부(160)에 냉매 유입시, 전장품 냉각회로부(160)의 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)가 증발기로서 기능하게 되어, 냉매는 전장품에서 발생한 열을 흡수하여 상대적으로 보다 고온 상태에 도달하여 어큐뮬레이터(150) 및 압축기 측으로 유입되고, 이로써 내부열교환기(140)에서의 발열량이 증가되어 난방 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, when the vehicle is running, heat is generated in the electrical components, and when refrigerant flows into the electrical components cooling circuit (160), the refrigerant/electrical components coolant heat exchanger (161) of the electrical components cooling circuit (160) functions as an evaporator, so that the refrigerant absorbs the heat generated in the electrical components and reaches a relatively higher temperature before flowing into the accumulator (150) and compressor side, thereby increasing the amount of heat generated in the internal heat exchanger (140), thereby further improving heating performance.

한편, 공조 시스템(100)이 전술된 도 2와 같은 냉방 모드로 작동하다가 필요에 따라 도 3과 같은 난방 모드로 전환하여 작동하게 될 경우, 내부열교환기(140)는 냉방 모드에서 증발기로서 기능을 하다가 난방 모드에서는 응축기 역할로 변경되면서 내부열교환기(140)에 고여 있는 물방울(습기)이 증발되어 차량 유리창(Windshield)에 맺히게 되는 플래시 포깅(Flash-fogging) 현상을 발생시킬 수 있다. Meanwhile, when the air conditioning system (100) operates in a cooling mode as in the aforementioned FIG. 2 and then switches to a heating mode as in FIG. 3 as needed, the internal heat exchanger (140) functions as an evaporator in the cooling mode and then changes to a condenser in the heating mode, which may cause a flash fogging phenomenon in which water droplets (moisture) accumulated in the internal heat exchanger (140) evaporate and form on the vehicle windshield.

이와 같이 4방밸브(120)를 이용하는 공조 시스템(100)의 경우 냉방 모드로 동작되다가 난방 모드로 전환될 경우에 내부열교환기(140)가 증발기 상태일 때 머금고 있던 수분이 증발하여 유리창에 맺히게 되는 플래시 포깅 현상이 발생되는 문제로 인해 기존에는 차량에 4방밸브(120)가 적용된 히트펌프 시스템을 적극적으로 적용할 수가 없었다.In the case of an air conditioning system (100) using a 4-way valve (120) like this, when the system is operated in cooling mode and then switched to heating mode, the moisture contained in the internal heat exchanger (140) in the evaporator state evaporates and forms a flash fogging phenomenon on the window, so it was not possible to actively apply a heat pump system with a 4-way valve (120) to a vehicle in the past.

그러나, 본 발명에서는 상기와 같이 4방밸브(120)가 적용된 히트 펌프 시스템에서 발생하는 플래시 포깅 현상을 해결하기 위하여, 내부열교환기(140)가 증발기로 사용되다가 사용자 또는 기타 동작 조건에 의해 응축기로 사용이 전환될 경우, 응축기로 사용되기 이전 단계나, 또는 배터리 리셋(Battery reset) 단계 시 '내부열교환기 건조 모드(Inner HEX dry mode)'라는 별도의 설정된 모드(mode)로 진입하여 내부열교환기(140)를 건조 시키는 동작을 수행할 수 있다.However, in order to solve the flash fogging phenomenon occurring in a heat pump system to which a 4-way valve (120) is applied as described above, in the present invention, when the internal heat exchanger (140) is used as an evaporator and then switched to a condenser by a user or other operating conditions, an operation to dry the internal heat exchanger (140) can be performed by entering a separately set mode called 'Inner HEX dry mode' before being used as a condenser or during a battery reset stage.

상기 내부열교환기 건조 모드에서는, 예를 들어 1단계에서 HVAC 모듈(101) 내부에 위치한 히터 코어(103)를 구동시켜 일정시간 동안 내부열교환기(140)의 제습과 실내 난방을 수행할 수 있다. 이때, 상기 1단계에서는 HVAC 모듈(101) 내부에 구비된 블로워 팬(Blower fan; 102)을 2단 이상으로 구동하여 내부열교환기(140)의 제습작용을 보조할 수 있다. 그리고, 2단계에서는 난방 모드로 운용되는 압축기(110)를 최소 RPM으로 일정시간 동안 동작시켜 내부열교환기(140)의 잔여 수분을 제거할 수 있다. In the above internal heat exchanger drying mode, for example, in step 1, the heater core (103) located inside the HVAC module (101) can be driven to perform dehumidification of the internal heat exchanger (140) and indoor heating for a certain period of time. At this time, in step 1, the blower fan (102) provided inside the HVAC module (101) can be driven in two or more stages to assist the dehumidification of the internal heat exchanger (140). In addition, in step 2, the compressor (110) operated in heating mode can be operated at the minimum RPM for a certain period of time to remove residual moisture in the internal heat exchanger (140).

이 경우, 공조 시스템(100)이 상기와 같은 내부열교환기 건조 모드로 작동되는 중에 사용자에 의해 디프로스트(DEF) 또는 에어컨(A/C) 모드(냉방 모드)로 조작될 경우나, 공조 시스템(100)의 오프(OFF) 시에 내부열교환기 건조 모드의 동작을 중지시킬 수 있다.In this case, when the air conditioning system (100) is operated in the internal heat exchanger drying mode as described above and is operated by the user in the defrost (DEF) or air conditioning (A/C) mode (cooling mode), or when the air conditioning system (100) is turned off, the operation of the internal heat exchanger drying mode can be stopped.

