KR20200050505A - Heating and Cooling apparatus for electric vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기자동차용 냉난방장치에 관한 것으로, 배터리를 경유하고 펌프 작동으로 열매체가 유동할 수 있는 메인 유동부, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체와 열교환하는 작동유체가 유동할 수 있는 열교환기, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체가 상기 열교환기를 경유하지 않도록 우회시키는 서브 유동부, 상기 서브 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체의 온도를 높이는 가열부, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 메인 유동부를 유동하는 상기 열매체 가 유입되어 유동할 수 있고 실내 유동부 및 상기 메인 유동부와 상기 서브 유동부, 상기 메인 유동부와 상기 실내 유동부를 연결하고 상기 열매체의 유동 방향을 설정하는 방향제어부를 포함한다.The present invention relates to a heating and cooling device for an electric vehicle, a main flow part through which a heat medium can flow through a battery and a pump operation, a heat exchange through which a working fluid connected to the main flow part and exchanging heat with the heat medium can flow Group, connected to the main flow portion and the sub-flow portion to bypass the heat medium so as not to pass through the heat exchanger, connected to the sub-flow portion, the heating portion to increase the temperature of the heat medium, and the main flow portion The heat medium flowing through the main flow part may be introduced and flow, and an indoor flow part, a main flow part and the sub flow part, a direction control part connecting the main flow part and the indoor flow part and setting the flow direction of the heat medium It includes.
Description
본 발명은 전기자동차용 냉난방장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heating and cooling device for an electric vehicle.
전기자동차에는 전기모터와, 전기모터에 전기 에너지를 공급하기 위한 배터리 등이 장착되어 있다. 전기자동차는 배터리에 전기 에너지를 충전하고 그 충전된 전기 에너지를 이용하여 전기모터를 작동하여 주행한다.The electric vehicle is equipped with an electric motor and a battery for supplying electric energy to the electric motor. The electric vehicle charges the battery with electric energy and uses the charged electric energy to operate the electric motor to drive.
배터리는 전기자동차에서 전기 에너지원으로서 매우 중요하다. 그러나 배터리가 온도에 따라 민감하게 성능 변화를 보이면서 그 효율이 떨어지게 되었다. 즉, 2차 전지에 많이 쓰이는 리튬-이온은 전해질과 양극/음극에서 움직이는데, 이때 온도가 낮아질수록 전지 내부 리튬-이온의 이동 속도가 떨어지게 되면서 화학반응이 느려져 극저온(-5℃) 이하 상태에 배터리는 에너지 저장과 전원 공급의 효율이 급격하게 떨어진다. 이와 반대로, 배터리의 온도가 지나치게 높아지면 배터리 부품 손상과 폭발 위험이 있다. 따라서 최적의 배터리 효율을 얻기 위해서는 배터리 주변의 온도가 최적 온도에 비해 낮으면 예열을 해줘야 하고, 최적 온도에 비해 높으면 냉각해줘야 한다.Batteries are very important as an electric energy source in electric vehicles. However, the efficiency of the battery decreased as it showed a sensitive change in performance with temperature. That is, lithium-ion, which is frequently used in secondary batteries, moves in the electrolyte and the anode / cathode. At this time, as the temperature decreases, the movement speed of the lithium-ion inside the battery decreases and the chemical reaction slows down, resulting in the battery at a temperature below cryogenic (-5 ℃). The efficiency of energy storage and power supply drops sharply. Conversely, if the temperature of the battery becomes too high, there is a risk of battery component damage and explosion. Therefore, in order to obtain optimal battery efficiency, it is necessary to preheat if the temperature around the battery is lower than the optimal temperature, and if it is higher than the optimal temperature, it must be cooled.
한편, 전기자동차에는 실내 냉/ 난방을 위한 시스템과 배터리 예열/냉각을 위한 시스템이 분리되어 각각 구축되어 있다. 시스템을 분리하여 사용하면 온도조절 시스템이 최적 성능을 발휘할 수 있으나, 전체적인 전기 에너지 소비율이 현저히 커져 전기자동차의 운행거리가 짧아지게 되었다.Meanwhile, in the electric vehicle, a system for indoor cooling / heating and a system for preheating / cooling the battery are separately constructed. If the system is used separately, the temperature control system can exhibit optimal performance, but the overall electric energy consumption rate is significantly increased, which shortens the driving distance of the electric vehicle.
본 발명은 전기자동차의 실외 온도 및 배터리 온도에 따라 실내 냉/ 난방 또는 배터리 예열/냉각 운전방식을 선택할 수 있는 전기자동차용 냉난방장치를 제공한다.The present invention provides an air conditioning system for an electric vehicle that can select an indoor cooling / heating or battery preheating / cooling operation method according to the outdoor temperature and battery temperature of the electric vehicle.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기자동차용 냉난방장치는, 배터리를 경유하고 펌프 작동으로 열매체가 유동할 수 있는 메인 유동부, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체와 열교환하는 작동유체가 유동할 수 있는 열교환기, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체가 상기 열교환기를 경유하지 않도록 우회시키는 서브 유동부, 상기 서브 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체의 온도를 높이는 가열부, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 메인 유동부를 유동하는 상기 열매체 가 유입되어 유동할 수 있고 실내 유동부 및 상기 메인 유동부와 상기 서브 유동부, 상기 메인 유동부와 상기 실내 유동부를 연결하고 상기 열매체의 유동 방향을 설정하는 방향제어부를 포함한다.In the heating and cooling device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, a main flow part through which a heating medium flows through a battery and a pump operation, and a working fluid connected to the main flow part and exchanging heat with the heating medium flows. A heat exchanger capable of being connected to the main flow part and a sub flow part bypassing the heat medium so as not to pass through the heat exchanger, a heating part connected to the sub flow part and raising the temperature of the heat medium, and the main flow part The heat medium that is connected and flows through the main flow part can be introduced and flows, and the indoor flow part, the main flow part and the sub flow part, the main flow part and the indoor flow part are connected and the flow direction of the heat medium is set. It includes a direction control unit.
