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KR102502174B1 - 자동차의 통합 열관리 시스템 - Google Patents

자동차의 통합 열관리 시스템 Download PDF

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KR102502174B1
KR102502174B1 KR1020180042027A KR20180042027A KR102502174B1 KR 102502174 B1 KR102502174 B1 KR 102502174B1 KR 1020180042027 A KR1020180042027 A KR 1020180042027A KR 20180042027 A KR20180042027 A KR 20180042027A KR 102502174 B1 KR102502174 B1 KR 102502174B1
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cooling
air conditioner
water
refrigerant
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김현규
안경주
유상준
한중만
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차의 통합 열관리 시스템에 관한 것으로서, 공조장치에 대해 수냉식 냉각장치를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에 발생되는 공조장치의 급격한 공조부하 변화를 방지하고, 이를 통해, 급격한 공조부하 변화로 인한 공조장치의 냉방성능 저하와, 차실내 토출공기의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉매를 이용하여 차실내를 냉방 또는 난방하는 공조장치와, 공조장치의 냉매를 이용하여 특정 장치를 냉각시키는 수냉식 냉각장치를 포함하는 자동차의 통합 열관리 시스템에 있어서, 공조장치에 대해 수냉식 냉각장치를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에 발생되는 공조장치의 급격한 공조부하 변화를 방지하는 공조부하 변화 방지부를 구비한다.

Description

자동차의 통합 열관리 시스템{INTEGRATED HEAT MANAGEMENT SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 자동차의 통합 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공조장치에 대해 수냉식 냉각장치를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에 발생되는 공조장치의 급격한 공조부하 변화를 방지하고, 이를 통해, 급격한 공조부하 변화로 인한 공조장치의 냉방성능 저하와, 차실내 토출공기의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템에 관한 것이다.
친환경 차량의 일례로서, 전기자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차(이하, "자동차"라 통칭함)등이 있다.
이러한 자동차는, 다양한 열관리 장치들을 갖추고 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 차실내 냉,난방을 위한 공조장치(10), 배터리(B)를 냉각시키기 위한 수냉식 배터리 냉각장치(20) 등이 있다.
공조장치(10)는, 히트펌프식(Heat Pump Type)으로서, 제 1냉매라인(12)의 냉매 흐름 방향에 따라 "에어컨 모드" 또는 "히트펌프 모드"로 제어되면서 냉방용 또는 난방용으로 사용한다.
특히, "에어컨 모드" 시에는, 압축기(14)와 수냉식 열교환기(15)와 실외열교환기(17)와 에어컨모드용 팽창밸브(18)와 실내열교환기(19)로 연결되는 "에어컨 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 실내열교환기(19)에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 통해 차실내를 냉방한다.
그리고 "히트펌프 모드" 시에는, 압축기(14)와 수냉식 열교환기(15)와 히트펌프모드용 팽창밸브(16)와 실외열교환기(17)로 연결되는 "히트펌프 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 수냉식 열교환기(15)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 히터코어측 냉각수순환라인(30)에 전달한다. 이로써, 히터코어측 냉각수순환라인(30)으로 전달된 고온의 "열"이 히터코어(32)를 통해 차실내로 방출되면서 차실내를 난방한다.
배터리 냉각장치(20)는, "냉방모드" 시에, 공조장치(10)의 냉매를 이용하여 배터리(B)를 냉각시킨다.
특히, 제 2냉매라인(22)을 통해 공조장치(10)의 냉매 일부를 분기하고, 분기된 냉매를 배터리냉각용 팽창밸브(24)로 팽창,감압시킨 다음, 감압,팽창된 저온의 냉매와 냉각수순환라인(25)의 냉각수를 냉매-냉각수 열교환기(26)에서 열교환시켜 냉각수를 냉각시키며, 냉각된 냉각수를 냉각수순환라인(25)과 워터펌프(27)를 통해 배터리(B)로 순환시킴으로써, 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.
도면에 도시하지 않았지만, 공조장치(10)의 냉매를 이용하여 차량의 전장부품모듈을 냉각시키는 수냉식 전장부품모듈 냉각장치를 더 구비하기도 한다.
수냉식 전장부품모듈 냉각장치는, 상기 배터리 냉각장치(20)와 마찬가지로 공조장치(10)의 냉매 일부를 분기하여 팽창,감압시킨 다음, 감압,팽창된 저온의 냉매와 냉각수를 열교환시키고, 열교환된 저온의 냉각수를 전장부품모듈로 순환시킴으로써, 전장부품모듈을 냉각시킨다(이하, 공조장치(10)의 냉매를 이용하는 수냉식 배터리 냉각장치(20)와 수냉식 전장부품모듈 냉각장치를 모두 "수냉식 냉각장치"라 통칭하기로 한다.).
그런데, 이러한 종래의 자동차는, 공조장치(10)가 작동 중인 상태에서, 수냉식 냉각장치, 예를 들면, 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 추가적으로 온(ON)될 시에, 이미 작동 중인 공조장치(10)에 급격한 유량 변화와 급격한 공조부하 변화가 발생된다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 차실내의 토출공기 온도가 불안정해진다는 문제점이 있다.
특히, 공조장치(10)가 작동 중인 상태에서, 배터리 냉각장치(20)가 추가적으로 온(ON)될 시에, 이미 작동 중인 공조장치(10)의 공조부하가 급격하게 상승되는데, 이러한 공조부하의 급격한 상승으로 인해, 공조장치(10)의 냉방성능이 급격하게 떨어진다는 단점이 있다.
그 결과, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)가 온(ON)되는 시점에서부터 차실내 토출공기온도가 급격하게 상승하고(A), 압축기(14)의 회전속도가 급격하게 상승(B)한다는 문제점이 있다.
이로써, 차실내의 냉방효과가 현저하게 저하되어 차실내의 쾌적성이 떨어지고, 차량의 연비가 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 자동차는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공조장치(10)와 수냉식 냉각장치, 예를 들면, 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 동시에 작동되고 있는 상태에서, 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 오프(OFF)되는 경우, 작동 중인 나머지 공조장치(10)에 급격한 유량 변화와 급격한 공조부하 변화가 발생된다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 차실내의 토출공기 온도가 불안정해진다는 문제점이 있다.
특히, 공조장치(10)와 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 동시에 작동되고 있는 상태에서, 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 오프(OFF)되는 경우, 공조장치(10)의 공조부하가 급격하게 하강하는데, 이러한 공조부하의 급격한 하강으로 인해, 공조장치(10)의 냉방성능이 과도하게 증가된다는 단점이 있다.
그 결과, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)가 오프(OFF)되는 시점에서부터 차실내 토출공기온도가 급격하게 하강(C)한다는 문제점이 있다.