이와 같이 공조 시스템(100)이 냉방 모드에서 난방 모드로 전환되거나, 또는 배터리 리셋 시에 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 내부열교환기(140)를 히터 코어(103)만으로 일정시간 동안 자연 건조시키는 1단계와, 히트펌프 모드(난방 모드)로 압축기(110)를 최소 RPM으로 일정시간 동작시켜 내부열교환기(140)의 잔여 수분을 제거하는 2단계를 거쳐, 내부열교환기(140)를 완전하게 건조시키고, 내부열교환기(140)의 건조작업이 모두 완료되면 난방 모드(히트펌프 모드)로 정상 작동되도록 운용함으로써, 차량의 유리창에 플래시 포깅이 발생하는 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.In this way, when the air conditioning system (100) switches from cooling mode to heating mode, or enters the internal heat exchanger drying mode when the battery is reset, the internal heat exchanger (140) is naturally dried for a certain period of time using only the heater core (103) in the first step, and the remaining moisture in the internal heat exchanger (140) is removed by operating the compressor (110) at the minimum RPM for a certain period of time in the heat pump mode (heating mode) in the second step, thereby completely drying the internal heat exchanger (140), and when the drying operation of the internal heat exchanger (140) is completely completed, the system is operated in the heating mode (heat pump mode) so as to operate normally, thereby effectively suppressing the phenomenon of flash fogging occurring on the vehicle's windows.

다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 공조 시스템의 냉방 모드와 배터리 냉각 모드를 동시에 실시하는 경우에 대해 설명하기로 한다.Next, with reference to FIG. 4, a description will be given of a case where the cooling mode and battery cooling mode of the air conditioning system according to the present invention are simultaneously implemented.

냉방 모드와 배터리 냉각 모드를 동시에 수행할 경우, 냉매의 흐름은 "압축기(110) - 4방밸브(120) - 전장품 냉각회로부(160, 냉매/전장품냉각수 열교환기(161)가 수냉식 응축기로 기능) - 외부열교환기(130, 응축기로 기능)- 중간열교환기(180) - 내부열교환기(140, 증발기로 기능) - 4방밸브(120) - 어큐뮬레이터(150) - 압축기(110)"순으로 유동하도록 제어되고, 중간열교환기(180)와 내부열교환기(140) 사이를 연결하는 냉매라인을 분기시켜 분기된 냉매의 일부가 제2팽창밸브(191)을 거쳐 배터리 칠러(190)로 유입되어 배터리를 냉각시키도록 할 수 있다.When the cooling mode and the battery cooling mode are performed simultaneously, the flow of the refrigerant is controlled to flow in the order of "compressor (110) - 4-way valve (120) - electrical component cooling circuit (160, refrigerant/electrical component cooling water heat exchanger (161) functions as a water-cooled condenser) - external heat exchanger (130, functions as a condenser) - intermediate heat exchanger (180) - internal heat exchanger (140, functions as an evaporator) - 4-way valve (120) - accumulator (150) - compressor (110)", and the refrigerant line connecting the intermediate heat exchanger (180) and the internal heat exchanger (140) can be branched so that a portion of the branched refrigerant can flow into the battery chiller (190) through the second expansion valve (191) to cool the battery.

여기서, 공조 시스템이 냉방 모드로 운용되는 경우 내부열교환기(140)는 증발기로서 기능을 하게 되며, 외부열교환기(130)로부터 전달된 냉매는 제1팽창밸브(170)을 통해 팽창된 후 실내열교환기(140) 내부로 유입되어 자동차 실내로 공급되는 공기와 열교환된다. Here, when the air conditioning system is operated in cooling mode, the internal heat exchanger (140) functions as an evaporator, and the refrigerant delivered from the external heat exchanger (130) is expanded through the first expansion valve (170) and then flows into the indoor heat exchanger (140) to exchange heat with the air supplied to the vehicle interior.

그리고, 중간열교환기(180)와 압축기(110) 사이에 장착된 어큐뮬레이터(150)는 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매를 4방밸브(120)를 통해 전달받은 후 다시 압축기(110)로 전달하게 된다.And, the accumulator (150) mounted between the intermediate heat exchanger (180) and the compressor (110) receives the refrigerant discharged from the internal heat exchanger (140) through the four-way valve (120) and then transfers it back to the compressor (110).

한편, 외부열교환기(130)로부터 배출된 냉매는 제2팽창밸브(191)를 통해 팽창되어 저온 상태가 된 이후 배터리 칠러(190)로 인입되어 배터리(194)를 순환하는 냉각수와 열교환을 통해 배터리(194)를 냉각시킨다. Meanwhile, the refrigerant discharged from the external heat exchanger (130) is expanded through the second expansion valve (191) to reach a low temperature state and then introduced into the battery chiller (190) to cool the battery (194) through heat exchange with the cooling water circulating in the battery (194).

이 경우, 배터리 칠러(190)와 열교환되는 배터리 냉난방 냉각수회로에는 냉각수 순환펌프(193), 배터리(194), 배터리 히터(195)가 순차적으로 배치되어 냉각수 순환이 이루어지며, 상기 배터리 칠러(190)는 증발기의 역할을 수행하게 된다. In this case, a coolant circulation pump (193), a battery (194), and a battery heater (195) are sequentially arranged in a battery cooling/heating coolant circuit that exchanges heat with a battery chiller (190) to achieve coolant circulation, and the battery chiller (190) performs the role of an evaporator.