상기 방향제어부는, 삼방밸브 또는 사방밸브를 포함할 수 있다.The direction control unit may include a three-way valve or a four-way valve.
상기 가열부는, 인덕션 히터(induction heater) 또는 PTC히터를 포함할 수 있다.The heating unit may include an induction heater or a PTC heater.
전기자동차용 냉난방장치는, 상기 열교환기와 연결된 히트펌프를 더 포함할 수 있다.The heating and cooling device for an electric vehicle may further include a heat pump connected to the heat exchanger.
상기 메인 유동부의 열매체는 상기 가열부의 열원 또는 상기 열교환기의 작동유체와 열교환으로 가열될 수 있다.The heat medium of the main flow part may be heated by heat exchange with a heat source of the heating part or a working fluid of the heat exchanger.
상기 메인 유동부의 열매체는 상기 열교환기의 작동유체와 열교환으로 냉각될 수 있다.The heat medium of the main flow part may be cooled by heat exchange with the working fluid of the heat exchanger.
본 발명의 전기자동차용 냉난방장치는, 배터리를 경유하고 펌프 작동으로 열매체가 유동할 수 있는 메인 유동부, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체와 열교환하는 작동유체가 유동할 수 있는 열교환기, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체의 온도를 높이는 가열부, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 메인 유동부를 유동하는 상기 열매체 가 유입되어 유동할 수 있는 실내 유동부 및 상기 메인 유동부와 상기 서브 유동부, 상기 메인 유동부와 상기 실내 유동부를 연결하고 상기 열매체의 유동 방향을 설정하는 방향제어부를 포함할 수 있다.The heating and cooling device for an electric vehicle according to the present invention includes a main flow part through which a heat medium can flow through a battery and a pump, and a heat exchanger through which a working fluid connected to the main flow part and heat-exchanged with the heat medium can flow, A heating part connected to the main flow part to increase the temperature of the heat medium, an indoor flow part connected to the main flow part, and the indoor flow part and the main flow part to allow the heat medium to flow through the main flow part to flow. A sub-flow unit, the main flow unit and the indoor flow unit may include a direction control unit for setting the flow direction of the heat medium.
본 발명의 전기자동차용 냉난방장치는, 배터리를 경유하고 펌프 작동으로 열매체가 유동할 수 있는 메인 유동부, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체와 열교환하는 작동유체가 유동할 수 있는 열교환기, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체가 상기 열교환기를 경유하지 않도록 우회하여 유동할 수 있는 서브 유동부, 상기 서브 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체의 온도를 높이는 가열부, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체와 실내공기를 열교환시키는 실내 유동부, 상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체가 상기 배터리를 경유하지 않도록 우회시키는 우회 유동부 및 상기 메인 유동부와 상기 서브 유동부, 상기 메인 유동부와 상기 우회 유동부를 연결하고 상기 열매체의 유동 방향을 설정하는 방향제어부를 포함할 수 있다.The heating and cooling device for an electric vehicle according to the present invention includes a main flow part through which a heat medium can flow through a battery and a pump, and a heat exchanger through which a working fluid connected to the main flow part and heat-exchanged with the heat medium can flow, A sub-flow unit connected to the main flow unit and capable of bypassing and flowing so that the heat medium does not pass through the heat exchanger, a heating unit connected to the sub-flow unit and raising the temperature of the heat medium, and a connection to the main flow unit And the main flow portion, the main flow portion, and the main flow portion, and the main flow portion and the sub flow portion, and the main flow portion to bypass the heat medium so as not to pass through the battery. A direction control unit connecting the eastern part and the bypass flow part and setting the flow direction of the heat medium It can be included.
상기 메인 유동부와 연결되어 있으며 상기 배터리 또는 상기 실내 유동부를 유동한 열유체가 유동할 수 있는 방열 유동부를 더 포함할 수 있다.It may be further connected to the main flow portion and a heat dissipation flow portion through which the thermal fluid flowing through the battery or the indoor flow portion can flow.
상기 방향제어부는 상기 방열 유동부와 상기 메인 유동부를 연결할 수 있다.The direction control part may connect the heat dissipation flow part and the main flow part.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기자동차의 배터리 예열 또는 실내 난방 시 외기온도의 조건에 따라서 극저온일 경우에는 가열부를 사용하여 배터리 가열 및 실내 난방을 실시하고 배터리의 화학반응이 용이한 저온의 경우에는 히트펌프와 열교환기를 사용하여 실내 난방 및 배터리를 예열한다. 이에, 배터리의 전력 소모를 감소시켜 전기자동차의 운행 거리를 늘릴 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the battery is preheated or heated indoors in an electric vehicle, in the case of an extremely low temperature, the battery is heated and heated indoors using a heating unit, and in the case of a low temperature where the chemical reaction of the battery is easy Preheat the room heating and battery using heat pump and heat exchanger. Accordingly, it is possible to increase the driving distance of the electric vehicle by reducing the power consumption of the battery.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기자동차용 냉난방장치 구성도.