이로써, 차실내의 냉방효과가 현저하게 저하되어 차실내의 쾌적성이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 공조장치가 이미 온(ON)된 상태에서, 수냉식 냉각장치가 추가적으로 온(ON)될 시에 발생되는 급격한 공조부하 변화를 방지할 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 공조장치가 이미 온(ON)된 상태에서, 수냉식 냉각장치가 추가적으로 온(ON)될 시에 발생되는 급격한 공조부하 변화를 방지함으로써, 급격한 공조부하 변화로 인한 공조장치의 냉방성능 저하와, 그로 인한 차실내 토출공기의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 공조장치와 수냉식 냉각장치가 온(ON)된 상태에서 수냉식 냉각장치가 오프(OFF)될 시에, 작동 중인 나머지 공조장치에 발생되는 급격한 공조부하 변화를 방지할 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 공조장치와 수냉식 냉각장치가 온(ON)된 상태에서 수냉식 냉각장치가 오프(OFF)될 시에, 작동 중인 나머지 공조장치에 발생되는 급격한 공조부하 변화를 방지함으로써, 급격한 공조부하 변화로 인한 공조장치의 과도한 냉방성능과, 그로 인한 차실내 토출공기의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 급격한 공조부하 변화로 인한 공조장치의 냉방성능 저하와, 그로 인한 차실내 토출공기의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있도록 구성함으로써, 차실내의 쾌적성을 개선시킬 수 있는 자동차의 통합 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템은, 냉매를 이용하여 차실내를 냉방 또는 난방하는 공조장치와, 상기 공조장치의 냉매를 이용하여 특정 장치를 냉각시키는 수냉식 냉각장치를 포함하는 자동차의 통합 열관리 시스템에 있어서, 상기 공조장치에 대해 상기 수냉식 냉각장치를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에 발생되는 상기 공조장치의 급격한 공조부하 변화를 방지하는 공조부하 변화 방지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 공조장치는, 차실내를 냉방 또는 난방하는 제 1냉매라인과, 상기 제 1냉매라인에서 냉매를 일부 분기하는 제 2냉매라인과, 상기 제 2냉매라인에 설치되는 팽창밸브와 냉매-냉각수 열교환기와, 상기 냉매-냉각수 열교환기를 이용하여 냉매의 냉기를 특정 장치에 전달하는 냉각수순환라인 및, 상기 냉각수순환라인의 냉각수를 순환시키는 워터펌프를 포함하고; 상기 공조부하 변화 방지부는, 상기 공조장치에 대해 상기 수냉식 냉각장치를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에, 상기 팽창밸브와 상기 워터펌프의 작동시점을 차등적으로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부는, 상기 공조장치에 대해 상기 수냉식 냉각장치를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에, 상기 특정 장치의 온도와 상기 냉각수순환라인의 냉각수 온도에 따라 상기 팽창밸브와 워터펌프의 작동시점을 차등적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부는, 상기 공조장치에 대해 상기 수냉식 냉각장치를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에, 상기 공조장치의 압축기도 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 공조장치는, 차실내를 냉방 또는 난방하는 제 1냉매라인과, 상기 제 1냉매라인에서 냉매를 일부 분기하는 제 2냉매라인과, 상기 제 2냉매라인에 설치되는 팽창밸브와 냉매-냉각수 열교환기와, 상기 냉매-냉각수 열교환기를 이용하여 냉매의 냉기를 특정 장치에 전달하는 냉각수순환라인 및, 상기 냉각수순환라인의 냉각수를 순환시키는 워터펌프를 포함하고; 상기 제 1냉매라인의 압축기 온(ON),오프(OFF)에 따라 상기 팽창밸브와 상기 워터펌프의 작동순서를 다르게 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템에 의하면, 공조장치가 작동되고 있는 상태에서, 공조장치의 냉매를 이용하는 수냉식 배터리 냉각장치를 추가적으로 작동(ON)시켜야 할 경우, 공조장치의 냉매를 곧바로 이용하지 않고, 수냉식 배터리 냉각장치의 냉각수로 배터리를 먼저 냉각시킨 후, 시간차를 두고 공조장치의 냉매를 이용하여 배터리를 냉각시키는 구조이므로, 배터리의 냉각 시에, 공조장치의 냉매를 곧바로 이용하는 종래의 기술과는 달리, 배터리의 냉각 시에 발생되는 공조장치의 급격한 "공조부하 상승"을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배터리의 냉각 시에 발생되는 공조장치의 급격한 "공조부하 상승"을 방지할 수 있으므로, 급격한 공조부하 변화로 인한 공조장치의 냉방성능 저하와, 그로 인한 차실내 토출공기의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공조장치가 작동 중인 상태에서, 상기 공조장치의 냉매를 이용하는 수냉식 배터리 냉각장치를 오프(OFF)시켜야 할 경우, 상기 수냉식 배터리 냉각장치를 곧바로 오프(OFF)시키지 않고, 수냉식 배터리 냉각장치의 냉각수 순환을 먼저 정지시킨 다음, 시간차를 두고 수냉식 배터리 냉각장치를 오프(OFF)시키는 구조이므로, 배터리의 냉각이 필요없는 경우, 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 곧바로 오프(OFF)시키는 종래의 기술과는 달리, 배터리의 냉각을 오프(OFF)시킬 시에 발생되는 공조장치의 급격한 "공조부하 하강"을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배터리의 냉각을 오프(OFF)시킬 시에 발생되는 공조장치의 급격한 "공조부하 하강"을 방지할 수 있으므로, 급격한 공조부하 변화로 인한 공조장치의 과도한 냉방성능과, 그로 인한 차실내 토출공기의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 급격한 공조부하 변화로 인한 공조장치의 냉방성능 변화와, 그로 인한 차실내 토출공기의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있으므로, 차실내의 쾌적성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 자동차의 통합 열관리 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 종래의 자동차의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 그래프로서, 공조장치가 온(ON)되어 있는 상태에서 수냉식 배터리 냉각장치가 추가적으로 온(ON)될 시에, 공조장치의 압축기 회전속도(RPM) 변화와, 실내열교환기 온도변화와, 차실내 토출공기 온도변화를 나타내는 그래프,
도 3은 종래의 자동차의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 그래프로서, 공조장치와 수냉식 배터리 냉각장치가 온(ON)된 상태에서 수냉식 배터리 냉각장치가 오프(OFF)될 시에, 공조장치의 압축기 회전속도(RPM) 변화와, 실내열교환기 온도변화와, 차실내 토출공기 온도변화를 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 구성을 상세하게 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 그래프로서, 공조장치가 온(ON)되어 있는 상태에서 수냉식 배터리 냉각장치가 추가적으로 온(ON)될 시에, 공조장치의 압축기 회전속도(RPM) 변화와, 실내열교환기 온도변화와, 차실내 토출공기 온도변화를 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 그래프로서, 공조장치와 수냉식 배터리 냉각장치가 온(ON)된 상태에서 수냉식 배터리 냉각장치가 오프(OFF)될 시에, 공조장치의 압축기 회전속도(RPM) 변화와, 실내열교환기 온도변화와, 차실내 토출공기 온도변화를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 플로우챠트로서, 차실내의 냉방 시에, 공조장치가 온(ON)되어 있는 상태에서 수냉식 배터리 냉각장치가 추가적으로 온(ON)될 때의 작동예를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 플로우챠트로서, 차실내의 냉방 시에, 공조장치와 수냉식 배터리 냉각장치가 온(ON)된 상태에서 수냉식 배터리 냉각장치가 오프(OFF)될 시의 작동예를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 플로우챠트로서, 차실내의 냉방이 필요없거나 또는 차실내의 "난방모드" 시에, 공조장치가 오프(OFF)된 상태에서 배터리의 냉각이 필요하여 수냉식 배터리 냉각장치를 온(ON)시켜야 될 때의 작동예를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 플로우챠트로서, 차실내의 냉방이 필요없거나 또는 차실내의 "난방모드" 시에, 공조장치와 수냉식 배터리 냉각장치가 온(ON)된 상태에서 수냉식 배터리 냉각장치가 오프(OFF)될 때의 작동예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
[제 1실시예]
먼저, 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 4를 참조하여 자동차의 통합 열관리 시스템에 대해 간략하게 살펴본다.
자동차의 통합 열관리 시스템은, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)를 구비한다.