이와 같이 외부열교환기(130)를 지나며 응축된 냉매는 제1팽창밸브(170)와 제2팽창밸브(191)을 거쳐 팽창하여 저온의 냉매로 내부열교환기(140)와 배터리 칠러(190)로 각각 유입됨으로써, HVAC 모듈(101)에 유입된 공기를 냉각시켜 실내 냉방을 수행하는 동시에, 배터리 칠러(190)에 유입된 저온 냉매의 열교환 작용에 의해 배터리(194)를 냉각시킬 수 있다. 그리고, 배터리 칠러(190)에서 열교환된 냉매는 내부열교환기(140)를 거쳐 4방밸브(120)를 지나온 냉매와 제2분기점(182)에서 합류하여 중간열교환기(181)로 유입된다. In this way, the refrigerant condensed while passing through the external heat exchanger (130) expands through the first expansion valve (170) and the second expansion valve (191) and flows into the internal heat exchanger (140) and the battery chiller (190) as low-temperature refrigerant, thereby cooling the air flowing into the HVAC module (101) and performing indoor cooling, and at the same time, the battery (194) can be cooled by the heat exchange action of the low-temperature refrigerant flowing into the battery chiller (190). Then, the refrigerant that has undergone heat exchange in the battery chiller (190) passes through the internal heat exchanger (140) and the refrigerant that has passed through the four-way valve (120) at the second branch point (182) and flows into the intermediate heat exchanger (181).

이와 같이 냉방 모드가 작동되는 경우는 보통 실외 온도가 높은 하절기로서, 배터리(194)의 온도가 높아져 배터리 효율이 저하되기 때문에, 제2팽창밸브(191)를 개방하여 냉매를 유동시키되 냉매가 팽창되도록 하고, 팽창된 냉매가 증발기로 기능하는 배터리 칠러(190)를 지나면서 배터리 냉난방 냉각수회로의 냉각수를 냉각시키고, 이 냉각수가 배터리팩의 냉각플레이트로 순환되어 배터리팩이 과열되는 것을 방지할 수 있게 된다.In this way, the cooling mode is operated during the summer season when the outdoor temperature is high, and the temperature of the battery (194) rises, thereby reducing battery efficiency. Therefore, the second expansion valve (191) is opened to allow the refrigerant to flow, but the refrigerant is expanded, and the expanded refrigerant passes through the battery chiller (190) that functions as an evaporator, thereby cooling the coolant in the battery cooling and heating coolant circuit. This coolant is circulated to the cooling plate of the battery pack, thereby preventing the battery pack from overheating.

한편, 배터리의 냉각은 배터리(194)가 설정 온도 이상으로 과열되면 배터리 제어부(BMS)로부터 배터리 냉각 요청 신호가 수신되어 실내 냉방과 동시에 이루어질 수 있다. 즉, 공조 시스템(100)이 냉방 모드로 작동 중에 배터리 제어부로부터 배터리 냉각 요청이 수신될 경우 제어부는 제어신호를 송출하여 배터리 칠러(190) 측에 위치한 제2팽창밸브(191)를 개방하고 배터리 칠러(190)로 저온의 냉매를 공급하여 배터리 냉각을 수행한다.Meanwhile, battery cooling can be performed simultaneously with indoor cooling when a battery cooling request signal is received from the battery management system (BMS) when the battery (194) is overheated above the set temperature. That is, when a battery cooling request is received from the battery management system while the air conditioning system (100) is operating in cooling mode, the management system transmits a control signal to open the second expansion valve (191) located on the battery chiller (190) side and supply low-temperature refrigerant to the battery chiller (190) to perform battery cooling.

이 경우, 배터리 칠러(190) 측에 위치하는 제2팽창밸브(191)는 내부열교환기(140) 측에 위치하는 개도량 조절이 가능한 전자식 제1팽창밸브(170)와 달리 솔레노이드 방식으로 온/오프(ON/OFF) 개폐 구동만이 가능하고 개도량 조절이 불가능한 팽창밸브가 사용되기 때문에, 배터리 냉각 모드로 진입하여 제2팽창밸브(191)가 개방되면 외부열교환기(130)에서 전달되는 냉매 유량의 일부가 배터리 칠러(190) 측으로 유입됨에 따라 내부열교환기(140) 측으로 향하는 냉매 유량이 일시적으로 감소되어 실내 냉방 성능이 일시적으로 저하되는 문제가 발생할 수 있다. In this case, the second expansion valve (191) located on the battery chiller (190) side is an expansion valve that can only be opened and closed by a solenoid (ON/OFF) method and cannot be opened and closed by adjusting the opening amount, unlike the electronic first expansion valve (170) located on the internal heat exchanger (140) side that can control the opening amount. Therefore, when the second expansion valve (191) is opened by entering the battery cooling mode, a portion of the refrigerant flow rate delivered from the external heat exchanger (130) flows into the battery chiller (190) side, and thus the refrigerant flow rate toward the internal heat exchanger (140) side is temporarily reduced, which may cause a problem in that the indoor cooling performance is temporarily reduced.

이에 따라, 공조 시스템(100)이 냉방 모드로 운용되는 중에 배터리 냉각 요청이 수신되어 냉각 모드로 진입할 경우, 제어부에서는 제2팽창밸브(191)를 개방하여 배터리 칠러(190)를 통해 배터리 냉각을 수행하는 동시에, 현재 냉방 모드에서 PID 제어 중인 압축기(110)의 RPM 값에 배터리(194)의 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값을 추가하여 일정시간 동안 고출력으로 압축기(110)의 PID 제어를 수행함으로써 제2팽창밸브(191)의 개방 시 급격한 냉매 경로의 변경으로 인해 일시적으로 실내 냉방 성능이 저하되는 것을 보상해줄 수 있다.Accordingly, when a battery cooling request is received while the air conditioning system (100) is operating in cooling mode and enters cooling mode, the control unit opens the second expansion valve (191) to perform battery cooling through the battery chiller (190), and at the same time, adds a specific compensation RPM value corresponding to the cooling load of the battery (194) to the RPM value of the compressor (110) currently under PID control in cooling mode, thereby performing PID control of the compressor (110) at high output for a certain period of time, thereby compensating for a temporary decrease in indoor cooling performance due to a sudden change in the refrigerant path when the second expansion valve (191) is opened.