도 2는 가열부를 통한 극 저온 상태에서 배터리 예열 상태를 나타낸 흐름도.
도 3은 열교환기를 통한 저온 상태에서 배터리 예열 및 실내 난방 상태를 나타낸 흐름도.
도 4는 방열 유동부를 통한 배터리 냉각 상태를 나타낸 흐름도.
도 5는 열교환기를 통한 배터리 냉각 및 실내 냉각 상태를 나타낸 흐름도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차용 냉난방장치 구성도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차용 냉난방장치 구성도.1 is a block diagram of an electric vehicle air conditioning system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing a battery preheating state in an extremely low temperature state through the heating unit.
Figure 3 is a flow chart showing a battery preheating and indoor heating in a low temperature state through a heat exchanger.
Figure 4 is a flow chart showing the battery cooling state through the heat dissipation fluid.
Figure 5 is a flow chart showing the battery cooling and room cooling through the heat exchanger.
6 is a block diagram of an electric vehicle heating and cooling device according to another embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of an electric vehicle heating and cooling device according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. The same reference numerals are used for similar parts throughout the specification.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 전기자동차용 냉난방장치에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기자동차용 냉난방장치 구성도이다.Then, a heating and cooling device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. 1 is a block diagram of an air conditioner for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 전기자동차용 냉난방장치(1)는, 메인 유동부(10), 열교환기(20), 서브 유동부(30), 가열부(40), 실내 유동부(50) 및 방향제어부(70)를 포함하며 전기자동차에 설치되어 전기자동차 실외 온도 및 배터리 온도에 따라 전기자동차 실내 냉/ 난방 또는 배터리 예열/냉각 운전방식을 선택할 수 있도록 한다.Referring to FIG. 1, the heating and
메인 유동부(10)는 냉각수를 포함하는 열매체가 유동하는 배관을 포함할 수 있다. 열매체를 냉각수로 한정하지 않는다. 메인 유동부(10)가 페루프 형태로 형성되어 열매체는 메인 유동부(10)를 따라 연속 유동할 수 있다. 메인 유동부(10)에는 열매체 유동을 위해 압력을 가하는 펌프(P)가 배치되어 있다. 메인 유동부(10)는 전기자동차의 전기모터, 전장부품 등에 전기 에너지를 공급하는 배터리(B)를 경유할 수 있다. 이때 메인 유동부(10)를 유동하는 열매체는 배터리(B)의 열과 열교환하여 배터리(B)의 온도를 높이거나 낮출 수 있다. 배터리(B)를 경유한 열매체는 펌프(P) 방향으로 유동할 수 있다.The
열교환기(20)는 메인 유동부(10)와 연결되어 있다. 이에 메인 유동부(10)를 유동하는 열매체는 열교환기(20)를 경유할 수 있다. 열교환기(20)는 히트펌프(21)와 연결되어 있다.The
히트펌프(21)는 전기자동차 실외 온도가 5 내지 20℃일 때 작동하며, 히트펌프(21) 작동으로 히트펌프(21)와 연결된 열교환기(20)에는 열매체와 열교환하는 작동유체가 유동할 수 있다. 열매체는 작동유체와 열교환할 수 있다. 이때 열매체의 온도는 높아지거나 낮아질 수 있다. 열교환기(20)를 경유한 열매체는 메인 유동부(10)를 따라 유동하여 배터리(B)를 경유할 수 있다. 열교환기(20)와 히트펌프(21)의 세부 구조는 널리 공지된 구성이 적용될 수 있는바, 상세 구조에 대한 설명은 생략한다.The
방향제어부(70)는 제1 내지 제4 밸브(71, 72, 73, 74)를 포함하며 메인 유동부(10)에 배치되어 유동하는 열매체의 유동 방향을 제어할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 밸브(71, 72)는 사방밸브를 포함하며, 제3 및 제4 밸브(73, 74)는 삼방밸브를 포함할 수 있다. The direction control unit 70 includes first to
제1 및 제2 밸브(71, 72)는 열교환기(20)를 사이에 두고 있으며, 제3 및 제4 밸브(73, 74)는 펌프(P)를 사이에 두고 배치되어 있다. 아울러, 제1 및 제3 밸브(71, 73)는 이웃하며, 제2 및 제4 밸브(72, 74)는 배터리(B)를 사이에 두고 있다. 제1 내지 제4 밸브(71, 72, 73, 74)의 구조와 위치는 자동차용 냉난방장치의 설계에 따라 변경될 수 있다.The first and
서브 유동부(30)는 열매체가 유동하는 배관을 포함하며 일단은 제1 밸브(71)와 연결되어 있고 타단은 제2 밸브(72)와 연결되어 있다. 제1 밸브(71)는 전기자동차 실외 온도가 -20 내지 5℃ 미만일 때 메인 유동부(10)를 유동하는 열매체가 열교환기(20)를 경유하지 못하고 서브 유동부(30)로 유입되어 유동하도록 유동 방향을 제어할 수 있다. 이때 열매체가 열교환기(20)를 경유하지 않으므로 히트펌프(21)는 정지한 상태이다. 서브 유동부(30)를 유동하는 열매체는 제2 밸브(72)에 의해 메인 유동부(10)로 유입되어 메인 유동부(10)를 따라 유동할 수 있다.The
