特許 6800724 車両用ヒートポンプシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6800724

(24)【登録日】2020年11月27日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】車両用ヒートポンプシステム

(51)【国際特許分類】

   B60L 3/00 20190101AFI20201207BHJP

   B60L 58/26 20190101ALI20201207BHJP

   B60H 1/22 20060101ALI20201207BHJP

   B60K 11/04 20060101ALI20201207BHJP

   B60W 10/30 20060101ALI20201207BHJP

   B60W 20/00 20160101ALI20201207BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20201207BHJP

   B60K 6/22 20071001ALN20201207BHJP

【ＦＩ】

   B60L3/00 H

   B60L58/26

   B60H1/22 651A

   B60K11/04 H

   B60W10/30 900

   B60W20/00

   B60L1/00 L

   !B60K6/22

【請求項の数】16

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-236114(P2016-236114)

(22)【出願日】2016年12月5日

(65)【公開番号】特開2017-229223(P2017-229223A)

(43)【公開日】2017年12月28日

【審査請求日】2019年6月27日

(31)【優先権主張番号】10-2016-0076562

(32)【優先日】2016年6月20日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】591251636

【氏名又は名称】現代自動車株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＨＹＵＮＤＡＩ ＭＯＴＯＲ ＣＯＭＰＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100199255

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 大幸

(72)【発明者】

【氏名】キム、ジェ−ヨン

(72)【発明者】

【氏名】キム、ヨン−ホ

(72)【発明者】

【氏名】キム、ミョン−ファン

(72)【発明者】

【氏名】チョ、ワン−ジェ

【審査官】 吉村 俊厚

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０７７８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８８１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２１７６２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３７４０６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１０７５０８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ ３／００

Ｂ６０Ｈ １／２２

Ｂ６０Ｋ １１／０４

Ｂ６０Ｌ １／００

Ｂ６０Ｌ ５８／２６

Ｂ６０Ｗ １０／３０

Ｂ６０Ｗ ２０／００

Ｂ６０Ｋ ６／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリモジュールと連結され、冷却水が流動されるバッテリ冷却ラインと、
内部に流入する冷媒と冷却水とを選択的に熱交換させて冷却水の温度を調節するように前記バッテリ冷却ラインと第１連結ラインを介して連結され、エアコン手段の冷媒ラインと第２連結ラインを介して連結されるチラーと、
モータと電装品の冷却のために冷却水を循環させるように冷却ラインを介して連結されるラジエータと第１ウォータポンプとを含み、前記バッテリ冷却ラインおよび前記第１連結ラインに第１バルブを介して選択的に連結される電装用冷却手段と、
前記冷媒ラインに備えられる第２バルブを介して前記第２連結ラインと前記冷媒ラインとを選択的に連結するバイパスラインと、
を含み、
前記エアコン手段は、
前記冷媒ラインを介して連結され、車両の冷房、暖房、および暖房／除湿モードに応じて、蒸発器を通過した外気が内部コンデンサに選択的に流入するように調節する開閉ドアが内部に備えられたＨＶＡＣモジュールと、
前記蒸発器と前記内部コンデンサとの間で前記冷媒ラインを介して連結される圧縮器と、
前記圧縮器と前記蒸発器との間で前記冷媒ラインに備えられるアキュムレータと、
前記内部コンデンサと前記冷媒ラインを介して連結され、車両の前方に配置される外部コンデンサと、
前記外部コンデンサと前記蒸発器とを連結する前記冷媒ラインに備えられる第１膨張バルブと、
前記内部コンデンサと前記外部コンデンサとの間で一端が前記冷媒ラインと連結され、他端は前記蒸発器と前記第１膨張バルブとの間で前記冷媒ラインに連結され、第３バルブが備えられる除湿ラインと、
前記内部コンデンサと前記外部コンデンサとの間で前記冷媒ラインに備えられる第４バルブを介して前記外部コンデンサと前記第１膨張バルブとの間の前記冷媒ラインと連結される除霜ラインと、
前記外部コンデンサと前記チラーとの間で前記第２連結ラインに備えられる第２膨張バルブと、
を含み、
前記バイパスラインの下流端が前記第２膨張バルブと前記チラーとの間の前記第２連結ラインに連結されることにより、前記第２膨張バルブを含む前記第２連結ラインの一部がバイパスされ、
前記バッテリ冷却ラインには、
前記ラジエータと前記チラーとの間で前記モータおよび前記電装品を連結する前記冷却ラインと前記バッテリ冷却ラインとを連結する第５バルブと、
前記バッテリモジュールと前記ラジエータとの間で前記モータおよび前記電装品を連結する前記冷却ラインと前記バッテリ冷却ラインとを連結する第６バルブと、
を含み、
車両の暖房および除湿モードで前記バッテリモジュール、前記モータおよび前記電装品の廃熱を回収する場合は、
前記第１バルブおよび第２バルブの作動により前記第１連結ラインと前記バイパスラインが開放され、
前記モータ、および前記電装品を連結する前記冷却ラインと前記バッテリ冷却ラインとが前記第１バルブ、第５バルブ、および第６バルブの作動により前記第１連結ラインと連結され、
前記第３バルブの作動により前記除湿ラインが開放され、前記第４バルブの作動により前記除霜ラインは閉鎖され、
前記第１膨張バルブおよび第２膨張バルブは作動が中断され、
車両の暖房および除霜モードで前記バッテリモジュール、前記モータ、および前記電装品の廃熱を回収する場合は、
前記第１バルブ、第２バルブ、および第３バルブの作動により前記第１連結ライン、前記バイパスライン、および前記除霜ラインが開放され、
前記外部コンデンサと連結された前記冷媒ラインと前記除湿ラインとが前記第３バルブおよび第４バルブの作動により閉鎖され、
前記モータ、および前記電装品を連結する前記冷却ラインと前記バッテリ冷却ラインとが前記第１バルブ、第５バルブ、および第６バルブの作動により前記第１連結ラインと連結され、
前記第１膨張バルブおよび第２膨張バルブは作動が中断される
ことを特徴とする車両用ヒートポンプシステム。

