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KR102361190B1 - 차량용 배터리의 온도 제어 장치 - Google Patents

차량용 배터리의 온도 제어 장치 Download PDF

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KR102361190B1
KR102361190B1 KR1020150099979A KR20150099979A KR102361190B1 KR 102361190 B1 KR102361190 B1 KR 102361190B1 KR 1020150099979 A KR1020150099979 A KR 1020150099979A KR 20150099979 A KR20150099979 A KR 20150099979A KR 102361190 B1 KR102361190 B1 KR 102361190B1
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battery
refrigerant
circulation line
cooling
coolant
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Inventor
최영호
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한온시스템 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 차량용 배터리의 온도 제어 장치에 관한 것으로, 냉각수가 순환되는 배터리 냉각수 순환 라인(C1) 상에 배터리(100)을 쿨링하기 위한 제1 열교환기(130)와, 상기 배터리(100)을 히팅하기 위한 배터리 히터(150)가 구비되어 상기 배터리(100)을 냉각 또는 히팅하는 배터리 쿨링 및 히팅 수단과, 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)과 별도로 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인(C3) 상에 라디에이터(300)를 구비하여 상기 냉각수와 차량의 외부 공기를 열교환함으로써 전장품(400)을 냉각시키는 전장품 냉각 수단과, 냉매가 순환되는 냉매 주순환 라인(R1) 상에 증발기(500), 응축기(510), 압축기(520), 차실 내부 공기와 열교환하는 실내기(530), 외기와 열교환하는 실외기(200)가 구비되어 차실 내부를 냉난방하는 차실 냉난방 수단을 포함하며, 상기 배터리(100)의 냉각 부하가 높을 때 상기 냉매와 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)을 순환하는 상기 냉각수를 열교환하여 상기 배터리(100)을 냉각시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 냉각 시 실내 공기를 이용하는 것보다 배터리의 냉각이 용이하며, 냉각 부하가 낮은 조건에서 라디에이터를 이용해 배터리를 냉각시키므로 소모 동력이 저감되는 효과가 있다. 또한, 승온 시 냉매의 응축 작용이 원활해져 시스템 효율 및 냉매 유동음이 저감되며, 승온 부하가 낮은 조건에서의 소모 동력이 저감되는 효과가 있다.

Description

차량용 배터리의 온도 제어 장치{device for control temperature of battery for a vehicle}
본 발명은 차량용 배터리의 온도 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 냉각 및 히팅 성능이 향상된 차량용 배터리의 온도 제어 장치에 관한 것이다.
최근 화석 연료의 고갈과 환경 오염에 대한 높은 관심으로 화석 연료와 전기 에너지 또는 화석 연료와 연료전지 등을 함께 사용하는 하이브리드 자동차나 전기 자동차와 같은 친환경 자동차의 개발이 증가하는 추세이다.
하이브리드 자동차나 전기 자동차에는 전기로 구동되는 모터 및 발생된 전력을 저장하기 위한 고용량 배터리가 장착되어 있다. 배터리는 필요시 모터로 전력을 공급하고, 차량의 감속이나 정지 시 재생 동력원으로부터 생성되는 전기 에너지를 저장하는 역할을 한다.
이러한 배터리는 항상 충방전 상태를 체크해야 하며, 불필요한 전원 공급을 차단해 배터리의 전력 소비를 감소시키고, 남는 전기 에너지는 배터리의 충전에 신속히 투입하도록 제어되어야 한다. 한국등록특허 제10-0387798호에 하이브리드 전기 자동차의 배터리 소모를 방지하는 장치가 개시되어 있다.
배터리는 배터리 셀의 화학적 특성 상 온도에 민감하며, 일정 범위 내의 작동 온도에서 온도가 높을수록 충정량 및 방전량이 증가해 배터리의 효율이 높아진다. 그러나 허용 작동 온도를 초과하거나 허용 작동 온도 미만에서 배터리가 구동되는 경우, 셀 내부적으로 열화, 조직 변형 등의 문제가 발생해 배터리의 수명이 급격히 감소하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 공랭식 또는 수냉식 배터리 냉각 방법과 배터리 히팅 방법을 적용하고 있으나, 공랭식 냉각은 여름철과 같이 차량의 주변 온도가 높으면 그 효율이 저하되는 문제가 있다. 수냉식 냉각은 공랭식 대비 냉각 효율은 좋으나 시스템의 구성이 복잡하고, 냉매 또는 냉각수를 규칙적으로 교환해야 하며 누수가 발생할 위험이 있다. 또한, 배터리 히팅을 위해서는 별도의 히터를 구비하거나 엔진 냉각수로부터 열을 공급받을 수 있으나, 겨울철 엔진이 충분히 웜 업(warm up)되기 전에는 배터리 히팅이 원활하지 않은 단점이 있다.
