전기자동차의 열교환 시스템이 개시된다. 전기자동차의 열교환 시스테은 전기자동차의 전방에 설치되는 라디에이터와, 후방에 설치되는 구동모터, 자율주행제어기와, 후방 일측 휠베이스에 장착되는 공조케이스의 내부에 증발기, 내부 컨덴서, 및 개폐도어가 구비된 HVAC(Heating, Ventilation, Air Conditioning)모듈의 열교환을 위한 전기자동차의 열교환 시스템이다.
상기 증발기와 상기 내부 컨덴서 사이에서 냉매라인을 통해 연결되어 냉매를 압축하여 토출하는 전동 압축기, 둘레를 따라 일방향으로 절곡된 플랜지를 형성하고, 단면상의 일정구간에 복수개의 관통홀을 가지는 판형의 복수개의 플레이트가 겹쳐져 상기 관통홀들에 의해 복수개의 유로를 형성하며, 상기 유로들을 통해 상기 라디에이터를 순환하는 고온냉각수와, 상기 구동모터를 순환하는 오일과, 상기 자율주행제어기를 순환하는 저온냉각수를 상기 냉매와 상호 열교환시켜 온도를 조절 하도록 구성되는 수냉식 열교환모듈, 및 상기 수냉식 열교환모듈의 외부에 장착되어 상기 수냉식 열교환모듈 내부의 일부 유로와 연결되고, 상기 전동 압축기, 내부 컨덴서, 및 증발기와 각각 연결되어 상기 일부 유로에 냉매를 유입시키면서 상기 고온냉각수, 오일, 저온냉각수, 및 냉매의 방향을 전환하는 방향전환밸브들을 포함한다.
기 술 분 야
전기자동차의 열교환 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차에 적용되는 HVAC모듈과 자율주행제어기의 냉각효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 전기자동차의 열교환 시스템에 관한 것이다.
배 경 기 술
최근 환경 친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제를 해결하기 위해 사회적 이슈로 대두되고 있는 것이 전기자동차이다. 전기자동차는 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 출력하는 구동모터를 이용하여 작동한다. 따라서, 상기 전기자동차는 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 적으며, 상기 구동모터의 에너지효율이 엔진의 에너지효율보다 높은 장점이 있어 친환경자동차로 각광받고 있다.
전기자동차를 구현함에 있어 핵심기술은 배터리모듈과 관련한 기술이며, 최근 배터리모듈의 경량, 소형화, 짧은 충전시간 등에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
배터리모듈은 최적의 온도환경에서 사용하여야 최적의 성능과 긴 수명을 유지할 수 있다. 그러나 상기 배터리모듈은 구동 중 발생하는 열과 외부의 온도변화에 의해 최적의 온도환경에서 사용하기 어려운 실정이다.
또한, 상기 전기자동차는 내연기관처럼 엔진에서 연소 시 발생되는 폐열원이 없어 전기식 난방장치로 겨울철 차량 실내난방을 수행하고, 혹한기 시 배터리 충방전 성능을 향상시키기 위한 웜업이 필요하기 때문에, 별도의 냉각수 가열식 전기 히터를 각각 구성하여 사용한다.
다시 말해, 상기 배터리모듈의 최적의 온도환경 유지를 위해 배터리모듈의 온도조절을 위한 냉난방 시스템을 차량 실내 공조를 위한 냉난방 시스템과는 별도로 운용하는 기술을 채택하고 있다.
즉, 독립된 2개의 냉난방 시스템을 구축하여 하나는 실내 냉난방에 사용하고, 다른 하나는 배터리모듈의 온도조절을 위한 용도로 활용하고 있는 것이다.
이러한 종래 기술에 따른 냉난방 시스템은 부품가 늘어나면서, 많은 설치공간을 필요로 하여 자동차의 중량을증가시키는 단점이 있다.
한편, 최근 전기자동차뿐만 아니라, 일반사양의 자동차도 자율주행제어기를 가지는 추세이며, 상기 자율주행제어기는 차량 제어의 근본이 되는 부품이다.
이러한 자율주행제어기도 보증 가능한 온도 범위에서 작동하도록 냉각 및 난방 시스템이 필요하다. 자율주행제어기 등의 냉각 및 난방을 효과적으로 수행할 목적으로 HVAC(Heat, Ventilation, Air Conditioning)모듈의 내부에 히터코어를 마련하게 되는데, 상기 히터코어는 히터에 의해 승온된 냉각수를 HVAC 모듈의 내부를 유동하는 공기와 열교환시킴으로써, 공조용 공기를 승온시키는 역할을 수행한다.
이때, 상기 HVAC모듈은 냉매라인을 통해 메인 열교환기, 리시버 드라이어, 팽창밸브, 증발기, 어큐뮬레이터(Accumulator), 및 압축기 등과 연결된다. 이러한 HVAC모듈은 차량의 냉방, 난방, 및 제습 모드에 따라, 상기 증발기를 통과한 외기가 내부 컨덴서와 내부히터에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어가 내부에 구비된다.