가열부(40)는 인덕션 히터(induction heater)를 포함할 수 있다. 인덕션 히터는 공진주파수를 맞춰서 가열하는 방식이므로 응답속도가 빠르고 열 용량 제어가 용이한 장점이 있다. 이에 열매체를 빠른 속도로 가열할 수 있다.The
그러나 가열부(40)는 PTC 히터를 포함할 수 있다. 가열부(40)에는 전용 배터리(도시하지 않음)를 통해 전기 에너지가 공급될 수 있다. 가열부(40)의 발열체는 공급받은 전기 에너지를 이용하여 서브 유동부(30)를 유동하는 열매체를 가열하여 온도를 높인다. 온도가 높아진 열매체는 제2 밸브(72)를 통해 메인 유동부(10)로 유입되어 메인 유동부(10)를 유동하여 배터리(B)를 경유할 수 있다.However, the
이러한 가열부(40)를 이용하여 배터리(B) 예열 및 실내 난방을 위한 열매체를 가열할 수 있다. 즉, 하나의 가열부(40)를 이용하여 배터리(B) 및 실내 난방에 필요한 열매체를 가열할 수 있다.The
실내 유동부(50)는, 열매체가 유동할 수 있는 배관을 포함하며 일단이 제2 밸브(72)와 연결되어 있고 타단이 제4 밸브(74)와 연결되어 있다. 제2 밸브(72) 제어로 열교환기(20) 또는 가열부(40)를 경유하여 메인 유동부(10)를 유동하는 열매체는 실내 유동부(50)로 유입되어 유동할 수 있다. 이때 제2 밸브(72)는 열매체가 배터리(B) 방향과 실내 유동부(50) 방향으로 동시에 유동할 수 있도록 제어할 수 있다.The
실내 유동부(50)에는 온도조절부(70)가 연결되어 있다. 이에 실내 유동부(50)를 유동하는 열매체는 온도조절부(70)를 경유할 수 있다. 한편, 전기자동차 실내로 유입되는 공기는 온도조절부(70)를 통과할 수 있다. 공기는 온도조절부(70)를 통해 열매체와 열교환할 수 있다. 이때 공기의 온도는 높아지거나 낮아질 수 있다. 온도조절부(70)를 경유한 열매체는 제4 밸브(74)를 통해 메인 유동부(10)로 유입되어 펌프(P) 방향으로 유동할 수 있다.The temperature control unit 70 is connected to the
본 발명의 한 실시예에 따른 전기자동차용 냉난방장치(1)는 방열 유동부(80)를 더 포함할 수 있다.The heating and
방열 유동부(80)는 열매체가 유동하는 배관을 포함할 수 있다. 방열 유동부(80)의 일단은 제3 밸브(73)와 연결되어 있으며 타단은 제1 밸브(71)와 연결되어 있다. 메인 유동부(10)에서 펌프(P)를 경유한 열매체는 방열 유동부(80)로 유입되어 유동할 수 있다.The heat
방열 유동부(80)에는 방열기(90)가 배치되어 있다. 방열기(90)로 방열 유동부(80)를 유동하는 열매체가 경유한다. 방열기(90)는 경유한 열매체의 열을 방출하여 열매체의 온도를 낮출 수 있다. 온도가 낮아진 열매체는 제1 밸브(71) 제어로 메인 유동부(10)로 유입되어 배터리(B) 방향으로 유동할 수 있다.A
한편, 방열기(90)에서 열매체의 열이 설정 값 이하로 방출되지 않으면 제3 밸브(73)는 방열 유동부(80)로 유입되는 열매체를 차단하여 열교환기(20) 방향으로 바로 유동할 수 있도록 열매체의 유동 방향을 제어할 수 있다.On the other hand, if the heat of the heat medium in the
이와 같은 전기자동차용 냉난방장치(1)는 전기자동차의 실외 온도 및 배터리 온도에 따라 배터리 예열운전, 실내 난방운전, 배터리 냉각운전, 실내 냉방운전을 선택적으로 할 수 있다. 아울러, 배터리 예열운전과 실내 난방운전, 그리고 배터리 냉각운전과 실내 냉방운전을 동시에 할 수 있다.The heating and
다음으로 도 2 내지 도 5를 참고하여, 전기자동차용 냉난방장치의 운전상태에 대해 설명한다.Next, with reference to FIGS. 2 to 5, the operation state of the heating and cooling device for an electric vehicle will be described.
도 2는 가열부를 통한 극 저온 상태에서 배터리 예열 상태를 나타낸 흐름도이고, 도 3은 열교환기를 통한 저온 상태에서 배터리 예열 및 실내 난방 상태를 나타낸 흐름도이며, 도 4는 방열기를 통한 배터리 냉각 상태를 나타낸 흐름도이고, 도 5는 열교환기를 통한 배터리 냉각 및 실내 냉각 상태를 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart showing a battery preheating state in an extremely low temperature state through a heating unit, FIG. 3 is a flowchart showing a battery preheating and indoor heating state in a low temperature state through a heat exchanger, and FIG. 4 is a flowchart showing a battery cooling state through a radiator And, Figure 5 is a flow chart showing the battery cooling and room cooling through the heat exchanger.
도면 도 2 및 도 3을 참고하여 배터리 예열 및 실내 난방 운전에 대해 설명한다.The battery preheating and indoor heating operation will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
먼저, 도 2를 참고하여 가열부를 이용한 배터리 예열 및 실내 난방 운전에 대해 설명한다.First, referring to FIG. 2, battery preheating and indoor heating operation using a heating unit will be described.