공조장치(10)는, 히트펌프식으로서, 제 1냉매라인(12)을 구비하며, 상기 제 1냉매라인(12)은, 압축기(14)와 수냉식 열교환기(15)와 히트펌프모드용 팽창밸브(16)와 실외열교환기(17)와 에어컨모드용 팽창밸브(18)와 실내열교환기(19)를 갖추고 있다.
이러한 제 1냉매라인(12)은, 차실내의 "냉방" 시에는, "에어컨 모드"로 제어되면서, 히트펌프모드용 팽창밸브(16)를 개방시킨다.
따라서, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(16)를 거치지 않으면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 실내열교환기(19)에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 통해 차실내를 냉방한다.
그리고 차실내의 "난방" 시에는, "히트펌프 모드"로 제어되면서, 히트펌프모드용 팽창밸브(16)를 7온(ON)시킨다.
따라서, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(16)를 통과하면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 수냉식 열교환기(15)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 히터코어측 냉각수순환라인(30)에 전달한다. 이로써, 히터코어측 냉각수순환라인(30)으로 전달된 고온의 "열"이 히터코어(32)를 통해 차실내로 방출되면서 차실내를 난방한다.
그리고 자동차의 통합 열관리 시스템은, 배터리(B)를 냉각시키기 위한 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 구비한다.
배터리 냉각장치(20)는, 제 1냉매라인(12)의 냉매 일부를 분기할 수 있는 제 2냉매라인(22)과, 제 2냉매라인(22)의 냉매를 팽창,감압시키는 배터리냉각용 팽창밸브(24)와, 감압,팽창된 냉매를 도입하여 냉기를 발생시키는 냉매-냉각수 열교환기(26)와, 냉매-냉각수 열교환기(26)에서 발생된 냉기를 배터리(B)에 전달하는 냉각수순환라인(25)을 포함한다.
특히, 냉각수순환라인(25)은, 워터펌프(27)를 갖추고 있는 것으로, 냉매-냉각수 열교환기(26)와 배터리(B) 사이에서 냉각수를 순환시킨다. 따라서, 냉매-냉각수 열교환기(26)에서 발생된 냉기를 배터리(B)에 전달하여 냉각시킨다.
이러한 배터리 냉각장치(20)는, 차실내의 "냉방" 시에, 제 2냉매라인(22)을 통해 공조장치(10)의 냉매 일부를 분기하고, 분기된 냉매를 배터리냉각용 팽창밸브(24)로 팽창,감압시킨 다음, 감압,팽창된 저온의 냉매와 냉각수순환라인(25)의 냉각수를 냉매-냉각수 열교환기(26)에서 열교환시켜 냉각수를 냉각시킨다. 그리고 냉각된 냉각수를 냉각수순환라인(25)과 워터펌프(27)를 통해 배터리(B)로 순환시킴으로써, 상기 배터리(B)를 냉각시킨다.
여기서, 배터리냉각용 팽창밸브(24)는, 냉매의 온도에 따라 개도량이 자동제어되는 기계식 밸브로서, 외부제어식 셧오프 밸브(Shut Off Valve)(24a)를 일체로 갖추고 있다.
외부제어식 셧오프 밸브(24a)는, 외부의 제어신호에 따라 온(ON) 또는 오프(OFF)되면서, 배터리냉각용 팽창밸브(24)로의 냉매도입을 차단하거나 또는 허용한다.
따라서, 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킨다. 이로써, 냉매-냉각수 열교환기(26)의 냉기발생을 온(ON) 또는 오프(OFF)시켜, 배터리(66)의 냉각을 시행 또는 정지시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 자동차의 통합 열관리 시스템의 특징부를 도 4 내지 도 10을 참조하여 상세하게 살펴본다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 통합 열관리 시스템은, 공조장치(10)에 대해 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에 발생되는 상기 공조장치(10)의 급격한 공조부하 변화를 방지하는 공조부하 변화 방지부(40)를 포함한다.
공조부하 변화 방지부(40)는, 배터리(B)의 온도를 감지하는 배터리 온도감지부(42)와, 냉각수순환라인(25)의 냉각수온도를 감지하는 냉각수 온도감지부(44)를 구비한다.
배터리 온도감지부(42)는, 배터리(B)에 설치되는 온도센서로서, 상기 배터리(B)의 온도를 감지한 다음, 감지된 "배터리 온도 데이터"를 후술하는 제어부(46)에 입력시킨다.
냉각수 온도감지부(44)는, 냉각수순환라인(25) 중, 배터리(B)의 출구측에 설치되는 온도센서로서, 상기 냉각수순환라인(25)을 따라 이송하는 냉각수의 온도를 감지한 다음, 감지된 "냉각수 온도 데이터"를 후술하는 제어부(46)에 입력시킨다.
그리고 공조부하 변화 방지부(40)는, 공조장치(10)가 "에어컨 모드"로 작동(ON) 중인 상태에서, 배터리 냉각장치(20)를 추가적으로 온(ON)시켜야 할 경우, 배터리 온도감지부(42)와 냉각수 온도감지부(44)에서 입력된 "온도 데이터"에 따라 배터리 냉각장치(20)와 공조장치(10)를 제어하는 제어부(46)를 구비한다.
제어부(46)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, 차실내의 "냉방모드" 시에, 공조장치(10)가 "에어컨 모드"로 제어되고, 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 오프(OFF)되어 있는 상태에서, 배터리 온도감지부(42)와 냉각수 온도감지부(44)로부터 입력된 "배터리 온도"와 "냉각수 온도"를 미리 내장된 온도들과 비교한다.
특히, 배터리 온도감지부(42)에서 입력된 "배터리 온도"가, 미리 설정된 "제 1배터리 기준온도(T1)" 이상인지를 판단한다.
판단 결과, "제 1배터리 기준온도(T1)" 이상이면, 제어부(46)는, 배터리(B)의 온도가 어느 정도 상승되어 냉각시킬 필요가 있다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 제어부(46)는, "1차 냉각모드"로 진입하면서 냉각수순환라인(25)의 워터펌프(27)를 온(ON)시킨다.
따라서, 냉각수순환라인(25)의 냉각수가 순환되면서 배터리(B)를 1차로 냉각시킬 수 있게 한다. 이때, 제어부(46)는, 워터펌프(27)의 회전수를 최대(MAX)로 제어한다. 이로써, 배터리(B)로의 냉각수 순환량을 최대한 증가시켜 배터리(B)의 냉각효율을 높인다.
그리고, 제어부(46)는, 워터펌프(27)를 작동시킨 상태에서, 배터리 온도감지부(42)에서 입력된 "배터리 온도"와, 냉각수 온도감지부(44)에서 입력된 "냉각수 온도"를 지속적으로 모니터링 한다.
이때, 배터리 온도감지부(42)에서 입력된 "배터리 온도"가 상기 "제 1배터리 기준온도(T1)"보다 높은 "제 2배터리 기준온도(T2)" 이상으로 상승하고, 냉각수 온도감지부(44)에서 입력된 "냉각수 온도"가, 미리 설정된 "제 1냉각수 기준온도(T3)" 이상인 조건이면, 상기 제어부(46)는, 배터리(B)의 온도가 계속해서 상승되어 과열될 우려가 있고, 따라서, 배터리(B)를 보다 적극적으로 냉각시킬 필요가 있다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 제어부(46)는, "2차 냉각모드"로 진입하면서 냉각수순환라인(25)의 워터펌프(27)는 오프(OFF)시키고, 공조장치(10)의 압축기(14) 회전속도는 증가시키며, 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)는 개방시킨다.