그리고, 배터리의 냉각이 종료되면, 제어부는 제2팽창밸브(191)를 닫아 냉매의 흐름을 다시 내부열교환기(140) 측으로만 유도하게 되는데, 이 경우 배터리 냉각 모드에서 특정 보상 RPM 값이 적용된 상태로 압축기(110)가 고출력으로 작동됨에 따라 냉매량이 지속적으로 증가하여 실내 냉방이 과도하게 진행될 수 있다. And, when the cooling of the battery is completed, the control unit closes the second expansion valve (191) to induce the flow of refrigerant only towards the internal heat exchanger (140). In this case, since the compressor (110) operates at high output with a specific compensation RPM value applied in the battery cooling mode, the amount of refrigerant continuously increases, which may cause excessive indoor cooling.

따라서, 제어부에서는 배터리의 냉각이 종료될 경우 현재 보상 RPM 값을 적용하여 고출력으로 PID 제어 중인 압축기(110)의 PID 제어 값을 원래의 상태(냉방 모드로만 작동되는 상태)로 복귀하도록 제어함으로써 증발기로 향하는 냉매량을 감소시켜 냉매 경로의 복귀에 따른 실내의 급격한 온도 저하 현상을 최소화할 수 있고, 아울러 압축기(110)의 고출력 구동에 다른 전력소모도 줄일 수 있다.Accordingly, when cooling of the battery is terminated, the control unit applies the current compensation RPM value to control the PID control value of the compressor (110) under high-output PID control to return to the original state (state of operation only in cooling mode), thereby reducing the amount of refrigerant directed to the evaporator, thereby minimizing the phenomenon of rapid temperature drop in the room due to return of the refrigerant path, and also reducing other power consumption for high-output operation of the compressor (110).

한편, 도 5는 본 발명에 따른 공조 시스템의 제어 방법을 나타내는 플로우 차트이다. 그리고, 도 6은 공조 시스템이 냉방 모드로만 작동될 때 압축기의 PID 제어를 수식관계로 나타낸 다이어그램이고, 도 7은 공조 시스템이 냉방 모드로 작동 중 배터리 냉각 모드로 진입하여 배터리의 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값이 추가된 상태로 압축기 RPM이 PID 제어되는 것을 수식관계로 나타낸 다이어그램이다.Meanwhile, Fig. 5 is a flow chart showing a control method of an air conditioning system according to the present invention. In addition, Fig. 6 is a diagram showing a PID control of a compressor in a mathematical relationship when the air conditioning system is operated only in a cooling mode, and Fig. 7 is a diagram showing a PID control of a compressor RPM with a specific compensation RPM value corresponding to the cooling load of the battery added when the air conditioning system enters a battery cooling mode while operating in a cooling mode.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 공조 시스템의 제어 방법은, 먼저, 공조 시스템(100)의 제어부에서 현재의 공조 시스템(100)이 냉방 모드(AC ON) 또는 난방 모드(HEAT ON)로 작동 중인지를 판단한다.(S210)Referring to FIGS. 5 to 7, the control method of the air conditioning system according to the present invention first determines in the control unit of the air conditioning system (100) whether the current air conditioning system (100) is operating in cooling mode (AC ON) or heating mode (HEAT ON). (S210)

여기서, 상기 (S210) 단계로부터 현재의 공조 시스템(100)이 난방 모드로 작동 중인 것으로 판단되면, 현재 차량의 외기온도가 설정범위 내에 존재하는지 여부를 판단한다.(S212) Here, if it is determined from the above step (S210) that the current air conditioning system (100) is operating in heating mode, it is determined whether the current outside temperature of the vehicle is within the set range (S212).

이때, 만일 현재 외기온도가 설정범위를 벗어나 있으면 냉각수 전기히터(104)만을 PID 제어하여 실내 난방을 수행하게 되고(S214), 외기온도가 설정범위 내에 있으면 냉각수 전기히터(104)의 PID 제어(S214)와 병행하여 히트펌프의 압축기(110)를 PID 제어(S216)하여 실내 난방을 수행하게 된다.At this time, if the current outside temperature is outside the set range, only the coolant electric heater (104) is PID controlled to perform indoor heating (S214), and if the outside temperature is within the set range, the compressor (110) of the heat pump is PID controlled (S216) in parallel with the PID control (S214) of the coolant electric heater (104) to perform indoor heating.

한편, 상기 (S210) 단계로부터 현재의 공조 시스템(100)이 냉방 모드로 작동 중인 것으로 판단되면, 배터리 제어부(BMS)로부터 배터리의 냉각 요청이 수신되었는지 여부를 판단한다.(S220)Meanwhile, if it is determined from the above step (S210) that the current air conditioning system (100) is operating in cooling mode, it is determined whether a request for cooling the battery has been received from the battery management system (BMS). (S220)

이때, 만일 배터리 냉각 요청이 수신되지 않았으면 사용자의 실내 온도설정에 따른 목표 증발기온과 현재 증발기온의 차이가 설정된 오차범위에 수렴될 때까지 압축기(110)를 PID 제어함으로써 실내 냉방을 수행하게 된다(S222). 이와 같이 공조 시스템(100)이 냉방 모드로만 작동될 경우의 압축기(110)의 PID 제어와 관련된 수식은 도 6에 도시된 다이어그램에 나타나 있다.At this time, if a battery cooling request is not received, the compressor (110) is PID controlled until the difference between the target evaporator temperature according to the user's indoor temperature setting and the current evaporator temperature converges to the set error range, thereby performing indoor cooling (S222). In this way, the equation related to the PID control of the compressor (110) when the air conditioning system (100) is operated only in the cooling mode is shown in the diagram illustrated in Fig. 6.