【請求項2】

車両の冷房モードで前記バッテリモジュールを冷却する場合は、
前記第２バルブ、第３バルブ、および第４バルブの作動により前記バイパスライン、前記除湿ライン、および前記除霜ラインが閉鎖され、
前記チラーが前記蒸発器および前記外部コンデンサに並列連結される
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用バッテリ冷却システム。

【請求項3】

車両の冷房モードの未作動時に冷媒を利用して前記バッテリモジュールを冷却する場合は、
前記第２バルブ、第３バルブ、および第４バルブの作動により前記バイパスライン、前記除湿ライン、および前記除霜ラインが閉鎖され、
前記第１膨張バルブの作動が中止され、前記第２膨張バルブが作動する
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項4】

車両の暖房モードで前記バッテリモジュール、前記モータ、および前記電装品の廃熱を回収する場合は、
前記第１バルブおよび前記第２バルブの作動により前記第１連結ラインおよび第２連結ラインと前記バイパスラインとが開放され、
前記第３バルブおよび前記第４バルブの作動により前記除湿ラインと前記除霜ラインとが閉鎖され、
前記第１膨張バルブおよび第２膨張バルブは作動が中断される
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項5】

前記モータ、および前記電装品を連結する前記冷却ラインは、前記第１バルブ、第５バルブおよび第６バルブの作動により前記第１連結ラインに選択的に連結される
ことを特徴とする請求項４に記載の車両用バッテリ冷却システム。

【請求項6】

前記冷却ラインには前記ラジエータと前記第５バルブとの間にリザーバタンクが備えられることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項7】

前記第１バルブ、第２バルブ、第４バルブ、第５バルブ、および第６バルブは、流量の分配が可能な３−Ｗａｙバルブであることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項8】

前記第２膨張バルブは、車両の冷房モード、または冷媒を利用して前記バッテリモジュールを冷却する場合に作動し、前記第２連結ラインを介して流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させる
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項9】

前記内部コンデンサと前記第４バルブとの間で前記冷媒ラインにはオリフィスが備えられる
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項10】

前記オリフィスは、前記冷媒ラインを選択的に開閉するか、通過する冷媒を選択的に膨張させる
ことを特徴とする請求項９に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項11】