따라서, 공조장치(10)의 냉매 유동량이 증가되고, 증가된 냉매가 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)로 분기되면서 감압,팽창될 수 있게 하며, 냉매의 감압,팽창 작용에 의해 냉매-냉각수 열교환기(26)가 작동되면서 배터리(B)를 2차로 냉각할 수 있게 한다.
여기서, "2차 냉각모드" 시에, 제어부(46)가 워터펌프(27)를 오프(OFF)시키는 이유는, 워터펌프(27)를 온(ON)시킬 시에, 냉매-냉각수 열교환기(26)측에서의 열교환작용이 과도하게 발생하여, 공조장치(10)의 냉방부하가 급격하게 상승될 우려가 있기 때문이다.
따라서, "2차 냉각모드" 시에, 워터펌프(27)를 오프(OFF)시킴으로써, 냉매-냉각수 열교환기(26)측에서의 과도한 열교환작용을 막고, 이를 통해, 공조장치(10)의 급격한 냉방부하 상승을 방지하며, 그 결과, 공조장치(10)의 급격한 냉방부하 상승으로 인한 차실내 토출공기의 급격한 온도변화를 방지할 수 있게 된다.
그리고 "2차 냉각모드" 진입 시에, 상기 제어부(46)는, 워터펌프(27)를 오프(OFF)시키고, 공조장치(10)의 압축기(14) 회전속도를 증가시키며, 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 개방하되, 이들의 작동이 미리 설정된 시간차를 두고 순차적으로 이루어질 수 있게 구성된다.
이렇게 구성한 이유는, 상기한 바와 마찬가지로, 냉매-냉각수 열교환기(26)측에서의 과도한 열교환작용을 막아, 공조장치(10)의 급격한 냉방부하 상승을 방지하기 위함이며, 이로써, 공조장치(10)의 급격한 냉방부하 상승으로 인한 차실내 토출공기의 급격한 온도변화를 방지하기 위함이다.
한편, 제어부(46)는, "2차 냉각모드"로 진입하여, 워터펌프(27)를 오프(OFF)시키고, 공조장치(10)의 압축기(14) 회전속도를 증가시키며, 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 개방한 상태에서, 미리 설정된 시간이 경과되면, 예를 들어, "30초"가 경과되면, 워터펌프(27)를 온(ON)시킨다.
따라서, 냉각수순환라인(25)의 냉각수가 순환되면서 배터리(B)를 냉각시킬 수 있게 한다.
이때, 제어부(46)는, 워터펌프(27)의 회전수를 최소(MIN)로 제어한다. 이로써, 배터리(B)로의 냉각수 순환량을 최소한으로 제한하여 냉매-냉각수 열교환기(26)측에서의 과도한 열교환작용을 막고, 그 결과, 공조장치(10)의 급격한 냉방부하 상승을 방지한다.
한편, 제어부(46)는, 워터펌프(27)의 회전수를 최소(MIN)로 제어한 상태에서, 배터리(B)의 온도가 상승되면, 상승 온도에 비례하여 워터펌프(27)의 회전수를 선형적(線形的)으로 제어하도록 구성된다.
따라서, 배터리(B)의 온도가 상승될수록, 이에 비례하여 배터리(B)로의 냉각수 순환량을 증가시킨다. 이로써, 배터리(B)의 온도가 상승될수록 배터리(B)의 냉각효율을 높여 배터리(B)의 과열을 방지한다.
이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 공조장치(10)가 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서, 배터리(B)의 냉각이 필요할 경우, 공조장치(10)의 냉매를 곧바로 이용하지 않고, 수냉식 배터리 냉각장치(20)의 냉각수로 배터리(B)를 먼저 냉각시킨 후, 시간차를 두고 공조장치(10)의 냉매를 이용하여 배터리(B)를 냉각시키는 구조이다.
따라서, 배터리(B)의 냉각 시에, 공조장치(10)의 냉매를 곧바로 이용하는 종래의 기술과는 달리, 배터리(B)의 냉각 시에 발생되는 공조장치(10)의 급격한 "공조부하 상승"을 방지할 수 있다.
이로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)가 온(ON)되더라도, 차실내 토출공기온도는 급격하게 상승되지 않고(D), 공조장치(10)의 압축기(14) 회전속도도 급격하게 증가하지 않는다(E). 그 결과, 차실내의 쾌적성이 개선되고, 차량의 연비가 향상된다.
다시, 도 4를 참조하면, 상기 제어부(46)는, 공조장치(10)가 "에어컨 모드"로 작동 중이고, 수냉식 배터리 냉각장치(20)도 작동 중인 상태에서, 배터리(B)의 냉각이 필요없어 배터리 냉각장치(20)를 오프(OFF)시켜야 할 경우가 있다.
이러한 경우에도, 상기 제어부(46)는, 배터리 온도감지부(42)와 냉각수 온도감지부(44)에서 입력된 "온도 데이터"에 따라 배터리 냉각장치(20)와 공조장치(10)를 제어한다.
이를 상세하게 설명하면, 상기 제어부(46)는, 차실내의 "냉방모드" 시에, 공조장치(10)가 "에어컨 모드"로 작동 중이고, 수냉식 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)가 개방된 상태에서, 배터리 온도감지부(42)와 냉각수 온도감지부(44)로부터 입력된 "배터리 온도"와 "냉각수 온도"를 미리 내장된 온도들과 비교한다.
특히, 배터리 온도감지부(42)에서 입력된 "배터리 온도"가, 상기 "제 1배터리 기준온도(T1)"보다 낮은 "제 3배터리 기준온도(T4) 이하이거나, 또는 냉각수 온도감지부(44)에서 입력된 "냉각수 온도"가, 상기 "제 1냉각수 기준온도(T3)"보다 낮은 "제 2냉각수 기준온도(T5)" 이하인지를 판단한다.
판단 결과, "제 3배터리 기준온도(T4) 이하이거나, 또는 "제 2냉각수 기준온도(T5)" 이하이면, 제어부(46)는, 배터리(B)의 온도가 낮아져서 상기 배터리(B)의 냉각이 필요없다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 제어부(46)는, "1차 해제모드"로 진입하면서 냉각수순환라인(25)의 워터펌프(27)를 오프(OFF)시킨다.
따라서, 배터리(B)측으로의 냉각수 순환을 중지시킨다. 이로써, 배터리(B)의 냉각을 1차적으로 중지시킨다.
한편, 제어부(46)는, 워터펌프(27)를 오프(OFF)시킨 상태에서, 미리 설정된 시간이 경과하면, 예를 들면, 10초가 경과하면, "2차 해제모드"로 진입하면서 공조장치(10)의 압축기(14) 회전속도를 감소시키고, 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 닫는다.
따라서, 공조장치(10)의 냉매 유동량은 감소되고, 배터리 냉각장치(20)는 완전히 오프(OFF)된다. 이로써, 배터리(B)의 냉각은 완전히 정지된다.
한편, "2차 해제모드" 진입 시에, 상기 제어부(46)는, 압축기(14)의 회전속도를 감소시키고, 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 닫되, 이들의 작동이 미리 설정된 시간차를 두고 순차적으로 이루어질 수 있게 한다.
이렇게 구성한 이유는, 냉매-냉각수 열교환기(26)측에서의 열교환작용 최소화시켜, 공조장치(10)의 급격한 공조부하 하강을 방지하기 위함이며, 이로써, 공조장치(10)의 급격한 공조부하 하강으로 인한 차실내 토출공기의 급격한 온도변화를 방지하기 위함이다.
이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 공조장치(10)가 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서, 배터리(B)의 냉각이 필요없는 경우, 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 곧바로 오프(OFF)시키지 않고, 배터리(B)측으로의 냉각수 순환을 먼저 정지시킨 다음, 시간차를 두고 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 오프(OFF)시키는 구조이다.