개폐도어는 차량의 난방모드에서 상기 증발기를 통과한 외기가 상기 내부 컨덴서와 내부히터로 유입되도록개방된다. 반대로, 차량의 냉방모드에서 상기 개폐도어는 상기 증발기를 통과하면서 냉각된 외기가 차량 내부로 바로 유입되도록 상기 내부 컨덴서와 상기 내부히터 측을 폐쇄하게 된다.
종래 기술에 따른 HVAC모듈은 필요에 따라 차체 길이방향을 기준으로 엔진룸이 위치한 차량의 전방에 배치 되는 것이 대부분이나, 트렁크가 위치한 후방 측에 배치될 경우, 상기 엔진룸에 배치된 냉방시스템에서 냉매라인을 분기하여 연장하는 방식을 채택할 수 밖에 없어 후방 HVAC모듈의 성능이 저하되어 효율이 떨어지는 단점이 있다.
상기한 단점들을 고려하여 차량의 후방에 배치된 HVAC모듈의 냉방과 난방 및 이에 대응하여 차량의 후방에배치되는 상기 자율주행제어기의 냉각효율 및 성능을 개선하는 열교환 시스템의 연구 개발이 필요하다.
해결하려는 과제
자율주행제어기가 적용되는 전기자동차에서, 상기 자율주행제어기와 HVAC모듈이 차량의 후방에 배치 시, 상기 자율주행제어기, HVAC모듈, 및 구동모터까지 동시에 냉각할 수 있는 구조로 이루어져 냉각효율 및 냉각성능을 향상시킬 수 있는 전기자동차의 열교환 시스템을 제공하고자 한다
발명의 효과
전기자동차의 열교환 시스템은 자율주행제어기가 적용되는 전기자동차에서, 상기 자율주행제어기와 HVAC모듈이 차량의 후방에 배치 시, 상기 자율주행제어기, HVAC모듈, 및 구동모터까지, 동시에 냉각할 수 있는 구조로 이루어져 냉각효율 및 냉각성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
전기자동차의 열교환 시스템은 차량의 후방에 배치된 자유주행제어기와 HVAC모듈의 냉방과 난방 시스템을 독립적으로 제어가 각각 가능하여 효율적으로 냉각 및 난방을 제어할 수 있는 것이다.
시스템 및 서비스 구성 상세정보
전기자동차의 전방에 설치되는 라디에이터와 후방에 설치되는 구동모터, 자율주행제어기와, 후방 일측 휠베이스에 장착되는 공조케이스의 내부에 증발기, 내부 컨덴서, 및 개폐도어가 구비된 HVAC(Heating, Ventilation, Air Conditioning)모듈의 열교환을 위한 전기자동차의 열교환 시스템으로 구성된다.
증발기와 상기 내부 컨덴서 사이에서 냉매라인을 통해 연결되어 냉매를 압축하여 토출하는 전동 압축기 둘레를 따라 일방향으로 절곡된 플랜지를 형성하고, 단면상의 일정구간에 복수개의 관통홀을 가지는 판형의 복수개의 플레이트가 겹쳐져 상기 관통홀들에 의해 복수개의 유로를 형성하며, 상기 유로들을 통해 상기 라디에이터를 순환하는 고온냉각수와, 상기 구동모터를 순환하는 오일과, 상기 자율주행제어기를 순환하는 저온냉각수를 냉매와 상호 열교환시켜 온도를 조절하도록 구성된다.
수냉식 열교환모듈 및 상기 수냉식 열교환모듈의 외부에 장착되어 상기 수냉식 열교환모듈 내부의 일부 유로와 연결되고, 상기 전동압축기, 내부 컨덴서, 및 증발기와 각각 연결되어 상기 일부 유로에 냉매를 유입시키면서 상기 고온냉각수, 오일, 저온냉각수, 및 냉매의 방향을 전환하는 방향전환밸브들을 포함하는 전기자동차의 열교환 시스템으로 구성된다.
수냉식 열교환모듈은 각 상기 플레이트의 길이방향 중앙부에 형성된 격막에 의해 상기 고온냉각수, 및 오일을 제1냉매와 열교환시키는 제1열교환부와, 상기 저온냉각수를 제2냉매와 열교환시키는 제2열교환부로 구획되는 전기자동차의 열교환 시스템으로 구성된다.
제1열교환부는 수냉식 열교환모듈의 일측에서 상기 라디에이터와 연결되는 고온냉각수 라인을 통해 고온냉각수가 순환되고, 상기 구동모터와 연결되는 오일 라인을 통해 오일이 순환되며, 상기 수냉식 열교환모듈의 타측에서 전동 압축기와 연결되는 냉매 라인을 통해 제1냉매가 순환되는 구조로 이루어져 상기 제1냉매를 통해 상기 고온냉각수와 오일의 열교환을 이루는 영역인 전기자동차의 열교환 시스템으로 구성된다.