前記除湿ラインは、前記第４バルブと前記オリフィスとの間で前記冷媒ラインと連結される
ことを特徴とする請求項９に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項12】

前記除湿ラインは、車両の暖房および除湿モードで前記第３バルブの作動により開放される
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項13】

前記チラーと前記バッテリモジュールとの間で前記バッテリ冷却ラインには第２ウォータポンプが備えられる
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項14】

前記第１バルブと前記チラーとの間で前記第１連結ラインには第７バルブが備えられ、
前記バッテリモジュールと前記チラーとの間で前記バッテリ冷却ラインには加熱器が備えられる
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項15】

前記加熱器は、前記バッテリモジュールのウォームアップ時にＯＮ作動し、前記バッテリ冷却ラインで循環する冷却水を加熱して前記バッテリモジュールに流入させる
ことを特徴とする請求項１４に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【請求項16】

前記加熱器は、車両の暖房モード、または車両の暖房および除霜モードで選択的にＯＮ作動し、前記バッテリ冷却ラインで循環する冷却水を加熱する
ことを特徴とする請求項１４に記載の車両用ヒートポンプシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は車両用ヒートポンプシステムに関し、より詳細には冷媒と冷却水が熱交換される一つのチラーを利用してバッテリモジュールをウォームアップまたは冷却させ、モータ、電装品、およびバッテリモジュールの廃熱源を利用して暖房効率を向上させる車両用ヒートポンプシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に自動車用空気調和装置は自動車の室内の暖房または冷房のために冷媒を循環させるエアコンシステムを含む。

【0003】

このようなエアコン手段は外部の温度変化に関係なく自動車室内の温度を適当な温度に維持して快適な室内環境を保つことができるようにするものであって、圧縮器の駆動により吐出される冷媒が凝縮機、レシーバドライヤ、膨張バルブおよび蒸発器を経て再び圧縮器に循環する過程で蒸発器による熱交換により自動車の室内を暖房または冷房をするように構成される。

【0004】

すなわち、エアコン手段は夏季冷房モード時には圧縮器から圧縮された高温、高圧の気相冷媒が凝縮機を介して凝縮された後レシーバドライヤおよび膨張バルブを経て蒸発器での蒸発により室内の温度および湿度を低くする。

【0005】

一方、最近、エネルギ効率と環境汚染問題に関する関心が日毎に高まり、内燃機関自動車を実質的に代替できる環境にやさしい自動車の開発が求められており、このような環境にやさしい自動車は普通、燃料電池や電気を動力源として駆動する電気自動車や、エンジンとバッテリを利用して駆動するハイブリッド自動車に分けられる。

【0006】

このような環境にやさしい車両中、電気自動車またはハイブリッド車両には一般車両の空気調和装置とは違って別途のヒータは使用されず、環境にやさしい車両に適用される空気調和装置を通常ヒートポンプシステムという。

【0007】

一方、電気自動車の場合は、酸素と水素の化学的反応エネルギを電気エネルギに転換して駆動力を発生させ、この過程で燃料電池内の化学的反応により熱エネルギが発生するため、発生した熱を効果的に除去することが燃料電池の性能確保において必須である。

【0008】

また、ハイブリッド自動車においても一般的な燃料で作動するエンジンと共に、前記燃料電池や、電気バッテリから供給される電気を利用してモータを駆動させて駆動力を発生させるため、燃料電池やバッテリ、およびモータから発生する熱を効果的に除去しなければモータの性能を確保することができない。

【0009】

そのため、従来技術によるハイブリッド車両や電気自動車ではモータと電装品、および燃料電池を含むバッテリの発熱を防止するように電装用冷却手段、およびヒートポンプシステムと共に、バッテリ冷却システムがそれぞれ別途の密閉回路で構成されなければならない。

【0010】

したがって、車両の前方に配置されるクーリングモジュールの大きさおよび重量が増加し、エンジンルームの内部でそれぞれのヒートポンプシステムと電装用冷却手段およびバッテリ冷却システムに冷媒または冷却水を供給する連結配管のレイアウトが複雑になる短所がある。