따라서, 배터리(B)의 냉각이 필요없는 경우, 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 곧바로 오프(OFF)시키는 종래 기술과 달리, 배터리(B)의 냉각을 오프(OFF)시킬 시에 발생되는 공조장치(10)의 급격한 "공조부하 하강"을 방지할 수 있다.
이로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)가 오프(OFF)되더라도, 차실내 토출공기온도는 급격하게 하강하지 않는다(F). 그 결과, 차실내의 쾌적성이 개선된다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 제 1실시예의 작동예를 도 4와 도 7과 도 8을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 7을 참조하여, 공조장치(10)가 "에어컨 모드"로 작동(ON) 중인 상태에서, 배터리 냉각장치(20)가 추가적으로 작동(ON)될 때의 작동예를 설명한다.
이에 따르면, 공조장치(10)가 "에어컨 모드"로 제어되고, 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 오프(OFF)되어 있는 상태에서(S101), 배터리(B)의 온도가, 미리 설정된 "제 1배터리 기준온도(T1)" 이상인지를 판단한다(S103).
판단 결과, "제 1배터리 기준온도(T1)" 이상이면, 제어부(46)는, 배터리(B)의 온도가 어느 정도 상승되어 냉각시킬 필요가 있다고 인식하고, 이러한 인식에 따라 제어부(46)는, "1차 냉각모드"로 진입하면서 배터리 냉각장치(20)의 워터펌프(27)를 온(ON)시킨다(S105).
그러면, 냉각수순환라인(25)의 냉각수가 순환되면서 배터리(B)를 1차로 냉각한다. 이때, 제어부(46)는, 워터펌프(27)의 회전수를 최대(MAX)로 제어한다.
한편, 워터펌프(27)를 작동시킨 상태에서, 배터리(B)의 온도가 "제 1배터리 기준온도(T1)"보다 높은 "제 2배터리 기준온도(T2)" 이상으로 상승하고, 냉각수순환라인(25)의 "냉각수 온도"가, 미리 설정된 "제 1냉각수 기준온도(T3)" 이상인 조건이 모두 만족되는 지를 다시 판단한다(S107).
판단 결과, "제 2배터리 기준온도(T2)" 이상인 조건과, "제 1냉각수 기준온도(T3)" 이상인 조건이 모두 만족되면, 제어부(46)는, 배터리(B)의 온도가 계속해서 상승하여 배터리(B)를 보다 적극적으로 냉각시킬 필요가 있다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 제어부(46)는, "2차 냉각모드"로 진입하면서 냉각수순환라인(25)의 워터펌프(27)는 오프(OFF)시키고(S109), 공조장치(10)의 압축기(14) 회전속도는 증가시키며(S111), 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)는 개방시킨다(S113).
그러면, 공조장치(10)의 냉매 유동량이 증가되고, 증가된 냉매가 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)로 분기되면서 감압,팽창되며, 냉매의 감압,팽창 작용에 의해 냉매-냉각수 열교환기(26)가 작동되면서 배터리(B)를 2차로 냉각한다.
한편, 제어부(46)는, "2차 냉각모드"로 진입한 후, 미리 설정된 시간이 경과되면, 워터펌프(27)를 온(ON)시킨다(S115).
그러면, 냉각수순환라인(25)의 냉각수가 순환되면서 배터리(B)를 효율좋게 냉각시킨다. 이때, 제어부(46)는, 워터펌프(27)의 회전수를 최소(MIN)로 제어한다.
한편, 제어부(46)는, 워터펌프(27)의 회전수를 최소(MIN)로 제어한 상태에서, 배터리(B)의 온도가 상승되면, 상승 온도에 비례하여 워터펌프(27)의 회전수를 선형적으로 가변 제어한다(S117).
그러면, 배터리(B)의 온도가 상승될수록, 이에 비례하여 배터리(B)로의 냉각수 순환량이 증가되면서 배터리(B)의 냉각효율을 높인다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 공조장치(10)가 "에어컨 모드"로 작동(ON) 중이고, 배터리 냉각장치(20)도 작동(ON) 중인 상태에서, 배터리 냉각장치(20)가 오프(OFF)될 때의 작동예를 설명한다.
먼저, 공조장치(10)가 "에어컨 모드"로 제어되고, 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 온(ON)되어 있는 상태에서(S201), 배터리(B)의 온도"가, 상기 "제 1배터리 기준온도(T1)"보다 낮은 "제 3배터리 기준온도(T4) 이하이거나, 또는 냉각수순환라인(25)의 냉각수 온도가, 상기 "제 1냉각수 기준온도(T3)"보다 낮은 "제 2냉각수 기준온도(T5)" 이하인지를 판단한다(S203).
판단 결과, "제 3배터리 기준온도(T4) 이하이거나, 또는 "제 2냉각수 기준온도(T5)" 이하이면, 제어부(46)는, 배터리(B)의 온도가 낮아져서 상기 배터리(B)의 냉각이 필요없다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 제어부(46)는, "1차 해제모드"로 진입하면서 냉각수순환라인(25)의 워터펌프(27)를 오프(OFF)시킨다(S205).
그러면, 배터리(B)측으로의 냉각수 순환이 중지되면서 배터리(B)의 냉각이 1차적으로 중지된다.
한편, 제어부(46)는, 워터펌프(27)를 오프(OFF)시킨 상태에서, 미리 설정된 시간이 경과된 후, "2차 해제모드"로 진입하면서 공조장치(10)의 압축기(14) 회전속도를 감소시키고, 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 닫는다(S207).
그러면, 공조장치(10)의 냉매 유동량은 감소되고, 배터리 냉각장치(20)는 완전히 오프(OFF)되며, 그 결과, 배터리(B)의 냉각은 완전히 정지된다(S209).
[제 2실시예]
다시, 도 4를 참조하면, 상기 제어부(46)는, 공조장치(10)가 오프(OFF)된 상태에서, 배터리(B)의 냉각이 필요하여 상기 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 온(ON)시켜야 하는 경우가 있다.
이러한 경우에도, 상기 제어부(46)는, 배터리 온도감지부(42)와 냉각수 온도감지부(44)에서 입력된 "온도 데이터"에 따라 배터리 냉각장치(20)와 공조장치(10)를 제어한다.
이를 상세하게 설명하면, 차실내의 냉방이 필요없거나, 또는 차실내의 "난방모드" 시에, 공조장치(10)가 오프(OFF)되어 있는데, 이때, 배터리(B)의 냉각이 필요하여 배터리 냉각장치(20)를 온(ON)시켜야 할 경우가 있다.
이러한 경우, 제어부(46)는, 배터리 온도감지부(42)와 냉각수 온도감지부(44)로부터 입력된 "배터리 온도"와 "냉각수 온도"를 미리 내장된 온도들과 비교한다.
특히, 배터리 온도감지부(42)에서 입력된 "배터리 온도"가, 상기 "제 2배터리 기준온도(T2)" 이상이고, 냉각수 온도감지부(44)에서 입력된 "냉각수 온도"가, 상기 "제 1냉각수 기준온도(T3)" 이상인지를 비교 판단한다.
판단 결과, "제 2배터리 기준온도(T2)" 이상이고, "제 1냉각수 기준온도(T3)" 이상이면, 제어부(46)는, 배터리(B)의 온도가 상승되어 냉각시킬 필요가 있다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 제어부(46)는, "냉각모드"로 진입하면서 수냉식 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 개방시킨다.