따라서 배터리의 작동 온도를 적정 범위로 유지하기 위해 효율적인 배터리 온도 제어 장치를 개발할 필요가 있다.
한국특허등록 제10-0387798호(등록일 2003. 06. 03)
본 발명의 목적은 배터리의 냉각 및 히팅 성능이 향상된 차량용 배터리의 온도 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 차량용 배터리의 온도 제어 장치는,
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 온도 제어 장치는, 냉각 시 실내 공기를 이용하는 것보다 배터리의 냉각이 용이하며, 냉각 부하가 낮은 조건에서 라디에이터를 이용해 배터리를 냉각시키므로 소모 동력이 저감되는 효과가 있다. 또한, 승온 시 냉매의 응축 작용이 원활해져 시스템 효율 및 냉매 유동음이 저감되며, 승온 부하가 낮은 조건에서의 소모 동력이 저감되는 효과가 있다.
도 1은 배터리의 냉각 부하가 높은 조건에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 온도 제어 장치를 도시한 모식도,
도 2는 배터리의 냉각 부하가 낮은 조건에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 온도 제어 장치를 도시한 모식도,
도 3은 배터리의 승온 부하가 높은 조건에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 온도 제어 장치를 도시한 모식도,
도 4는 배터리의 승온 부하가 낮은 조건에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 온도 제어 장치를 도시한 모식도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 온도 제어 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
먼저 전체적인 차량의 냉각 시스템에 대해 설명하기로 한다.
차량의 냉각 시스템은 크게 배터리(100)을 냉각 또는 히팅하기 위한 배터리 쿨링 및 히팅 수단과, 모터나 인버터 등의 전장품(400)을 냉각하기 위한 전장품 냉각 수단과, 차실 내부를 냉난방하기 위한 차실 냉난방 수단으로 구분할 수 있다.
배터리 쿨링 및 히팅 수단은 냉각수(coolant)를 쿨링하는 냉각 장치인 제1 열교환기(130)와, 냉각수를 가열하는 배터리 히터(150)를 포함한다. 제1 열교환기(130) 및 배터리 히터(150)는 배터리 냉각수 순환 라인(C1) 상에 설치되며, 펌프(110)에 의해 배터리 냉각수 순환 라인(C1) 내를 순환하여 배터리(100)을 냉각 또는 히팅한다.
배터리(100)을 냉각시킬 때에는 배터리 히터(150)가 구동되지 않으며, 배터리(100)을 히팅시킬 때에는 필요에 따라 제1 열교환기(130)이 선택적으로 구동된다. 제1 열교환기(130)은 판형 열교환기인 칠러(chiller)로 구비될 수 있으며, 배터리 히터(150)는 PTC 히터로 구비될 수 있다.
제1 열교환기(130)을 통과하는 배터리 냉각수 라인이 단방향으로 구성됨으로써 냉각수의 정체 현상 및 냉매의 충돌에 의한 노이즈를 방지할 수 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 후술할 실내기(530)의 출구단 및 제1 열교환기(130)의 출구단 쪽 냉매 밸브를 솔레노이드 밸브로 구성할 수 있는 장점이 있다.
전장품 냉각 수단은 라디에이터(300)를 통해 외기와 열교환하여 냉각된 냉각수(coolant)에 의해 차량의 전장품(400)을 냉각시키며, 라디에이터(300)와 전장품(400)을 거쳐 다시 라디에이터(300)로 연결된 냉각수 순환 라인(C3)을 따라 냉각수가 순환된다.