도 2를 참고하면, -20℃ 이하의 극저온 상태에서 전기자동차의 배터리는 화학반응이 느려져 에너지 저장과 전원 공급의 효율이 급격하게 떨어진다. 이에 배터리가 기설정된 온도를 유지할 수 있도록 배터리를 예열한다.Referring to FIG. 2, in an extremely low temperature of -20 ° C or less, the battery of an electric vehicle has a slow chemical reaction, and thus, the efficiency of energy storage and power supply rapidly decreases. Accordingly, the battery is preheated to maintain a predetermined temperature.
배터리 예열 운전을 위해 제1 밸브(71)는 메인 유동부(10)와 서브 유동부(30) 일단을 연결하고, 제2 밸브(72)는 서브 유동부(30)를 유동한 열매체가 배터리(B) 방향으로 유동할 수 있도록 서브 유동부(30) 타단과 메인 유동부(10)를 연결한다.For the battery preheating operation, the
펌프(P) 작동으로 열매체는 메인 유동부(10)를 유동하고 제1 밸브(71) 제어로 서브 유동부(30)를 경유하면서 가열부(40)에 의해 기설정된 온도로 가열된다. 가열된 열매체는 메인 유동부(10)를 따라 유동하여 배터리(B)를 경유한다. 이때 열매체의 열은 배터리로 전달되어 배터리(B)는 예열된다. 배터리(B)를 경유한 열매체는 다시 가열부(40)로 유동하여 가열될 수 있다. 이러한 일련의 과정을 반복 실시하여 배터리를 예열한다. 예열로 적정온도(4℃)가 된 배터리(B)는 전기 에너지를 전기모터에 원활하게 공급할 수 있으며 각 전장부품에도 전기 에너지를 공급할 수 있다.With the operation of the pump P, the heating medium flows through the
한편, 전기 에너지 공급으로 전기자동차가 시동이 걸리고 실내 난방이 필요한 경우 제2 밸브(72)는 가열부(40)에 의해 온도가 높아진 열매체가 배터리(B) 방향과 실내 유동부(50) 방향으로 동시에 유동할 수 있도록 유동 방향을 제어할 수 있다.On the other hand, when the electric vehicle is started due to the supply of electric energy and indoor heating is required, the
열매체가 온도조절부(70)를 경유할 때 실내로 유입되는 공기가 온도조절부(70)의 열매체와 열교환하면서 온도가 높아진다. 이에 온도가 높아진 공기가 전기자동차 실내로 유입되어 실내는 난방된다. 온도조절부(70)를 경유한 열매체는 제4 밸브(74)를 통해 메인 유동부(10)로 유입되어 배터리(B)를 경유한 열매체와 함께 다시 가열부(40)로 유동하여 가열될 수 있다. 이에, 제2 밸브(72) 제어를 통해 실내 난방과 배터리 예열이 동시에 실시될 수 있다.When the heat medium passes through the temperature control unit 70, the temperature of the air flowing into the room heats up with the heat medium of the temperature control unit 70. Accordingly, the air having a high temperature flows into the interior of the electric vehicle, and the room is heated. The heat medium passing through the temperature control part 70 may be introduced into the
다음으로 도면 도 3을 참고하여 열교환기를 통한 실내 난방 및 배터리 예열 운전에 대해 설명한다.Next, the indoor heating and the battery preheating operation through the heat exchanger will be described with reference to FIG. 3.
도 3을 참고하면, 전기자동차의 실외 온도가 5 내지 20℃이면 히트펌프(21)가 작동할 수 있다. 이때 히트펌프(21)는 열매체의 온도를 높이기 위해 작동유체의 온도를 높인다. 히트펌프(21)에 의해 열교환기(20)에는 고온의 작동유체가 유동할 수 있다. 그리고, 제1 밸브(71)는 메인 유동부(10)의 열매체가 서브 유동부(30)를 방향으로 유동하지 않고 열교환기(20) 방향으로 유동하도록 열매체 유동 방향을 제어한다. 열매체가 서브 유동부(30)를 유동하지 않으므로 가열부(40)는 작동하지 않는다.Referring to FIG. 3, when the outdoor temperature of the electric vehicle is 5 to 20 ° C., the
열교환기(20) 방향으로 유동한 열매체는 열교환기(20)를 유동하는 작동유체와 열교환하게 된다. 고온의 작동유체에 의해 열매체의 온도는 높아질 수 있다. 온도가 높아진 열매체는 제2 밸브(72) 제어로 실내 유동부(50)로 유입되어 온도조절부(70)를 경유하게 되면서 실내 난방을 실시할 수 있다. 제2 밸브(72) 제어를 통해 실내 난방과 배터리 예열이 동시에 실시될 수 있다.The heat medium flowing in the
그리고, 위 설명에서 실외 온도가 5 내지 20℃이면 히트펌프(21)가 작동할 수 있다고 하였으나, 가열부(40) 작동 후 히트펌프(21)가 작동할 수 있다.In addition, although the
본 실시예에 따르면, 전기자동차의 배터리 예열 또는 실내 난방 시 외기온도의 조건에 따라서 극저온일 경우에는 가열부를 사용하여 배터리 가열 및 실내 난방을 실시하고 배터리의 화학반응이 용이한 저온의 경우에는 히트펌프와 열교환기를 사용하여 실내 난방 및 배터리를 예열한다. 이에, 배터리의 전력 소모를 감소시켜 전기자동차의 운행 거리를 늘릴 수 있다.According to the present embodiment, in the case of preheating or heating the battery of the electric vehicle, in the case of cryogenic temperature, the heating unit is used to heat the battery and to heat the room, and in the case of low temperature, which facilitates chemical reaction of the battery, a heat pump And heat exchanger to preheat the room heating and battery. Accordingly, it is possible to increase the driving distance of the electric vehicle by reducing the power consumption of the battery.