반면, 상기 (S220) 단계에서 배터리의 냉각 요청이 수신된 것으로 판단될 경우에는, 제어부는 제2팽창밸브(191)로 제어신호를 전송하여 제2팽창밸브(191)를 개방하고 저온의 냉매를 배터리 칠러(190)로 유입시켜 배터리의 냉각을 수행하는 동시에, 현재 냉방 모드로 PID 제어 중인 압축기(110)의 RPM 값에 배터리의 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값을 추가하여 일정시간 동안 고출력으로 압축기(110)의 PID 제어를 수행한다.(S230) On the other hand, if it is determined that a request for cooling the battery has been received in the step (S220), the control unit transmits a control signal to the second expansion valve (191) to open the second expansion valve (191) and introduce low-temperature refrigerant into the battery chiller (190) to cool the battery, and at the same time, adds a specific compensation RPM value corresponding to the cooling load of the battery to the RPM value of the compressor (110) currently under PID control in the cooling mode, and performs PID control of the compressor (110) at high output for a certain period of time. (S230)

도 7에 도시된 다이어그램에서는 상기 (S230) 단계에서 배터리 냉각 모드로 진입 후 배터리 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값을 추가하여 압축기(110)를 PID 제어하는 수식관계가 나타나 있다.The diagram illustrated in FIG. 7 shows a mathematical relationship for PID controlling the compressor (110) by adding a specific compensation RPM value corresponding to the battery cooling load after entering the battery cooling mode in the step (S230).

이와 같이, 공조 시스템(100)이 냉방 모드로 작동 중에 배터리의 냉각 요청이 들어와 배터리 냉각 모드로 진입할 경우 제2팽창밸브(191)를 개방하여 배터리 칠러(190)를 통해 배터리 냉각을 수행하는 동시에, 현재 냉방 모드에서 PID 제어 중인 압축기(110)의 RPM 값에 배터리의 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값을 추가하여 고출력으로 일정시간 동안 압축기(110)의 PID 제어를 수행하도록 제어함으로써 내부열교환기(140) 측으로 향하는 냉매량을 일정시간 동안 증가시킬 수 있기 때문에 제2팽창밸브(191)의 개방에 따른 급격한 냉매 경로의 변경으로 인해 실내 냉방 성능이 일시적으로 저하되는 것을 효과적으로 보상해줄 수 있다.In this way, when a request for cooling of the battery comes in while the air conditioning system (100) is operating in cooling mode and enters the battery cooling mode, the second expansion valve (191) is opened to perform battery cooling through the battery chiller (190), and at the same time, a specific compensation RPM value corresponding to the cooling load of the battery is added to the RPM value of the compressor (110) currently under PID control in cooling mode, thereby controlling the compressor (110) to perform PID control at high output for a certain period of time, thereby increasing the amount of refrigerant directed to the internal heat exchanger (140) for a certain period of time, thereby effectively compensating for the temporary deterioration of indoor cooling performance due to a sudden change in the refrigerant path caused by the opening of the second expansion valve (191).

그리고, 배터리 냉각이 종료되면, 제어부는 개방된 상태의 제2팽창밸브(191)를 폐쇄하여 냉매의 흐름을 다시 내부열교환기(140) 측으로 유도하는 동시에, 보상된 RPM 값으로 현재 PID 제어 중인 압축기(110)의 PID 제어 값(RPM 값)을 다시 원 상태(냉방 모드로만 작동되는 상태)로 복귀하도록 제어함으로써, 냉매 경로의 원상 복귀로 인한 차량 실내의 급격한 온도 저하를 방지할 수 있으며, 압축기(110)의 일시적인 고출력 구동으로 인한 전력소모를 줄일 수 있다.And, when the battery cooling is completed, the control unit closes the second expansion valve (191) in the open state to induce the flow of refrigerant back toward the internal heat exchanger (140), and at the same time, controls the PID control value (RPM value) of the compressor (110) currently under PID control with the compensated RPM value to return to the original state (state of operation only in cooling mode), thereby preventing a rapid temperature drop inside the vehicle due to the return of the refrigerant path to the original state, and reducing power consumption due to temporary high-output operation of the compressor (110).

본 발명과 관련한 실제 실험에서는 공조 시스템(100)이 냉방 모드로 작동 중인 상황에서 배터리 냉각 모드로 진입할 경우, 급격한 냉매 경로의 변경으로 인해 차량 실내로 토출되는 공기의 온도 변화량이 약 10도 가량 일시적으로 저하되는 현상이 발생하였으나, 본 발명의 공조 시스템 제어 방법을 적용할 경우에 토출 공기의 온도 변화량이 5도 미만으로 저하되는 것을 확인할 수 있었다.In an actual experiment related to the present invention, when the air conditioning system (100) was operating in cooling mode and entered battery cooling mode, a phenomenon occurred in which the temperature change of the air discharged into the vehicle interior temporarily decreased by about 10 degrees due to a sudden change in the refrigerant path. However, when the air conditioning system control method of the present invention was applied, it was confirmed that the temperature change of the discharged air decreased to less than 5 degrees.