차실 냉난방 수단은 히트 펌프(Heat Pump) 시스템으로, 냉매(refrigerant)를 응축시키는 응축기(510)와, 응축기(510)에서 응축된 냉매를 증발시키는 증발기(500)와, 증발기(500)에서 증발된 냉매를 압축시키는 압축기(520)를 포함하여 구성되며, 추가적인 PTC 히터(550)를 구비할 수 있다. 응축기(510), 증발기(500), 압축기(520)는 냉매 순환 라인(R1~R5)에 의해 연결되며(이에 대해서는 후술하기로 함), 증발기(500), 응축기(510), 압축기(520)의 순서로 냉매가 순환된다. 응축기(510)는 냉매를 응축시키면서 열을 빼앗아 방출하고, 증발기(500)는 차실 내부 공기로부터 열을 빼앗아 냉매에 열을 가해 냉매를 증발시킨다. 증발기(500)에 의해 차가워진 공기는 다시 차실 내부로 공급되어 차실 내부를 냉방한다.
또한, 차실 냉난방 수단은 실내기(530) 및 실외기(200)를 추가로 포함할 수 있다.
실내기(530)는 냉방 모드일 때 증발기와 함께 실내 공기에서 열을 흡열하는 기능을 하며, 난방 모드일 때 실내 공기로 열을 방열하는 기능을 한다. 실외기(200)는 냉방 모드일 때 냉매의 열을 외부로 방열하는 방열 기능을 하며, 난방 모드일 때 외부의 열을 냉매로 흡수하는 흡열 기능을 한다. 실내기(530)와 실외기(200)의 배터리(100) 냉난방 관련 동작은 후술하기로 한다.
이러한 쿨링 및 히팅 수단은 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차뿐만 아니라, 고용량 배터리를 적용하는 모든 자동차에 적용될 수 있다.
이하에서는 배터리의 냉각이 필요한 경우 냉각수 및 냉매의 흐름을 기준으로 하여 설명하기로 한다.
여름철 등과 같이 주변 온도가 고온인 환경에서 배터리(100)의 냉각 부하가 높아지는 경우에는 배터리(100)의 효율적인 냉각을 위해 차실을 냉방하는데 사용되는 냉매를 이용해 배터리(100)의 냉각수를 냉각시킬 수 있다.
도 1은 배터리의 냉각 부하가 높은 조건에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 온도 제어 장치를 도시한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실외기(200)를 통해 외기와 열교환된 냉매가 냉매 주순환 라인(R1)을 따라 순환하며, 냉매 주순환 라인(R1)에서 분기된 냉매 분기 라인(R5)를 통해 증발기(500)로 유입된다. 증발기(500)에서 차실 내 공기와 열교환해 차실 내부를 냉방한 후 냉매는 제1 냉매 분기 라인(R5)을 따라 응축기(510)로 보내진다. 응축기(510)를 통과한 냉매는 압축기(520)를 거쳐 압축된 후 냉배 부순환 라인(R4)를 거쳐 실내기(530)로 유입되며, 실내기(530)에서 다시 한번 열교환해 차실 내부를 냉방한다. 실내기(530)를 통과한 냉매는 다시 실외기(200)로 연결된 냉매 주순환 라인(R1)을 따라 순환하여 실외기(200)를 통과한다. 여기서 실내기(530)는 흡열 기능을 하며, 실외기(200)는 방열 기능을 한다.
이 때, 증발기(500)로 유입되기 전 냉매의 유량 일부가 냉매 주순환 라인(R1)을 따라 배터리(100)의 냉각을 위한 제1 열교환기(130) 쪽으로 보내질 수 있다. 제1 열교환기(130) 쪽으로 보내지는 냉매의 유량은 증발기(500)로 보내지는 유량의 20~30% 이내로 설정될 수 있다. 이는 차실 내의 냉방 부하가 배터리(100)의 냉각 부하보다 높기 때문이다. 전술한 제1 열교환기(130) 쪽으로 보내지는 냉매의 유량은 절대값이 아니며, 차실 내의 냉방 부하에 따라 조절될 수 있다.
제1 열교환기(130)은 배터리 냉각수 순환 라인(C1) 상에 설치되되 냉매 주순환 라인(R1)과 배터리 냉각수 순환 라인(C1)이 모두 지나가도록 설치된다. 실외기(200)에서 방열되어 저온저압 상태인 냉매는 제1 열교환기(130)에서 배터리 냉각수 순환 라인(C1)을 따라 순환하는 냉각수와 열교환하여 냉각수를 냉각시킨다. 냉매에 의해 냉각된 냉각수가 배터리(100)로 유입되어 배터리를 냉각시킴으로써 빠르고 효율적으로 배터리(100)을 냉각시킬 수 있다. 이러한 운전은 배터리(100)의 냉각을 위한 운전이므로 배터리 히터(150)는 구동되지 않고 냉각수를 바이패스(BYPASS) 시키는 역할을 한다.