다음으로 도면 도 4 및 도 5를 참고하여 배터리 냉각 및 실내 냉방 운전에 대해 설명한다.Next, the battery cooling and the indoor cooling operation will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
먼저, 도 4를 참고하여 방열기를 통한 배터리 냉각 운전에 대해 설명한다.First, the battery cooling operation through the radiator will be described with reference to FIG. 4.
도 4를 참고하면, 배터리(B)의 온도가 적정온도보다 높으면 냉각해야 한다.Referring to FIG. 4, if the temperature of the battery B is higher than an appropriate temperature, it must be cooled.
제3 밸브(73)는 메인 유동부(10)와 방열 유동부(80)를 연결하고, 제1 밸브(71)는 방열 유동부(80)와 메인 유동부(10)를 연결한다. 이때 제1 밸브(71)는 열매체가 서브 유동부(30)로 유동하지 않도록 차단한다. 그리고 제2 밸브(72) 또한 메인 유동부(10)의 열매체가 실내 유동부(50)로 유동하지 않도록 차단한다.The
펌프(P)의 작동으로 메인 유동부(10)의 열매체는 메인 유동부(10)를 따라 유동한다. 제3 밸브(73)는 메인 유동부(10)의 열매체가 방열 유동부(80)를 유동하도록 열매체의 유동 방향을 제어한다. 방열 유동부(80)를 통해 방열기(90)를 경유한 열매체의 온도는 낮아질 수 있다. 이때 방열기(90)는 열매체의 온도가 배터리(B)의 온도보다 더 낮은 상태가 되도록 한다. 온도가 낮아진 열매체는 제1 밸브(71), 제2 밸브(72) 제어로 메인 유동부(10)를 유동하여 배터리(B)를 경유한다. 이때 열매체의 온도가 배터리(B)의 온도보다 낮은 상태이므로 배터리(B)의 열은 열매체로 전달되어 배터리(B)의 온도는 낮아질 수 있다.With the operation of the pump P, the heat medium of the
배터리(B) 열에 의해 온도가 높아진 열매체는 메인 유동부(10), 제3 밸브(73) 및 방열 유동부(80)를 통해 방열기(90)를 경유하여 다시 낮아질 수 있다. 이러한 일련의 과정을 연속 실시하여 배터리를 냉각할 수 있다. 한편, 제2 밸브(72)는 방열기(90)를 통해 냉각된 열매체가 실내 유동부(50) 방향으로 유동할 수 있도록 열매체 유동 방향을 제어할 수 있다. 이때 열매체는 실내 유동부(50)와 배터리(B) 방향으로 동시에 유동할 수 있다.The heat medium whose temperature is increased by the heat of the battery B may be lowered again through the
도면 도 5를 참고하여 열교환기를 통한 실내 냉방 및 배터리 냉각 운전에 대해 설명한다.Drawing Referring to Figure 5 will be described for indoor cooling and battery cooling operation through a heat exchanger.
도 5를 참고하면, 전기자동차의 실외 온도가 35℃ 이상으로 방열기(90) 만으로 열매체를 냉각할 수 없을 때 열교환기(20)를 이용하여 열매체를 냉각한다.Referring to FIG. 5, when the outdoor temperature of the electric vehicle is 35 ° C. or higher and the
이때 열교환기(20)를 유동하는 작동유체는 열매체의 온도보다 낮은 상태에다. 즉, 본 실시예에 따른 히트펌프(21)는 도 3의 실시예에 따른 히트펌프와 반대로 작동유체의 온도를 낮춘다.At this time, the working fluid flowing through the
제3 밸브(73)는 메인 유동부(10)가 방열 유동부(80) 방향으로 유동하지 않도록 차단하고 이때 제1 밸브(71)는 메인 유동부(10)의 열매체가 방열 유동부(80) 및 서브 유동부(30)로 유동하지 않도록 차단한다. 그리고 제2 밸브(72) 또한 메인 유동부(10)의 열매체가 실내 유동부(50)로 유동하지 않도록 차단한다.The
히트펌프(21)에 의해 열교환기(20)에는 열매체보다 낮은 온도의 작동유체가 유동한다. 펌프(P)의 작동으로 메인 유동부(10)의 열매체는 메인 유동부(10)를 따라 유동하여 열교환기(20)를 경유한다. 열매체는 열교환기(20)에서 작동유체와 열교환한다. 열교환으로 온도가 낮아진 열매체는 배터리(B)를 경유한다. 이때 열매체의 온도가 배터리(B)의 온도보다 낮아 배터리(B)의 열이 열매체로 전달되어 배터리(B)의 온도는 낮아지고 열매체의 온도는 높아질 수 있다. 온도가 높아진 열매체는 제3 밸브(73) 제어로 방열 유동부(80)를 유동하지 않고 열교환기(20) 방향으로 유동하여 열교환기(20)를 통해 다시 냉각될 수 있다. 이러한 일련의 과정을 반복 실시하여 배터리를 냉각한다.A working fluid having a temperature lower than that of the heat medium flows through the
한편, 배터리(B)를 냉각하는 동시에 제2 밸브(72) 제어로 실내를 냉방할 수 있다. 제2 밸브(72)는 열교환기(20)에서 냉각된 열매체가 실내 유동부(50) 및 배터리(B) 방향으로 동시에 유동할 수 있도록 열매체의 유동 방향을 제어한다. 실내 유동부(50)로 유동한 열매체는 온도조절부(70)를 경유하게 되면서 실내 냉방을 실시할 수 있다. 온도조절부(70)를 경유한 열매체는 제4 밸브(74)를 통해 메인 유동부(10)로 유입되어 배터리(B)를 경유한 열매체와 함께 다시 열교환기(20)로 유동하여 냉각될 수 있다.Meanwhile, it is possible to cool the battery B and simultaneously cool the room by controlling the
그러나 제2 밸브(72)는 열매체가 배터리(B) 방향으로 유동하지 않고 실내 유동부(50) 방향으로만 유동할 수 있도록 열매체의 유동 방향을 제어할 수도 있다.However, the
한편, 위 설명에서 도 3의 제3 밸브(73)는 열매체가 방열 유동부(80) 방향으로 유동하지 않도록 열매체의 유동을 제어한다고 하였으나, 열매체가 방열 유동부(80)와 방열기(90)를 경유하여 냉각된 후 열교환기(20)를 경유할 수도 있다.On the other hand, in the above description, the