【0011】

また、バッテリが最適の性能を発揮するように車両の状態に応じてバッテリをウォームアップまたは冷却させるバッテリ冷却システムが別途備えられるため、各連結配管と連結するための複数のバルブが適用され、このバルブの頻繁な開閉作動による騒音および振動が車両室内に伝達されて乗車感が低下するという短所もある。

【0012】

この背景技術に記載された事項は発明の背景に対する理解を深めるために作成されたものであって、この技術が属する分野における通常の知識を有する者にすでに知られている従来技術でない事項を含み得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は前記のような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、冷却水と冷媒が熱交換される一つのチラーを利用してバッテリモジュールをウォームアップまたは冷却させることにより、システムの単純化が可能な車両用ヒートポンプシステムを提供しようとすることにある。

【0014】

また、本発明の他の目的は、モータ、電装品、およびバッテリモジュールの廃熱源を利用して暖房効率を向上させる車両用ヒートポンプシステムを提供しようとすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

このような目的を達成するための本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムは、バッテリモジュールと連結され、冷却水が流動されるバッテリ冷却ラインと、内部に流入する冷媒と冷却水とを選択的に熱交換させて冷却水の温度を調節するように前記バッテリ冷却ラインと第１連結ラインを介して連結され、エアコン手段の冷媒ラインと第２連結ラインを介して連結されるチラーと、モータと電装品の冷却のために冷却水を循環させるように冷却ラインを介して連結されるラジエータと第１ウォータポンプとを含み、前記バッテリ冷却ラインおよび前記第１連結ラインに第１バルブを介して選択的に連結される電装用冷却手段と、前記冷媒ラインに備えられる第２バルブを介して前記第２連結ラインと前記冷媒ラインとを選択的に連結するバイパスラインと、を含む。

【0016】

前記エアコン手段は、前記冷媒ラインを介して連結され、車両の冷房、暖房、および暖房／除湿モードに応じて、蒸発器を通過した外気が内部コンデンサに選択的に流入するように調節する開閉ドアが内部に備えられたＨＶＡＣモジュールと、前記蒸発器と前記内部コンデンサとの間で前記冷媒ラインを介して連結される圧縮器と、前記圧縮器と前記蒸発器との間で前記冷媒ラインに備えられるアキュムレータと、前記内部コンデンサと前記冷媒ラインを介して連結され、車両の前方に配置される外部コンデンサと、前記外部コンデンサと前記蒸発器とを連結する前記冷媒ラインに備えられる第１膨張バルブと、前記内部コンデンサと前記外部コンデンサとの間で一端が前記冷媒ラインと連結され、他端は前記蒸発器と前記第１膨張バルブとの間で前記冷媒ラインに連結され、第３バルブが備えられる除湿ラインと、前記内部コンデンサと前記外部コンデンサとの間で前記冷媒ラインに備えられる第４バルブを介して前記外部コンデンサと前記第１膨張バルブとの間の前記冷媒ラインと連結される除霜ラインと、前記第２連結ラインに備えられる第２膨張バルブを含み得る。

【0017】

前記バッテリ冷却ラインには前記ラジエータと前記チラーとの間で前記モータおよび前記電装品を連結する前記冷却ラインと前記バッテリ冷却ラインとを連結する第５バルブと、前記バッテリモジュールと前記ラジエータとの間で前記モータおよび前記電装品を連結する前記冷却ラインと前記バッテリ冷却ラインとを連結する第６バルブを含み得る。

【0018】

車両の冷房モードで前記バッテリモジュールを冷却する場合は、前記第２バルブ、第３バルブ、および第４バルブの作動により前記バイパスライン、前記除湿ライン、および前記除霜ラインが閉鎖され、前記チラーが前記蒸発器および前記外部コンデンサに並列連結され得る。

【0019】

車両の冷房モードの未作動時に冷媒を利用して前記バッテリモジュールを冷却する場合は、前記第２バルブ、第３バルブ、および第４バルブの作動により前記バイパスライン、前記除湿ライン、および前記除霜ラインが閉鎖され、前記第１膨張バルブの作動が中止され、前記第２膨張バルブが作動し得る。