제1 열교환기(130)에서 냉매와 냉각수간의 좀더 효과적인 열교환을 위해 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브가 추가될 수 있으며, 팽창 밸브는 냉매 주순환 라인(R1)의 제1 열교환기(130)의 전단 쪽에 설치될 수 있다.
제1 열교환기(130)을 통과한 냉매는 제1 냉매 순환 라인(R2)을 따라 순환되어 3방향 밸브(V2)를 거쳐 응축기(510) 전단의 제2 냉매 분기 라인(R3)으로 유입된다.
전술한 배터리 냉각 부하가 높은 조건과 달리, 배터리의 냉각이 필요하기는 하나 냉각 부하가 높지 않은 경우가 발생할 수 있다.
도 2는 배터리의 냉각 부하가 낮은 조건에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 온도 제어 장치를 도시한 모식도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(100)의 냉각 부하가 낮은 경우, 외기와의 열교환을 통해 전장품(400)을 냉각시키는 라디에이터(300)를 이용해 배터리(100)의 냉각을 위한 냉각수를 냉각시킬 수 있다.
이를 위해, 배터리 냉각수 순환 라인(C1)의 펌프(110) 출구단에 3방향 밸브(V1)가 구비되며, 배터리 냉각수 순환 라인(C1)은 통합 냉각수 순환 라인(C2)에 연결된다. 통합 냉각수 순환 라인(C2)은 펌프(110)의 출구단에 구비된 3방향 밸브(V1)로부터 라디에이터(300)를 거쳐 배터리 히터(150)의 전단에서 배터리 냉각수 순환 라인(C1)과 연결된다. 배터리 냉각수 순환 라인(C1)을 순환하는 냉각수는 펌프(110) 및 3방향 밸브(V1)를 거쳐 통합 냉각수 순환 라인(C2)으로 보내지고, 라디에이터(300)를 통과하면서 외기와 열교환해 냉각된다. 그 후 라디에이터(300) 후단의 통합 냉각수 순환 라인(C2)을 따라 순환하여 배터리 히터(150)를 지나 배터리(100)로 유입됨으로써 배터리(100)을 냉각시킨다. 배터리(100)의 냉각을 위한 운전이므로 배터리 히터(150)는 구동되지 않고 냉각수를 바이패스(BYPASS) 시키는 역할을 한다.
이때, 전장품(400)의 냉각이 필요한 경우 냉각수 순환 라인(C3)을 순환하는 냉각수 역시 라디에이터(300)를 통해 냉각수를 냉각시켜 전장품(400)을 쿨링할 수 있다. 또한, 차실 내부의 냉방이 필요하다면 냉매가 냉매 주순환 라인(R1), 제1 냉매 분기 라인(R5)에 설치된 증발기(500), 응축기(510) 및 압축기(520)를 거쳐 제2 냉매 순환 라인(R4)을 따라 실내기(530)로 유입된다. 실내기(530)를 거친 냉매는 다시 냉매 주순환 라인(R1)을 따라 실외기(200)를 거쳐 냉각되는 플로우를 통해 차실을 냉방시킬 수 있다. 여기서 실내기(530)는 흡열 기능을 하며, 실외기(200)는 방열 기능을 한다.
다음으로 배터리의 히팅이 필요한 경우 냉각수 및 냉매의 흐름을 기준으로 하여 설명하기로 한다.
겨울철 등과 같이 주변 온도가 저온인 환경에서 배터리(100)의 승온 부하가 높아지는 경우에는 배터리(100)의 효율적인 히팅을 위해 배터리 히터(150)를 이용해 배터리(100)을 히팅시킬 수 있다.
도 3은 배터리의 승온 부하가 높은 조건에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 온도 제어 장치를 도시한 모식도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배터리(100)의 히팅이 필요한 경우 배터리 냉각수 순환 라인(C1)의 배터리(100) 입구단에 설치된 배터리 히터(150)를 이용해 냉각수를 가열할 수 있다.