제2열교환부는 수냉식 열교환모듈의 일측에서 상기 자율주행제어기와 연결되는 저온냉각수 라인을 통해 저온냉각수가 순환되고, 상기 수냉식 열교환모듈의 타측에서 상기 전동 압축기와 연결되는 냉매 라인을 통해 제2냉매가 순환되는 구조로 이루어져 상기 제2냉매를 통해 저온냉각수의 열교환을 이루는 영역인 전기자동차의 열교환 시스템으로 구성된다.
제1열교환부는 복수개의 상기 플레이트 중, 일측 최외각 플레이트의 일측에 한쌍의 제1니플을 통해 상기 고온냉각수가 유입 및 배출되는 고온냉각수 유로를 포함하고, 상기 제1니플과 인접한 타측에 한쌍의 제2니플을 통해 상기 오일이 유입 및 배출되는 오일 유로를 포함하며, 복수개의 상기 플레이트 중, 타측 최외각 플레이트를 통해 상기 제1냉매가 유입 및 배출되는 제1냉매 유로를 포함하여 상기 고온냉각수와 오일의 온도를 조절하도록 구성되는 영역인 전기 자동차의 열교환 시스템으로 구성된다.
고온냉각수 유로는 일측 최외각 플레이트에서 시작하여 타측 최외각 플레이트까지 연결되고, 상기 수냉식 열교환모듈의 제1열교환부에 대응하는 내부 전체를 순환하도록 형성되며 상기 오일 유로는 일측 최외각 플레이트에서 시작하여 중앙부에 위치한 플레이트까지 연결되고, 상기 수냉식 열교환모듈의 제1열교환부에 대응하는 내부 일측을 순환하도록 형성되며 제1냉매 유로는 타측 최외각 플레이트에서 시작하여 상기 오일 유로와 인접한 중앙부의 플레이트까지 연결되고, 상기 수냉식 열교환모듈의 제1열교환부에 대응하는 내부 타측을 순환하도록 형성되는 전기자동차의 열교환 시스템으로 구성된다.
제2열교환부는 복수개의 상기 플레이트 중, 일측 최외각 플레이트의 일측에 한쌍의 제3니플을 통해 상기 저온냉각수가 유입 및 배출되도록 저온냉각수 유로를 포함하고, 타측 최외각 플레이트를 통해 상기 제2냉매가 유입 및 배출되는 제2냉매 유로를 포함하여 상기 저온냉각수의 온도를 조절하도록 구성되는 영역인 전기자동차의 열교환 시스템이다.
저온냉각수 유로는 일측 최외각 플레이트에서 시작하여 타측 최외각 플레이트까지 연결되고, 상기 수냉식 열교환모듈의 제2열교환부에 대응하는 내부 전체를 순환하도록 형성되며, 제2냉매 유로는 타측 최외각 플레이트에 시작하여 일측 최외각 플레이트까지 연결되고, 상기 저온냉각수유로와 인접하게 나란히 배치되면서, 상기 수냉식 열교환모듈의 제2열교환부에 대응하는 내부 전체를 순환하도록 형성되는 전기자동차의 열교환 시스템이다.
수냉식 열교환모듈은 복수개의 상기 플레이트 중, 타측 최외각 플레이트에 끼워지며, 상기 방향전환밸브들과 이어지는 연결배관의 장착을 위한 밸브 플랜지가 연결되어 냉매가 내부를 순환하도록 구성되는 커버를 더 포함하는 전기자동차의 열교환 시스템이다.
수냉식 열교환모듈은 외측 일부를 감싸는 장착 브라켓을 통해 차체에 장착되는 전기자동차의 열교환 시스템.
방향전환밸브들은 수냉식 열교환모듈의 상부 측에 배치되고, 상기 제1냉매가 내부 컨덴서로부터 상기 제1열교환부로 유입되어 상기 오일과 고온냉각수의 온도를 조절하도록 제어하는 제1밸브와 인접하게 배치되고, 상기 제1열교환부와 상기 제2열교환부에 상기 제1냉매가 순환되도록 제어하는 제2밸브 및 제2밸브와 인접하게 배치되고, 상기 증발기와 연결됨과 동시에, 상기 증발기와 전동 압축기 사이의 냉매라인 상에 연결되어 상기 제2열교환부에 제2냉매가 순환되도록 제어하는 제3밸브 를 포함하는 전기자동차의 열교환 시스템.
제1밸브는 2방향 밸브를 포함하여 상기 고온냉각수와 오일 및 상기 제1열교환부에 대응하는 제1냉매의 방향을 전환시키는 전기자동차의 열교환 시스템.
제2밸브는 3방향 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 열교환 시스템.
제3밸브는 3방향 밸브를 포함하여 상기 저온냉각수와 상기 제2열교환부에 대응하는 제2냉매의 방향을 전환시키는 전기자동 차의 열교환 시스템.
현대자동차 특허 전기자동차의 열교환 시스템에 대해서 정리하여 보았습니다.
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