또한, 배터리 냉각이 종료되는 시점에 현재 고출력으로 제어 중인 압축기(110)의 PID 제어 값(RPM 값)이 다시 원 상태(냉방 모드로만 작동되는 상태)의 제어 값으로 복귀됨으로써 실내 토출 공기 온도가 과도하게 저하되지 않는 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be confirmed that the indoor discharge air temperature does not drop excessively as the PID control value (RPM value) of the compressor (110) currently being controlled at high output returns to the control value of the original state (state of operation only in cooling mode) at the time when battery cooling is terminated.

이와 같이, 차량의 공조 시스템이 냉방 모드로 작동되는 중에 배터리 냉각 요청이 들어와 배터리 냉각 모드로 진입되는 초기 시점에, 현재 냉방 모드로 PID 제어 중인 압축기(110)의 RPM 값에 배터리 냉각 부하(배터리팩의 총 용량)에 상응하는 특정 보상 RPM 값을 추가하여 고출력으로 압축기(110)의 PID 제어를 수행하도록 제어함으로써, 배터리 냉각 모드로 진입 시에 급격한 냉매 경로 변경으로 인해 실내 냉방 성능이 일시적으로 저하되는 현상을 최소화할 수 있고, 이를 통해 실내 탑승객에게는 실내 냉방 온도 저하로 인한 불쾌감이 없는 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있다. In this way, when a battery cooling request comes in while the vehicle's air conditioning system is operating in cooling mode and the vehicle enters battery cooling mode at an initial point in time, a specific compensation RPM value corresponding to the battery cooling load (total capacity of the battery pack) is added to the RPM value of the compressor (110) currently under PID control in cooling mode, thereby controlling the compressor (110) to perform PID control at high output, thereby minimizing the phenomenon of temporary deterioration of interior cooling performance due to a sudden change in the refrigerant path when entering battery cooling mode, and thereby creating a comfortable interior environment for interior passengers without discomfort caused by a decrease in interior cooling temperature.

아울러, 배터리의 냉각이 종료되는 시점에 현재 보상된 RPM 값으로 고출력으로 PID 제어 중인 압축기(110)의 PID 제어 값을 원 상태로 복귀하도록 제어함으로써, 냉매 경로의 복귀로 인한 차량 실내의 급격한 온도 저하를 방지할 수 있고, 압축기(110)의 고출력 구동으로 인한 전력소모를 줄일 수 있다.In addition, by controlling the PID control value of the compressor (110) that is currently under high output PID control at the currently compensated RPM value at the time when cooling of the battery is completed to return to the original state, a rapid temperature drop inside the vehicle due to the return of the refrigerant path can be prevented, and power consumption due to high output operation of the compressor (110) can be reduced.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to these specific embodiments, and those skilled in the art will be able to make appropriate changes within the scope described in the claims of the present invention.

100 : 공조 시스템 101 : HVAC 모듈
102 : 블로워 팬 103 : 히터 코어
104 : 냉각수 전기히터 110 : 압축기
120 : 4방밸브 130 : 외부열교환기
140 : 내부열교환기 150 : 어큐뮬레이터
160 : 전장품 냉각회로부 170 : 제1팽창밸브
180 : 중간열교환기 190 : 배터리 칠러
191 : 제2팽창밸브 194 : 배터리
100 : Air Conditioning Systems 101 : HVAC Modules
102: Blower fan 103: Heater core
104: Coolant electric heater 110: Compressor
120: 4-way valve 130: External heat exchanger
140: Internal heat exchanger 150: Accumulator
160: Cooling circuit for the entire body 170: First expansion valve
180: Intermediate heat exchanger 190: Battery chiller
191: Second expansion valve 194: Battery

Claims (9)