본 발명의 또 다른 실시예는, 위에서 설명한 서브 유동부(30)를 제외한 모든 구성 요소를 포함한다. 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전기자동차용 냉난방장치의 가열부(40)는 제1 밸브(71)와 제2 밸브(72) 사이에 위치하고 열교환기(20)는 제2 밸브(72)와 배터리(B) 사이의 메인 유동부(10)에 배치되어 있다. 한편, 제1 밸브(71)는 서브 유동부(30) 생략으로 삼방밸브를 포함한다. 서브 유동부(30) 생략으로 전기자동차용 냉난방장치(1)의 구성요소를 최소화하면서 효율적으로 실내 냉/ 난방 또는 배터리 예열/냉각 운전방식을 실시할 수 있다. 이외 다른 구성은 도 1 내지 도 5의 실시예의 구성이 그대로 적용될 수 있다.Another embodiment of the present invention includes all the components except the
본 발명의 또 다른 실시예는, 위에서 설명한 실내 유동부(50)를 제외한 모든 구성 요소를 포함한다. 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 전기자동차용 냉난방장치의 온도조절부는 메인 유동부(10)에 위치하여 제2 밸브(72)와 배터리(B) 사이에 배치되어 있다. 이에 제2 밸브(72)에 의해 유동 방향이 제어된 열매체는 온도조절부(70)를 경유할 수 있다. 한편, 제2 밸브(72)는 실내 유동부(50) 생략으로 삼방밸브를 포함한다.Another embodiment of the present invention includes all the components except for the
한편, 본 실시예에 따른 전기자동차용 냉난방장치는 배터리 우회 유동부(11) 및 제5 밸브(75)를 포함할 수 있다. 제5 밸브(75)는 삼방밸브를 포함한다. 제5 밸브(75)는 메인 유동부(10)에 위치하여 온도조절부(70)와 배터리(B) 사이에 배치되어 있다. 배터리 우회 유동부(11)는 열매체가 유동할 수 있는 배관을 포함한다. 배터리 우회 유동부(11) 일단은 제5 밸브(75)와 연결되어 있고 타단은 제4 밸브(74)와 연결되어 있다.Meanwhile, the heating and cooling device for an electric vehicle according to the present exemplary embodiment may include a battery bypass flow
배터리(B)의 예열 또는 냉각 운전을 실시하지 않을 경우 제5 밸브(75)는 열매체가 배터리(B)를 경유하지 않고 배터리 우회 유동부(11)를 유동하도록 열매체의 유동 방향을 제어한다. 그러나 배터리(B)의 예열 또는 냉각 운전을 실시할 경우 제5 밸브(75)는 열매체가 배터리(B)를 경유하도록 열매체 유동 방향을 제어한다. 이외 다른 구성은 도 1 내지 도 5의 실시예의 구성이 그대로 적용될 수 있다.When the preheating or cooling operation of the battery B is not performed, the
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
1: 전기자동차용 냉난방장치 10: 메인 유동부
11: 배터리 우회 유동부 20: 열교환기
21: 히트펌프 30: 서브 유동부
40: 가열부 50: 실내 유동부
60: 온도조절부 70: 방향제어부
71: 제1 밸브 72: 제2 밸브
73: 제3 밸브 74: 제4 밸브
75: 제5 밸브 80: 방열 유동부
90: 방열기 B: 배터리
P: 펌프1: Electric vehicle air conditioning system 10: Main fluid
11: Battery bypass fluid section 20: Heat exchanger
21: heat pump 30: sub-flow section
40: heating section 50: indoor moving section
60: temperature control unit 70: direction control unit
71: first valve 72: second valve
73: third valve 74: fourth valve
75: fifth valve 80: heat dissipation fluid
90: radiator B: battery
P: Pump
Claims (9)
상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체와 열교환하는 작동유체가 유동할 수 있는 열교환기,
상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체가 상기 열교환기를 경유하지 않도록 우회시키는 서브 유동부,
상기 서브 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체의 온도를 높이는 가열부,
상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 메인 유동부를 유동하는 상기 열매체 가 유입되어 유동할 수 있고 실내 유동부 및
상기 메인 유동부와 상기 서브 유동부, 상기 메인 유동부와 상기 실내 유동부를 연결하고 상기 열매체의 유동 방향을 설정하는 방향제어부
를 포함하는 전기자동차용 냉난방장치.Main flow part through which the heat medium can flow through the battery and pump operation,
A heat exchanger connected to the main flow part and capable of flowing a working fluid to exchange heat with the heat medium,
A sub-flow part connected to the main flow part and bypassing the heat medium so as not to pass through the heat exchanger,
A heating part connected to the sub-flow part and increasing the temperature of the heat medium,
The heat medium that is connected to the main flow part and flows through the main flow part may be introduced and flow, and the indoor flow part and
A direction control unit connecting the main flow unit, the sub flow unit, the main flow unit, and the indoor flow unit and setting a flow direction of the heat medium
Heating and cooling device for an electric vehicle comprising a.