【0020】

車両の暖房モードで前記バッテリモジュール、前記モータ、および前記電装品の廃熱を回収する場合は、前記第１バルブおよび前記第２バルブの作動により前記第１連結ラインおよび第２連結ラインと前記バイパスラインとが開放され、前記第３バルブおよび前記第４バルブの作動により前記除湿ラインと前記除霜ラインとが閉鎖され、前記第１膨張バルブおよび第２膨張バルブは作動が中断され得る。

【0021】

前記モータ、および前記電装品を連結する前記冷却ラインは前記第１バルブ、第５バルブおよび第６バルブの作動により前記第１連結ラインに選択的に連結され得る。

【0022】

車両の暖房および除湿モードで前記モータおよび前記電装品の廃熱を回収する場合は、前記第１バルブおよび第２バルブの作動により前記第１連結ラインと前記バイパスラインが開放され、前記モータ、および前記電装品を連結する前記冷却ラインと前記バッテリ冷却ラインとが前記第１バルブ、第５バルブ、および第６バルブの作動により前記第１連結ラインと連結され、前記第３バルブの作動により前記除湿ラインが開放され、前記第４バルブの作動により前記除霜ラインは閉鎖され、前記第１膨張バルブおよび第２膨張バルブは作動が中断され得る。

【0023】

車両の暖房および除霜モードで前記バッテリモジュール、前記モータ、および前記電装品の廃熱を回収する場合は、前記第１バルブ、第２バルブ、および第３バルブの作動により前記第１連結ライン、前記バイパスライン、および前記除霜ラインが開放され、前記外部コンデンサと連結された前記冷媒ラインと前記除湿ラインとが前記第３バルブおよび第４バルブの作動により閉鎖され、前記モータ、および前記電装品を連結する前記冷却ラインと前記バッテリ冷却ラインとが前記第１バルブ、第５バルブ、および第６バルブの作動により前記第１連結ラインと連結され、前記第１膨張バルブおよび第２膨張バルブは作動が中断され得る。

【0024】

前記冷却ラインには前記ラジエータと前記第５バルブとの間にリザーバタンクが備えられ得る。

【0025】

前記第１バルブ、第２バルブ、第４バルブ、第５バルブ、および第６バルブは流量の分配が可能な３−Ｗａｙバルブであり得る。

【0026】

前記第２膨張バルブは車両の冷房モード、または冷媒を利用して前記バッテリモジュールを冷却する場合に作動し、前記第２連結ラインを介して流入する冷媒を膨張させて前記チラーに流入させ得る。

【0027】

前記内部コンデンサと前記第４バルブとの間で前記冷媒ラインにはオリフィスが備えられ得る。

【0028】

前記オリフィスは前記冷媒ラインを選択的に開閉するか、通過する冷媒を選択的に膨張させ得る。

【0029】

前記除湿ラインは前記第４バルブと前記オリフィスとの間で前記冷媒ラインと連結され得る。

【0030】

前記除湿ラインは車両の暖房および除湿モードで前記第３バルブの作動により開放され得る。

【0031】

前記チラーと前記バッテリモジュールとの間で前記バッテリ冷却ラインには第２ウォータポンプが備えられ得る。

【0032】

前記電装品は前記モータと前記第１ウォータポンプとの間で前記冷却ライン上に備えられる電力制御装置（ＥＰＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と、前記モータと前記ラジエータとの間で前記冷却ライン上に備えられる充電器（ＯＢＣ：Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ）を含み得る。

【0033】

前記第１バルブと前記チラーとの間で前記第１連結ラインには第７バルブが備えられ、前記バッテリモジュールと前記チラーとの間で前記バッテリ冷却ラインには加熱器が備えられ得る。

【0034】

前記加熱器は前記バッテリモジュールのウォームアップ時にＯＮ作動し、前記バッテリ冷却ラインで循環する冷却水を加熱して前記バッテリモジュールに流入させ得る。

【0035】

前記加熱器は車両の暖房モード、または車両の暖房および除霜モードで選択的にＯＮ作動し、前記バッテリ冷却ラインで循環する冷却水を加熱し得る。

【発明の効果】

【0036】

前述のように本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムによれば、電気自動車またはハイブリッド車両で冷却水と冷媒が熱交換される一つのチラーを利用して車両のモードに応じてバッテリモジュールをウォームアップまたは冷却させることにより、システムの単純化が可能になる。