따라서, 공조장치(10)측의 냉매가 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)로 분기되면서 감압,팽창될 수 있게 하며, 이러한 냉매의 감압,팽창 작용에 의해 냉매-냉각수 열교환기(26)가 작동될 수 있게 한다.
여기서, 공조장치(10)가 오프(OFF)된 상태에서도 상기 공조장치(10)측 냉매는 일정한 압력을 가지고 있다. 따라서, 공조장치(10)가 오프(OFF)된 상태라 하더라도, 공조장치(10)측의 냉매는 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)로 분기되면서 감압,팽창될 수 있다.
한편, 배터리냉각용 팽창밸브(24)의 개방 후, 상기 제어부(46)는, 미리 설정된 시간차를 두고 워터펌프(27)를 온(ON)시키고, 이후, 공조장치(10)의 압축기(14)를 순차적으로 작동(ON)시킨다.
따라서, 냉각수순환라인(25)의 냉각수가 순환되면서 배터리(B)를 1차로 냉각시킬 수 있게 하고, 아울러, 공조장치(10)의 냉매가 일정한 압력을 가지면서 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)로 분기될 수 있게 한다.
이로써, 냉매-냉각수 열교환기(26)에서 저온의 냉기가 발생될 수 있게 하고, 발생된 저온의 냉기가 냉각수순환라인(25)의 냉각수로 전달되면서 배터리(B)로 순환될 수 있게 하며, 이러한 냉각수의 순환을 통해 배터리(B)가 냉각될 수 있게 한다.
여기서, 제어부(46)는, 워터펌프(27)를 온(ON)시킬 시에, 최소(MIN) 회전수로 제어한다. 또한, 공조장치(10)의 압축기(14)를 작동시킬 시에, 미리 설정된 "목표회전수"로 제어한다.
이렇게 구성한 이유는, 배터리(B)로의 냉각수 순환량을 최소한으로 제한하고, 압축기(14)의 과도한 회전을 방지하기 위함이며, 이로써, 냉매-냉각수 열교환기(26)측에서의 과도한 열교환작용을 막아 공조장치(10)의 급격한 냉방부하 상승을 방지하고, 불필요한 에너지 소모를 방지하기 위함이다.
한편, 제어부(46)는, 워터펌프(27)의 회전수를 최소(MIN)로 제어한 상태에서, 배터리(B)의 온도가 상승되면, 상승 온도에 비례하여 워터펌프(27)의 회전수를 선형적으로 제어하도록 구성된다.
따라서, 배터리(B)의 온도가 상승될수록, 이에 비례하여 배터리(B)로의 냉각수 순환량을 증가시킨다. 이로써, 배터리(B)의 온도가 상승될수록 배터리(B)의 냉각효율을 높여 배터리(B)의 과열을 방지한다.
다시, 도 4를 참조하면, 상기 제어부(46)는, 상기 공조장치(10)가 차실내 냉방과 무관하게 작동(ON) 중이고, 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 상기 공조장치(10)의 냉매로 배터리(B)를 냉각 중인 상태에서, 배터리(B)의 냉각이 필요없어 배터리 냉각장치(20)를 오프(OFF)시켜야 할 경우가 있다.
이러한 경우에도, 상기 제어부(46)는, 배터리 온도감지부(42)와 냉각수 온도감지부(44)에서 입력된 "온도 데이터"에 따라 배터리 냉각장치(20)와 공조장치(10)를 제어한다.
이를 상세하게 설명하면, 상기 제어부(46)는, 공조장치(10)가 작동 중이고, 수냉식 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)가 개방된 상태에서, 배터리 온도감지부(42)와 냉각수 온도감지부(44)로부터 입력된 "배터리 온도"와 "냉각수 온도"를 미리 내장된 온도들과 비교한다.
특히, 배터리 온도감지부(42)에서 입력된 "배터리 온도"가, 상기 "제 3배터리 기준온도(T4) 이하이거나, 또는 냉각수 온도감지부(44)에서 입력된 "냉각수 온도"가, 상기 "제 2냉각수 기준온도(T5)" 이하인지를 판단한다.
판단 결과, "제 3배터리 기준온도(T4) 이하이거나, 또는 "제 2냉각수 기준온도(T5)" 이하이면, 제어부(46)는, 배터리(B)의 온도가 낮아져서 상기 배터리(B)의 냉각이 더 이상 필요없다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 제어부(46)는, "1차 해제모드"로 진입하면서 냉각수순환라인(25)의 워터펌프(27)를 오프(OFF)시킨다.
따라서, 배터리(B)측으로의 냉각수 순환을 중지시킨다. 이로써, 배터리(B)의 냉각을 1차적으로 중지시킨다.
한편, 제어부(46)는, 워터펌프(27)를 오프(OFF)시킨 상태에서, 미리 설정된 시간이 경과하면, 예를 들면, 10초가 경과하면, "2차 해제모드"로 진입하면서 공조장치(10)의 압축기(14)를 오프(OFF)시키고, 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 닫는다.
따라서, 공조장치(10)가 오프(OFF)되고, 배터리 냉각장치(20)도 완전히 오프(OFF)된다. 이로써, 배터리(B)의 냉각은 완전히 정지된다.
한편, "2차 해제모드" 진입 시에, 상기 제어부(46)는, 압축기(14)를 오프(OFF)시키고, 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 닫되, 이들의 작동이 미리 설정된 시간차를 두고 순차적으로 이루어질 수 있게 구성된다.
이렇게 구성한 이유는, 냉매-냉각수 열교환기(26)측에서의 열교환작용 최소화시켜, 공조장치(10)의 급격한 공조부하 하강을 방지하기 위함이다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 제 2실시예의 작동예를 도 4와 도 9와 도 10을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 9를 참조하여, 공조장치(10)가 오프(OFF)된 상태에서, 배터리(B)의 냉각이 필요하여 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 온(ON)시켜야 될 때의 작동예를 설명한다.
이에 따르면, 공조장치(10)가 오프(OFF)된 상태에서(S301), 배터리(B)의 온도가 상기 "제 2배터리 기준온도(T2)" 이상이고, 냉각수순환라인(25)의 "냉각수 온도"가, 상기 "제 1냉각수 기준온도(T3)" 이상인 조건이 모두 만족되는 지를 판단한다(S303).
판단 결과, "제 2배터리 기준온도(T2)" 이상인 조건과, "제 1냉각수 기준온도(T3)" 이상인 조건이 모두 만족되면, 제어부(46)는, 배터리(B)의 온도가 높아서 배터리(B)를 냉각시킬 필요가 있다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 제어부(46)는, "냉각모드"로 진입하면서 수냉식 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 개방시킨다(S305).
그러면, 공조장치(10)측의 냉매가 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)로 분기되면서 감압,팽창되며, 이러한 냉매의 감압,팽창 작용에 의해 냉매-냉각수 열교환기(26)가 작동된다.
한편, 배터리냉각용 팽창밸브(24)의 개방 후, 제어부(46)는, 미리 설정된 시간차를 두고 배터리 냉각장치(20)의 워터펌프(27)를 온(ON)시키고(S307), 이후, 공조장치(10)의 압축기(14)를 순차적으로 작동(ON)시킨다(S309).
그러면, 냉각수순환라인(25)의 냉각수가 순환되면서 배터리(B)를 1차로 냉각시키고, 아울러, 공조장치(10)의 냉매가 일정한 압력을 가지면서 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)로 분기되어 냉매-냉각수 열교환기(26)를 작동시킨다.
그 결과, 냉매-냉각수 열교환기(26)측에서 저온의 냉기가 발생되고, 발생된 저온의 냉기가 냉각수순환라인(25)의 냉각수로 전달되면서 배터리(B)를 냉각시킨다.