(a) 사용자의 온도 설정에 따라 냉방 또는 난방 모드를 판단하는 단계;
(b) 냉방 모드로 판단되면 사용자의 온도 설정에 따른 목표 증발기온과 현재 증발기온의 차이가 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기를 PID 제어하여 실내 냉방을 수행하는 단계;
(c) 배터리 제어부로부터 배터리의 냉각 요청이 수신되었는지 여부를 판단하는 단계;
(d) 배터리의 냉각 요청이 수신된 것으로 판단되면, 배터리 칠러로 향하는 팽창밸브를 개방하여 배터리 칠러를 통해 배터리의 냉각을 수행하는 동시에, 현재 PID 제어 중인 압축기의 RPM에 배터리의 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값을 추가하여 일정시간 동안 압축기의 PID 제어를 수행하고
배터리 냉각 요청이 수신되지 않은 것으로 판단되면 사용자의 실내 온도설정에 따른 목표 증발기온과 현재 증발기온의 차이가 설정된 오차범위에 수렴될 때까지 압축기(110)를 PID 제어함으로써 실내 냉방을 수행하는 단계;
(e) 배터리의 냉각이 종료되면 상기 (b) 단계의 압축기의 PID 제어 값으로 복귀하는 단계;
(f) 냉방 모드에서 난방 모드로 전환되거나, 또는 배터리 리셋 시에 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 내부열교환기(140)를 히터 코어(103)만으로 일정시간 동안 자연 건조시키는 1단계와, 난방 모드로 압축기(110)를 최소 RPM으로 일정시간 동작시켜 내부열교환기(140)의 잔여 수분을 제거하는 2단계를 거쳐, 내부열교환기(140)를 완전하게 건조시키고, 내부열교환기(140)의 건조작업이 모두 완료되면 난방 모드로 정상 작동되도록 운용하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
(a) a step of determining a cooling or heating mode based on the user's temperature setting;
(b) a step of performing indoor cooling by PID controlling the compressor until the difference between the target evaporator temperature according to the user's temperature setting and the current evaporator temperature converges within the error range when the cooling mode is determined;
(c) a step of determining whether a request for cooling the battery has been received from the battery control unit;
(d) When it is determined that a request for cooling of the battery has been received, the expansion valve directed to the battery chiller is opened to perform cooling of the battery through the battery chiller, and at the same time, a specific compensation RPM value corresponding to the cooling load of the battery is added to the RPM of the compressor currently under PID control to perform PID control of the compressor for a certain period of time.
A step of performing indoor cooling by PID controlling the compressor (110) until the difference between the target evaporator temperature according to the user's indoor temperature setting and the current evaporator temperature converges to a set error range when it is determined that a battery cooling request has not been received;
(e) a step of returning to the PID control value of the compressor of step (b) when cooling of the battery is completed;
(f) a step of switching from cooling mode to heating mode, or entering the internal heat exchanger drying mode when the battery is reset, and naturally drying the internal heat exchanger (140) with only the heater core (103) for a certain period of time, and a step of operating the compressor (110) in heating mode at a minimum RPM for a certain period of time to remove residual moisture in the internal heat exchanger (140), thereby completely drying the internal heat exchanger (140), and operating it so that it operates normally in heating mode when the drying operation of the internal heat exchanger (140) is completely completed;
A method for controlling an air conditioning system of an electric vehicle, characterized by including a.
제1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 난방 모드로 판단되면, 외기 온도가 설정 범위 내에 존재하는지 여부를 판단하는 단계(a-1)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
A method for controlling an air conditioning system of an electric vehicle, characterized in that in the first paragraph, if it is determined in step (a) that the heating mode is in effect, the method further comprises a step (a-1) of determining whether the outside temperature is within a set range.
제2항에 있어서, 상기 (a-1) 단계로부터 외기 온도가 설정 범위 내에 존재하는 것으로 판단되면, 냉각수 전기히터와 압축기의 PID 제어를 동시에 수행하여 실내 난방을 수행하는 단계(a-2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
In the second paragraph, a method for controlling an air conditioning system of an electric vehicle, characterized in that the method further includes a step (a-2) of simultaneously performing PID control of a coolant electric heater and a compressor to perform indoor heating if the outside temperature is determined to be within a set range from the step (a-1).
제1항에 있어서, 상기 (d) 단계에서 추가되는 특정 보상 RPM 값은 배터리의 냉각 부하에 따른 일정한 비율 값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
A method for controlling an air conditioning system of an electric vehicle, characterized in that in the first paragraph, the specific compensation RPM value added in the step (d) is calculated as a constant ratio value according to the cooling load of the battery.
제1항에 있어서, 상기 팽창밸브는 솔레노이드 방식으로 온/오프(ON/OFF) 작동되는 팽창밸브인 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템 제어 방법.
A method for controlling an air conditioning system of an electric vehicle, characterized in that in the first paragraph, the expansion valve is an expansion valve that is turned on/off in a solenoid manner.
냉매를 압축하여 토출하는 압축기;
상기 압축기로부터 배출되는 냉매를 공조 모드에 따라 외부열교환기로 전달하거나 내부열교환기로 전달하는 4방밸브;
상기 압축기 또는 내부열교환기로부터 전달되는 냉매를 자동차 외부의 공기와 열교환시키는 외부열교환기;
상기 외부열교환기에서 전달된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 상기 압축기에서 배출된 냉매를 HVAC 모듈 내부로 공급되는 공기와 열교환시키는 내부열교환기;
상기 내부열교환기로 인입되거나 내부열교환기로부터 배출되는 냉매라인 상에 배치되고, 공조 모드에 따라 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 개도량 조절이 가능한 전자식 팽창밸브;
상기 HVAC 모듈 내부에 설치되며 상기 내부열교환기를 거쳐 토출되는 공기를 가열하는 냉각수 전기히터;
외부열교환기와 HVAC 모듈 내의 내부열교환기 사이에 장착되고, 공조 모드에 따라 외부열교환기로부터 배출되는 냉매를 배터리와 열교환시킨 후 상기 압축기에 전달하도록 마련되는 배터리 칠러;
상기 외부열교환기에서 배터리 칠러 측으로 향하는 냉매의 흐름을 개폐하는 팽창밸브;
공조 모드에 따라 상기 압축기와 냉각수 전기히터 및 팽창밸브를 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 배터리 칠러와 열교환되는 배터리 냉난방 냉각수회로에는 냉각수 순환펌프, 배터리, 배터리 히터가 순차적으로 배치되어 냉각수 순환이 이루어지며,
상기 외부열교환기와 내부열교환기 사이를 연결하는 냉매라인 상에는 외부열교환기로부터 배출되는 냉매가 분기되거나 합류되는 제1분기점이 마련되고, 4방밸브의 제3포트와 압축기 사이를 연결하는 냉매라인 상에는 4방밸브를 거쳐 나온 냉매가 분기되거나 합류되는 제2분기점이 마련되고,
상기 제2분기점은 중간열교환기 이전 위치에 위치하며,
상기 제어부는,
공조 모드가 냉방 모드로 운용되는 경우 사용자의 온도 설정에 따른 목표 증발기온과 현재 증발기온의 차이가 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기를 PID 제어하여 실내 냉방을 수행하되,
배터리 제어부로부터 배터리의 냉각 요청이 수신되면, 상기 배터리 칠러로 향하는 솔레노이드 방식의 팽창밸브를 개방하여 상기 배터리 칠러를 통해 배터리의 냉각을 수행하는 동시에, 현재 PID 제어 중인 압축기의 RPM에 배터리의 냉각 부하에 상응하는 특정 보상 RPM 값을 추가하여 일정시간 동안 압축기의 PID 제어를 수행하고, 배터리의 냉각이 종료되면 다시 원래의 압축기의 PID 제어 값으로 복귀하도록 제어하고