배터리(100)의 출구단에서 토출된 냉각수는 펌프(110) 및 3방향 밸브(V1)를 거쳐 제1 열교환기(130)로 유입되며, 제1 열교환기(130)은 구동되지 않고 냉각수를 바이패스 시킨다. 바이패스된 냉각수는 배터리 히터(150)에서 가열되어 배터리(100)로 유입됨으로써 배터리(100)을 적정 온도로 히팅시킬 수 있다.
이 때, 차실 내부의 난방이 필요하다면, 냉매 주순환 라인(R1)을 순환하는 냉매를 제1 냉매 분기 라인(R5) 이전에서 3방향 밸브(V4)에 의해 분기된 제1 냉매 히팅 라인(R6)으로 순환시킬 수 있다.
차량의 전장품(400)은 차량의 구동 시 지속적으로 발열되므로 냉각만 필요할 뿐 히팅을 할 필요가 없다. 따라서 차실 내부의 난방 시 전장품(400)의 폐열을 이용하여 난방 효율을 향상시킬 수 있다. 전장품(400)의 폐열은 열회수 라인(C4)을 통해 회수될 수 있으며, 제1 냉매 히팅 라인(R6)과 열회수 라인(C4)이 모두 지나가도록 설치되는 제2 열교환기(600)로 공급될 수 있다. 즉, 열회수 라인(C4)을 순환하는 냉각수가 전장품(400)의 폐열을 흡수해 가열되고, 가열된 냉각수가 제2 열교환기(600)를 지나는 제1 냉매 히팅 라인(R6)의 냉각수와 열교환되어 냉각수를 가열한다. 가열된 냉매는 제1 냉매 히팅 라인(R6)의 출구단에 연결되는 응축기(510)로 보내져 압축기(520)에서 고온 고압으로 압축된다.
고온 고압의 냉매는 제2 냉매 순환 라인(R4)을 따라 실내기(530)로 바로 유입되며, 실내기(530)에서 실내 공기와 열교환되면서 실내 공기를 가열시킨다. 차실 내의 난방 시 차가운 공기나 외기가 유입되지 못하도록 유로 개폐 도어(570)가 증발기(500) 쪽을 차단하여 따뜻한 공기만 차실 내로 토출시킨다. 실내기(530)를 통과한 냉매는 3방향 밸브(V5)를 거쳐 다시 냉매 주순환 라인(R1)으로 보내지고 실외기(200)를 통과하면서 외부 공기로부터 열을 흡수하여 다시 제2 열교환기(600) 쪽으로 순환된다. 이때의 실내기(530)는 방열 기능을 하며, 실외기(200)는 흡열 기능을 하는 것이다.
한편, 전술한 배터리 승온 부하가 높은 조건과 달리, 배터리의 승온이 필요하기는 하나 승온 부하가 높지 않은 경우가 발생할 수 있다.
도 4는 배터리의 승온 부하가 낮은 조건에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 온도 제어 장치를 도시한 모식도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 배터리(100)의 히팅이 필요하지만 승온 부하가 낮은 경우 차실 냉난방 수단의 실내기(530)를 거친 냉각수를 이용해 배터리(100)을 히팅하기 위한 냉각수를 가열시킬 수 있다.
실내기(530)를 거친 냉각수가 차실의 난방을 위한 열교환용으로는 온도가 낮으나 배터리(100)을 히팅하기에 충분한 정도의 온도를 유지하고 있을 수 있다. 따라서 실내기(530)를 거친 냉각수의 열을 배터리 냉각수 순환 라인(C1)의 제1 열교환기(130) 쪽으로 순환시킬 수 있다. 이를 위해, 실내기(530) 출구단의 3방항 밸브(V5)에서 제1 열교환기(130)에 연결된 냉매 주순환 라인(R1)을 잇는 제2 냉매 히팅 라인(R7)이 구비된다. 제2 냉매 히팅 라인(R7)은 전술한 팽창 밸브 이전에 연결되며, 밸브 없이 분기 구조로 구성될 수 있다. 제2 냉매 히팅 라인(R7)과 냉매 주순환 라인(R1), 제1 냉매 순환 라인(R2)의 냉매 압력 차이로 인해 실내기(530)의 출구단에 구비된 3방향 밸브(V5)를 저가의 솔레노이드로 구성할 수 있는 효과가 있다.