한편, 제어부(46)는, 워터펌프(27)를 온(ON)시킨 상태에서, 배터리(B)의 온도가 상승되면, 상승 온도에 비례하여 워터펌프(27)의 회전수를 선형적으로 가변 제어한다(S311).
그러면, 배터리(B)의 온도가 상승될수록, 이에 비례하여 배터리(B)로의 냉각수 순환량이 증가되면서 배터리(B)의 냉각효율을 높인다.
다음으로, 도 10을 참조하여, 공조장치(10)가 차실내 냉방과 무관하게 온(ON)되어 있고, 온(ON)된 공조장치(10)의 냉매로 배터리(B)를 냉각 중인 상태에서, 배터리(B)의 냉각이 필요없어 배터리 냉각장치(20)를 오프(OFF)시켜야 될 때의 작동예를 설명한다.
먼저, 공조장치(10)가 온(ON)되어 있고, 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 온(ON)되어 있는 상태에서(S401), 배터리(B)의 온도"가, 상기 "제 3배터리 기준온도(T4) 이하이거나, 또는 냉각수순환라인(25)의 냉각수 온도가, 상기 "제 2냉각수 기준온도(T5)" 이하인지를 판단한다(S403).
판단 결과, "제 3배터리 기준온도(T4) 이하이거나, 또는 "제 2냉각수 기준온도(T5)" 이하이면, 제어부(46)는, 배터리(B)의 온도가 낮아져서 상기 배터리(B)의 냉각이 필요없다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 제어부(46)는, "1차 해제모드"로 진입하면서 냉각수순환라인(25)의 워터펌프(27)를 오프(OFF)시킨다(S405).
그러면, 배터리(B)측으로의 냉각수 순환이 중지되면서 배터리(B)의 냉각이 1차적으로 중지된다.
한편, 제어부(46)는, 워터펌프(27)를 오프(OFF)시킨 상태에서, 미리 설정된 시간이 경과된 후, "2차 해제모드"로 진입하면서 공조장치(10)의 압축기(14)를 오프(OFF)시키고, 배터리 냉각장치(20)의 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 닫는다(S407).
그러면, 공조장치(10)는 오프(OFF)되고, 배터리 냉각장치(20)도 완전히 오프(OFF)되며, 그 결과, 배터리(B)의 냉각은 완전히 정지된다(S409).
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
예를 들면, 본 발명에서는, 히트펌프식 공조장치를 일례로하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 공조장치의 냉매가 분기되어 복수개의 증발기가 작동되는 경우에도 적용할 수도 있다.
즉, 공조장치의 냉매를 사용하는 증발기가 복수개일 경우, 복수개의 증발기 중, 적어도 어느 하나의 증발기가 온 또는 오프될 시에, 나머지 증발기의 급격한 공조부하 변화를 방지하기 위해서, 각 증발기측의 팽창밸브를 작동시점과 순서 등을 차등적으로 제어할 수도 있다.
또한, 본 발명에서는, 특정 장치의 온도와 냉각수순환라인(25)의 냉각수 온도에 따라 팽창밸브(24)와 워터펌프(27)의 작동시점을 차등적으로 제어하는 것으로 주로 설명되어 있지만, 상세한 설명에 기재된 바와 같이, 제 1냉매라인(12)의 압축기(14) 온(ON),오프(OFF)에 따라 팽창밸브(24)와 워터펌프(27)의 작동순서를 다르게 제어할 수도 있다.
특히, 제어부(46)는, 압축기(14)가 온(ON)되어 있는 상태에서, 제 2냉매라인(22)으로 냉매가 분기하는 경우, 냉각수순환라인(25)의 워터펌프(27)를 먼저 구동시킨 후, 팽창밸브(24)를 구동시킬 수도 있다.
또한, 팽창밸브(24)를 구동하기 전에 워터펌프(27)를 오프(OFF)시킬 수도 있으며, 상기 워터펌프(27)의 온(ON),오프(OFF)가, 특정 장치의 온도에 따라 제어되게 할 수도 있다.
또한, 제어부(46)는, 압축기(14)가 오프(OFF)되어 있는 상태에서, 제 2냉매라인(22)으로 냉매가 분기하는 경우, 팽창밸브(24)를 먼저 구동시킨 후, 워터펌프(27)를 구동시킬 수도 있다.
이러한 구성은 상기 제 1 및 제 2실시예의 내용에 기재되어 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
10: 공조장치 12: 제 1냉매라인(Line)
14: 압축기 15: 수냉식 열교환기
16: 히트펌프모드용 팽창밸브(Valve)
17: 실외열교환기 18: 에어컨모드용 팽창밸브
19: 실내열교환기 20: 수냉식 배터리 냉각장치
22: 제 2냉매라인 24: 배터리냉각용 팽창밸브
24a: 셧오프 밸브(Shut Off Valve) 25: 냉각수순환라인
26: 냉매-냉각수 열교환기 27: 워터펌프(Water Pump)
30: 히터코어측 냉각수순환라인 32: 히터코어(Heater Core)
40: 공조부하 변화 방지부 42: 배터리 온도감지부
44: 냉각수 온도감지부 46: 제어부
B: 배터리(Battery)

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  7. 냉매를 이용하여 차실내를 냉방 또는 난방하는 공조장치(10)와, 상기 공조장치(10)의 냉매를 이용하여 특정 장치를 냉각시키는 수냉식 냉각장치(20)를 포함하는 자동차의 통합 열관리 시스템에 있어서,
    상기 공조장치(10)에 대해 상기 수냉식 냉각장치(20)를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에 발생되는 상기 공조장치(10)의 급격한 공조부하 변화를 방지하는 공조부하 변화 방지부(40)를 포함하고;
    상기 공조장치(10)는, 차실내를 냉방 또는 난방하는 제 1냉매라인(12)과, 상기 제 1냉매라인(12)에서 냉매를 일부 분기하는 제 2냉매라인(22)과, 상기 제 2냉매라인(22)에 설치되는 팽창밸브(24)와 냉매-냉각수 열교환기(26)와, 상기 냉매-냉각수 열교환기(26)를 이용하여 냉매의 냉기를 특정 장치에 전달하는 냉각수순환라인(25) 및, 상기 냉각수순환라인(25)의 냉각수를 순환시키는 워터펌프(27)를 포함하고;
    상기 공조부하 변화 방지부(40)는,
    상기 공조장치(10)에 대해 상기 수냉식 냉각장치(20)를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에, 상기 팽창밸브(24)와 상기 워터펌프(27)의 작동시점을 차등적으로 제어하는 제어부(46)를 포함하며;
    상기 제어부(46)는,
    상기 공조장치(10)에 대해 상기 수냉식 냉각장치(20)를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에, 상기 특정 장치의 온도와 상기 냉각수순환라인(25)의 냉각수 온도에 따라 상기 팽창밸브(24)와 워터펌프(27)의 작동시점을 차등적으로 제어하고;
    상기 제어부(46)는,
    상기 공조장치(10)에 대해 상기 수냉식 냉각장치(20)를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에, 상기 공조장치(10)의 압축기(14)도 제어하며;
    상기 수냉식 냉각장치(20)는, 배터리(B)를 냉각시키기 위한 수냉식 배터리 냉각장치(20)이고;
    상기 팽창밸브(24)는, 셧오프(Shut Off) 기능을 갖는 배터리냉각용 팽창밸브(24)이며;
    상기 제어부(46)는,
    상기 공조장치(10)에 대해 상기 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에, 상기 배터리(B)의 온도와 상기 냉각수순환라인(25)의 냉각수 온도에 따라 상기 배터리냉각용 팽창밸브(24)와 상기 워터펌프(27)와 상기 압축기(14)의 작동시점을 차등적으로 제어하고;
    상기 제어부(46)는,
    상기 공조장치(10)가 에어컨 모드로 작동(ON) 중인 상태에서, 상기 배터리(B)의 냉각을 위해 상기 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 온(ON)시킬 시에,
    상기 배터리(B)의 온도가, 미리 설정된 제 1배터리 기준온도(T1) 이상이면, 1차 냉각모드로 진입하면서 상기 냉각수순환라인(25)의 워터펌프(27)를 온(ON)시키고;