냉방 모드에서 난방 모드로 전환되거나, 또는 배터리 리셋 시에 내부열교환기 건조 모드로 진입하여 내부열교환기를 히터 코어만으로 일정시간 동안 자연 건조시키는 1단계와, 히트펌프 모드로 압축기(110)를 최소 RPM으로 일정시간 동작시켜 내부열교환기의 잔여 수분을 제거하는 2단계를 거쳐, 내부열교환기를 완전하게 건조시키고, 내부열교환기의 건조작업이 모두 완료되면 난방 모드로 정상 작동되도록 운용하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템.
A compressor that compresses and discharges refrigerant;
A four-way valve that transfers the refrigerant discharged from the compressor to an external heat exchanger or an internal heat exchanger depending on the air conditioning mode;
An external heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant delivered from the compressor or internal heat exchanger and the air outside the vehicle;
An internal heat exchanger that heat-exchanges the refrigerant delivered from the external heat exchanger with the air supplied into the HVAC module, or heat-exchanges the refrigerant discharged from the compressor with the air supplied into the HVAC module;
An electronic expansion valve capable of controlling the opening amount, which is arranged on a refrigerant line introduced into or discharged from the internal heat exchanger and is provided to allow the refrigerant to expand according to the air conditioning mode;
A cooling water electric heater installed inside the HVAC module and heating the air discharged through the internal heat exchanger;
A battery chiller mounted between an external heat exchanger and an internal heat exchanger within an HVAC module, configured to transfer refrigerant discharged from the external heat exchanger to the compressor after heat-exchanging it with a battery depending on the air conditioning mode;
An expansion valve that opens and closes the flow of refrigerant from the external heat exchanger toward the battery chiller;
It includes a control unit that controls the compressor, the cooling water electric heater, and the expansion valve according to the air conditioning mode;
In the battery cooling and heating coolant circuit that exchanges heat with the above battery chiller, a coolant circulation pump, a battery, and a battery heater are sequentially arranged to circulate the coolant.
A first branch point is provided on the refrigerant line connecting the external heat exchanger and the internal heat exchanger, where the refrigerant discharged from the external heat exchanger branches or joins, and a second branch point is provided on the refrigerant line connecting the third port of the four-way valve and the compressor, where the refrigerant discharged through the four-way valve branches or joins.
The above second branch point is located before the intermediate heat exchanger,
The above control unit,
When the air conditioning mode is operated in cooling mode, the compressor is PID controlled to perform indoor cooling until the difference between the target evaporator temperature according to the user's temperature setting and the current evaporator temperature converges to the error range.
When a request for cooling the battery is received from the battery control unit, a solenoid-type expansion valve directed to the battery chiller is opened to perform cooling of the battery through the battery chiller, and at the same time, a specific compensation RPM value corresponding to the cooling load of the battery is added to the RPM of the compressor currently under PID control to perform PID control of the compressor for a certain period of time, and when the cooling of the battery is completed, the control is performed to return to the original PID control value of the compressor.
An air conditioning system for an electric vehicle characterized in that it operates in the following steps: a first step of naturally drying the internal heat exchanger using only a heater core for a predetermined period of time by switching from cooling mode to heating mode or entering the internal heat exchanger drying mode when the battery is reset; a second step of operating the compressor (110) in heat pump mode at a minimum RPM for a predetermined period of time to remove any remaining moisture in the internal heat exchanger; and when the drying operation of the internal heat exchanger is completely completed, it operates in the heating mode to operate normally.
제6항에 있어서, 상기 배터리의 냉각시 압축기의 PID 제어에 추가되는 특정 보상 RPM 값은 배터리의 냉각 부하에 따른 일정한 비율 값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템.
An air conditioning system for an electric vehicle, characterized in that in claim 6, a specific compensation RPM value added to the PID control of the compressor when cooling the battery is calculated as a constant ratio value according to the cooling load of the battery.
제6항에 있어서, 상기 팽창밸브는 솔레노이드 방식으로 온/오프(ON/OFF) 작동되는 팽창밸브인 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템.
An air conditioning system for an electric vehicle, characterized in that in claim 6, the expansion valve is an expansion valve that is turned on/off in a solenoid manner.
제6항에 있어서, 상기 외부열교환기와 인접하여 장착되고, 공조 모드에 따라 자동차에 탑재된 전장부품으로부터 발생되는 열을 흡수하여 전장품 라디에이터를 통해 방출하거나, 열을 흡수한 후 냉매/전장품냉각수 열교환기와 열교환을 수행하는 전장품 냉각회로부; 및
상기 외부열교환기와 4방밸브 사이에 장착되고, 외부열교환기로부터 배출되는 냉매와 전장품 냉각수 유로를 통해 유동하는 냉각수를 서로 열교환시키는 냉매/전장품냉각수 열교환기;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템.
In the 6th paragraph, an electrical component cooling circuit section which is mounted adjacent to the external heat exchanger and absorbs heat generated from electrical components mounted in the vehicle according to the air conditioning mode and releases the heat through an electrical component radiator or performs heat exchange with a refrigerant/electrical component coolant heat exchanger after absorbing the heat; and
A refrigerant/electrical component cooling water heat exchanger installed between the external heat exchanger and the four-way valve, and exchanging heat between the refrigerant discharged from the external heat exchanger and the cooling water flowing through the electric component cooling water passage;
An air conditioning system for an electric vehicle, characterized by further including:
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