제2 냉매 히팅 라인(R7)을 따라 냉매 주순환 라인(R1)으로 유입된 냉매는 제1 열교환기(130)에서 배터리 냉각수 순환 라인(C1)을 지나는 냉각수와 열교환해 냉각수를 가열한다. 이렇게 가열된 냉각수가 배터리(100)로 유입되어 배터리(100)을 히팅할 수 있다. 이때, 배터리 히터(150)는 구동되지 않거나, 배터리(100)의 승온 부하가 클 때보다 적은 열을 발생해 냉각수를 가열할 수 있다.
냉각수와 열교환한 후 냉매는 제1 냉매 순환 라인(R2)을 따라 순환되며, 3방향 밸브(V2)를 거쳐 실외기(200)로 연결된 냉매 주순환 라인(R1)으로 순환된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 배터리의 온도 제어 장치는, 냉각 시 실내 공기를 이용하는 것보다 배터리의 냉각이 용이하며, 냉각 부하가 낮은 조건에서 라디에이터를 이용해 배터리를 냉각시키므로 소모 동력이 저감되는 효과가 있다. 또한, 승온 시 냉매의 응축 작용이 원활해져 시스템 효율 및 냉매 유동음이 저감되며, 승온 부하가 낮은 조건에서의 소모 동력이 저감되는 효과가 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.
100: 배터리 130: 제1 열교환기
150: 배터리 히터 200: 실외기
300: 라디에이터 400: 전장품
500: 증발기 510: 응축기
520: 압축기 530: 실내기
550: PTC 히터 600: 제2 열교환기
C1: 배터리 냉각수 순환 라인
C2: 통합 냉각수 순환 라인
C3: 냉각수 순환 라인 C4: 열회수 라인
R1: 냉매 주순환 라인 R2: 제1 냉매 순환 라인
R3: 제2 냉매 분기 라인 R4: 제2 냉매 순환 라인
R5: 제1 냉매 분기 라인 R6: 제1 냉매 히팅 라인
R7: 제2 냉매 히팅 라인

Claims (16)

  1. 냉각수가 순환되는 배터리 냉각수 순환 라인(C1) 상에 배터리(100)을 쿨링하기 위한 제1 열교환기(130)와, 상기 배터리(100)을 히팅하기 위한 배터리 히터(150)가 구비되어 상기 배터리(100)을 냉각 또는 히팅하는 배터리 쿨링 및 히팅 수단과,
    상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)과 별도로 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인(C3) 상에 라디에이터(300)를 구비하여 상기 냉각수와 차량의 외부 공기를 열교환함으로써 전장품(400)을 냉각시키는 전장품 냉각 수단과,
    냉매가 순환되는 냉매 주순환 라인(R1) 상에 증발기(500), 응축기(510), 압축기(520), 차실 내부 공기와 열교환하는 실내기(530), 외기와 열교환하는 실외기(200)가 구비되어 차실 내부를 냉난방하는 차실 냉난방 수단을 포함하며,
    상기 배터리(100)의 냉각 부하가 높을 때 상기 냉매와 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)을 순환하는 상기 냉각수를 열교환하여 상기 배터리(100)을 냉각시키고,
    상기 냉매 주순환 라인(R1)은 상기 실내기(530)에서 상기 실외기(200)의 입구단, 상기 실외기(200)의 출구단에서 상기 제1 열교환기(130)의 입구단으로 연결되며, 상기 증발기(500) 쪽으로 분기되는 제1 냉매 분기 라인(R5)을 포함하고,
    상기 제1 열교환기(130)은 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1) 상에 설치되되 상기 냉매 주순환 라인(R1)과 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)이 모두 지나가도록 설치되고,
    상기 제1 열교환기(130)의 후단으로부터 상기 냉매 주순환 라인(R1)으로 연결되는 제1 냉매 순환 라인(R2)과, 상기 제1 냉매 순환 라인(R2)에서 분기되어 상기 응축기(510)의 전단에 연결되는 제2 냉매 분기 라인(R3)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리(100)의 냉각 부하가 낮을 때 상기 라디에이터를 통과한 상기 냉각수와 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)을 순환하는 상기 냉각수를 열교환하여 상기 배터리(100)을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리(100)의 승온 부하가 높을 때 상기 배터리 히터(150)로 상기 배터리(100)을 승온시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리(100)의 승온 부하가 낮을 때 상기 실내기(530)를 통과한 상기 냉매로 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)을 순환하는 상기 냉각수를 열교환하여 상기 배터리(100)을 승온시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열교환기(130)에서 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)의 냉각수와 열교환된 냉매는 제1 냉매 순환 라인(R2)을 거쳐 상기 제2 냉매 분기 라인(R3)으로 보내지는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉매 