    이후, 상기 배터리(B)의 온도가 상기 제 1배터리 기준온도(T1)보다 높은 제 2배터리 기준온도(T2) 이상이고, 상기 냉각수순환라인(25)의 냉각수 온도가 미리 설정된 제 1냉각수 기준온도(T3) 이상인 조건이면, 2차 냉각모드로 진입하면서 상기 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 개방시키며;
    상기 제어부(46)는,
    상기 1차 냉각모드 진입 시에, 상기 워터펌프(27)의 회전수를 최대(MAX)로 제어하고;
    상기 2차 냉각모드 진입 시에, 상기 워터펌프(27)를 오프(OFF)시키고, 미리 설정된 시간 경과 후에 재작동시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 2차 냉각모드 진입 시에, 상기 공조장치(10)의 압축기(14) 회전속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 2차 냉각모드 진입 시에, 상기 워터펌프(27)의 오프(OFF)와, 상기 공조장치(10)의 압축기(14) 회전속도 증가와, 상기 배터리냉각용 팽창밸브(24)의 개방이 미리 설정된 시간차를 두고 순차적으로 이루어질 수 있게 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 2차 냉각모드 진입 후, 상기 워터펌프(27)를 재작동시킬 시에, 상기 워터펌프(27)의 최소(MIN) 회전수로 재작동시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 2차 냉각모드 진입 후, 상기 배터리(B)의 온도가 상승할 시에, 상승 온도에 비례하여 상기 워터펌프(27)의 회전수를 선형적(線形的)으로 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 공조장치(10)가 에어컨 모드로 작동(ON) 중이고, 상기 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 작동(ON) 중인 상태에서, 상기 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 오프(OFF)시킬 시에,
    상기 배터리(B) 온도가 상기 제 1배터리 기준온도(T1)보다 낮은 제 3배터리 기준온도(T4) 이하이거나, 또는 상기 냉각수순환라인(25)의 냉각수 온도가 상기 제 1냉각수 기준온도(T3)보다 낮은 제 2냉각수 기준온도(T5) 이하이면, 1차 해제모드로 진입하면서 상기 워터펌프(27)를 오프(OFF)시키고;
    이후, 미리 설정된 시간이 경과하면, 2차 해제모드로 진입하면서 상기 공조장치(10)의 압축기(14) 회전속도를 감소시키고, 상기 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 닫아 상기 배터리(B)의 냉각을 정지시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 2차 해제모드 진입 시에, 상기 압축기(14)의 회전속도 감소와, 상기 배터리냉각용 팽창밸브(24)의 닫침이 미리 설정된 시간차를 두고 순차적으로 이루어질 수 있게 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  14. 제 7항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 공조장치(10)가 오프(OFF)된 상태에서, 상기 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 온(ON)시킬 시에,
    상기 배터리(B)의 온도가, 상기 제 2배터리 기준온도(T2) 이상이고, 제 1냉각수 기준온도(T3) 이상인 조건이면, 냉각모드로 진입하면서 상기 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 개방시키고,
    이후, 미리 설정된 시간차를 두고 상기 냉각수순환라인(25)의 워터펌프(27)를 온(ON)시키고, 상기 공조장치(10)의 압축기(14)를 작동(ON)시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 냉각모드 진입 시에, 상기 공조장치(10)의 압축기(14)를 미리 설정된 목표회전수로 제어하고, 상기 워터펌프(27)를 최소(MIN) 회전수로 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 냉각모드 진입 후, 상기 배터리(B)의 온도가 상승할 시에, 상승 온도에 비례하여 상기 워터펌프(27)의 회전수를 선형적으로 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 공조장치(10)가 차실내 냉방과 무관하게 에어컨 모드로 작동(ON) 중이고, 상기 수냉식 배터리 냉각장치(20)가 작동(ON) 중인 상태에서, 상기 수냉식 배터리 냉각장치(20)를 오프(OFF)시킬 시에,
    상기 배터리(B) 온도가 상기 제 3배터리 기준온도(T4) 이하이거나, 또는 상기 냉각수순환라인(25)의 냉각수 온도가 상기 제 2냉각수 기준온도(T5) 이하이면, 1차 해제모드로 진입하면서 상기 워터펌프(27)를 오프(OFF)시키고;
    이후, 미리 설정된 시간이 경과하면, 2차 해제모드로 진입하면서 상기 공조장치(10)의 압축기(14)를 오프(OFF)시키고, 상기 배터리냉각용 팽창밸브(24)를 닫아 상기 배터리(B)의 냉각을 정지시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 2차 해제모드 진입 시에, 상기 압축기(14)의 오프(OFF)와, 상기 배터리냉각용 팽창밸브(24)의 닫침이 미리 설정된 시간차를 두고 순차적으로 이루어질 수 있게 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  19. 냉매를 이용하여 차실내를 냉방 또는 난방하는 공조장치(10)와, 상기 공조장치(10)의 냉매를 이용하여 특정 장치를 냉각시키는 수냉식 냉각장치(20)를 포함하는 자동차의 통합 열관리 시스템에 있어서,
    상기 공조장치(10)에 대해 상기 수냉식 냉각장치(20)를 온(ON) 또는 오프(OFF)시킬 시에 발생되는 상기 공조장치(10)의 급격한 공조부하 변화를 방지하는 공조부하 변화 방지부(40)를 포함하고;
    상기 공조장치(10)는, 차실내를 냉방 또는 난방하는 제 1냉매라인(12)과, 상기 제 1냉매라인(12)에서 냉매를 일부 분기하는 제 2냉매라인(22)과, 상기 제 2냉매라인(22)에 설치되는 팽창밸브(24)와 냉매-냉각수 열교환기(26)와, 상기 냉매-냉각수 열교환기(26)를 이용하여 냉매의 냉기를 특정 장치에 전달하는 냉각수순환라인(25) 및, 상기 냉각수순환라인(25)의 냉각수를 순환시키는 워터펌프(27)를 포함하고;
    상기 제 1냉매라인(12)의 압축기(14) 온(ON),오프(OFF)에 따라 상기 팽창밸브(24)와 상기 워터펌프(27)의 작동순서를 다르게 제어하는 제어부(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 압축기(14)가 온(ON)되어 있는 상태에서, 상기 제 2냉매라인(22)으로 냉매가 분기하는 경우, 상기 냉각수순환라인(25)의 워터펌프(27)를 먼저 구동시킨 후, 상기 팽창밸브(24)를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 팽창밸브(24)를 구동하기 전에 상기 워터펌프(27)를 오프(OFF)시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 워터펌프(27)의 온(ON),오프(OFF)는, 특정 장치의 온도에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
  23. 제 19항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부(46)는,
    상기 압축기(14)가 오프(OFF)되어 있는 상태에서, 상기 제 2냉매라인(22)으로 냉매가 분기하는 경우, 상기 팽창밸브(24)를 먼저 구동시킨 후, 상기 워터펌프(27)를 구동시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 통합 열관리 시스템.
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