상기 방향제어부는, 삼방밸브 또는 사방밸브를 포함하는 전기자동차용 냉난방장치.In claim 1,
The direction control unit, an air-conditioning and heating device for an electric vehicle including a three-way valve or a four-way valve.
상기 가열부는, 인덕션 히터(induction heater) 또는 PTC히터를 포함하는 전기자동차용 냉난방장치.In claim 1,
The heating unit, an induction heater (induction heater) or a heating and cooling device for an electric vehicle including a PTC heater.
상기 열교환기와 연결된 히트펌프를 더 포함하는 전기자동차용 냉난방장치.In claim 1,
Air conditioning and heating device for an electric vehicle further comprising a heat pump connected to the heat exchanger.
상기 메인 유동부의 열매체는 상기 가열부의 열원 또는 상기 열교환기의 작동유체와 열교환으로 가열되는 전기자동차용 냉난방장치.In claim 1,
The heating medium of the main flow part is heated and heated by heat exchange with the heat source of the heating part or the working fluid of the heat exchanger.
상기 메인 유동부의 열매체는 상기 열교환기의 작동유체와 열교환으로 냉각되는 전기자동차용 냉난방장치.In claim 1,
The heating medium for the electric vehicle is cooled by heat exchange with the working fluid of the heat exchanger.
상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체와 열교환하는 작동유체가 유동할 수 있는 열교환기,
상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체의 온도를 높이는 가열부,
상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 메인 유동부를 유동하는 상기 열매체 가 유입되어 유동할 수 있는 실내 유동부 및
상기 메인 유동부와 상기 서브 유동부, 상기 메인 유동부와 상기 실내 유동부를 연결하고 상기 열매체의 유동 방향을 설정하는 방향제어부
를 포함하는 전기자동차용 냉난방장치.Main flow part through which the heat medium can flow through the battery and pump operation,
A heat exchanger connected to the main flow part and capable of flowing a working fluid to exchange heat with the heat medium,
A heating part connected to the main flow part and increasing the temperature of the heat medium,
An indoor flow part connected to the main flow part and capable of introducing and flowing the heat medium flowing through the main flow part, and
A direction control unit connecting the main flow unit, the sub flow unit, the main flow unit, and the indoor flow unit and setting a flow direction of the heat medium
Heating and cooling device for an electric vehicle comprising a.
상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체와 열교환하는 작동유체가 유동할 수 있는 열교환기,
상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체가 상기 열교환기를 경유하지 않도록 우회하여 유동할 수 있는 서브 유동부,
상기 서브 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체의 온도를 높이는 가열부,
상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체와 실내공기를 열교환시키는 실내 유동부,
상기 메인 유동부와 연결되어 있고 상기 열매체가 상기 배터리를 경유하지 않도록 우회시키는 우회 유동부 및
상기 메인 유동부와 상기 서브 유동부, 상기 메인 유동부와 상기 우회 유동부를 연결하고 상기 열매체의 유동 방향을 설정하는 방향제어부
를 포함하는 전기자동차용 냉난방장치.Main flow part through which the heat medium can flow through the battery and pump operation,
A heat exchanger connected to the main flow part and capable of flowing a working fluid to exchange heat with the heat medium,
A sub-flow part connected to the main flow part and capable of bypassing and flowing so that the heat medium does not pass through the heat exchanger,
A heating part connected to the sub-flow part and increasing the temperature of the heat medium,
An indoor flow part connected to the main flow part and exchanging heat with the heat medium,
A bypass flow part connected to the main flow part and bypassing the heat medium so as not to pass through the battery;
Direction control unit for connecting the main flow unit and the sub-flow unit, the main flow unit and the bypass flow unit and set the flow direction of the heating medium
Heating and cooling device for an electric vehicle comprising a.
상기 메인 유동부와 연결되어 있으며 상기 배터리 또는 상기 실내 유동부를 유동한 열유체가 유동할 수 있는 방열 유동부를 더 포함하며, 상기 방향제어부는 상기 방열 유동부와 상기 메인 유동부를 연결하는 전기자동차용 냉난방장치.According to any one of claims 1, 7, and 8,
It is connected to the main flow part and further includes a heat dissipation flow part through which the thermal fluid flowing through the battery or the indoor flow part can flow, and the direction control part heats and cools the electric vehicle connecting the heat dissipation flow part and the main flow part. Device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Patent Citations (2)
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KR19980054590A (en) | 1996-12-27 | 1998-09-25 | 김영귀 | Battery preheater for electric vehicles |
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