주순환 라인(R1) 상에 설치되되 상기 제1 열교환기(130)의 전단에 설치되어 상기 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브를 더 포함하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)의 펌프(110) 후단에서 상기 라디에이터(300)를 거쳐 상기 배터리 히터(150)의 전단으로 연결되는 통합 냉각수 순환 라인(C2)을 더 포함하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)으로부터 상기 통합 냉각수 순환 라인(C2)으로 유입된 냉각수는 상기 라디에이터(300)에서 외기와 열교환해 냉각된 후 상기 배터리 히터(150)로 유입되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 히터(150)는 구동되지 않고 상기 냉각수를 상기 배터리(100)로 바이패스 시키는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  12. 냉각수가 순환되는 배터리 냉각수 순환 라인(C1) 상에 배터리(100)을 쿨링하기 위한 제1 열교환기(130)와, 상기 배터리(100)을 히팅하기 위한 배터리 히터(150)가 구비되어 상기 배터리(100)을 냉각 또는 히팅하는 배터리 쿨링 및 히팅 수단과,
    상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)과 별도로 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인(C3) 상에 라디에이터(300)를 구비하여 상기 냉각수와 차량의 외부 공기를 열교환함으로써 전장품(400)을 냉각시키는 전장품 냉각 수단과,
    냉매가 순환되는 냉매 주순환 라인(R1) 상에 증발기(500), 응축기(510), 압축기(520), 차실 내부 공기와 열교환하는 실내기(530), 외기와 열교환하는 실외기(200)가 구비되어 차실 내부를 냉난방하는 차실 냉난방 수단을 포함하며,
    상기 배터리(100)의 냉각 부하가 높을 때 상기 냉매와 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)을 순환하는 상기 냉각수를 열교환하여 상기 배터리(100)을 냉각시키고,
    상기 배터리(100)의 냉각 부하가 낮을 때 상기 라디에이터를 통과한 상기 냉각수와 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)을 순환하는 상기 냉각수를 열교환하여 상기 배터리(100)을 냉각시키고,
    상기 배터리(100)의 승온 부하가 높을 때 상기 배터리 히터(150)로 상기 배터리(100)을 승온시키고,
    상기 배터리(100)의 승온 부하가 낮을 때 상기 실내기(530)를 통과한 상기 냉매로 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)을 순환하는 상기 냉각수를 열교환하여 상기 배터리(100)을 승온시키고,
    상기 냉매 주순환 라인(R1)에서 상기 증발기(500)로 분기되기 전 분기되어 상기 응축기(510)로 연결되는 제1 냉매 히팅 라인(R6)을 더 포함하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 냉매 히팅 라인(R6) 상에 설치되는 제2 열교환기(600)와, 상기 전장품(400)과 상기 제2 열교환기(600)를 거쳐 냉각수가 순환되도록 하는 열회수 라인(C4)을 더 포함하며, 상기 전장품(400)으로부터 열을 흡수한 상기 냉각수는 상기 제2 열교환기(600)에서 상기 제1 냉매 히팅 라인(R6)을 통과하는 상기 냉매와 열교환되어 상기 냉매를 가열하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 열교환기(130)은 상기 냉매 주순환 라인(R1)의 상기 냉매와 열교환 없이 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)의 상기 냉각수를 바이패스 시키고, 상기 배터리 히터(150)는 상기 냉각수를 가열해 상기 배터리(100)로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 배터리(100)의 승온 부하가 낮을 때 상기 제1 냉매 히팅 라인(R6)을 거쳐 상기 응축기(510), 상기 압축기(520) 및 상기 실내기(530)를 통과한 상기 냉매를 상기 제1 열교환기(130)의 전단으로 유입시키는 제2 냉매 히팅 라인(R7)을 더 포함하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 냉매 히팅 라인(R7)을 통해 상기 제1 열교환기(130)을 통과하는 상기 냉매는 상기 배터리 냉각수 순환 라인(C1)의 상기 냉각수와 열교환해 상기 냉각수를 가열하고 상기 제1 냉매 순환 라인(R2)을 통해 상기 실외기(200)로 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 배터리의 온도 제어 장치.
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PA0109 Patent application

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