【0037】

また、バッテリモジュールが車両のモードに合わせて効率的にウォームアップおよび冷却されることにより、バッテリモジュールの最適の性能を発揮することが可能であり、効率的なバッテリモジュールの管理により車両の全体的な走行距離を増加させることができる。

【0038】

また、モータ、電装品、およびバッテリモジュールの廃熱源を選択的に利用して暖房効率を向上させることができる。

【0039】

さらに、全体システムの簡素化により製作原価の節減および重量縮小が可能であり、空間活用性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムのブロック構成図である。

【図2】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムの、車両の冷房モードに応じたバッテリモジュールの冷却時の作動状態図である。

【図3】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムの、車両の冷房モードが中止された状態で冷媒を利用したバッテリモジュールの冷却時の作動状態図である。

【図4】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムの、車両の暖房モードに応じた電装品およびバッテリモジュールの廃熱回収時の作動状態図である。

【図5】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムの、車両の暖房および除湿モードに応じた電装品およびバッテリモジュールの廃熱回収時の作動状態図である。

【図6】本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムの、車両の暖房および除霜モードに応じた電装品およびバッテリモジュールの廃熱回収時の作動状態図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下、本発明の好ましい実施形態について添付する図面に基づいて詳細に説明する。

【0042】

これに先立ち、本明細書に記載された実施形態と図面に示された構成は本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想を全て代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

【0043】

本発明を明確に説明するために不要な説明は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同一の参照符号を付す。

【0044】

図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上、任意に示したため、本発明が必ずしも図面に示されたものに限定されず、様々な部分および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。

【0045】

また、明細書全体にかけてある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。

【0046】

また、明細書に記載された「．．．ユニット」、「．．．手段」、「．．．部」、「．．．部材」などの用語は少なくとも一つの機能や動作をする包括的な構成の単位を意味する。

【0047】

図１は本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムのブロック構成図である。

【0048】

本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステム１００は、車両に搭載されたバッテリモジュールＢをウォームアップまたは冷却させたり前記バッテリモジュールＢまたはモータ１５と電装品１６から発生した廃熱を選択的に利用して暖房効率を向上させる。

【0049】

このようなヒートポンプシステム１００は、図１に示すように、ハイブリッド車両または電気自動車でモータ１５および電装品１６を冷却するための電装用冷却手段１０と車両室内を冷房または暖房するための空調裝置であるエアコン手段２０とに相互連動される。

【0050】

ここで、前記電装用冷却手段１０は冷却ライン１１を介して連結されるラジエータ１２と第１ウォータポンプ１４を含み、前記モータ１５と前記電装品１６を冷却するように冷却水を循環させる。

【0051】

前記電装品１６は、前記モータ１５と前記第１ウォータポンプ１４との間で前記冷却ライン１１上に備えられる電力制御装置１７（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、ＥＰＣＵ）と、前記モータ１５と前記ラジエータ１２との間で前記冷却ライン１１上に備えられる充電器１８（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ、ＯＢＣ）と、を含み得る。

【0052】

前記ラジエータ１２は車両の前方に配置され、後方にはクーリングファン１３が備えられ、クーリングファン１３の作動と外気との熱交換により冷却水を冷却する。

【0053】

このように構成される前記電装用冷却手段１０は第１ウォータポンプ１４の作動により前記ラジエータ１２で冷却された冷却水を冷却ライン１１に沿って循環させることにより、モータ１５と電装品１６が過熱されないように冷却させる。

【0054】

前記エアコン手段２０は冷媒ライン２１を介して連結されるＨＶＡＣモジュール２２（Ｈｅａｔｉｎｇ、Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ、ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）、圧縮器３１、アキュムレータ３３、外部コンデンサ３５、第１膨張バルブ３７を含む。

【0055】

まず、前記ＨＶＡＣモジュール２２は前記冷媒ライン２１を介して連結され、車両の冷房、暖房、および暖房／除湿モードに応じて蒸発器２７を通過した外気が内部コンデンサ２３とヒータ２５に選択的に流入するように調節する開閉ドア２９が内部に備えられる。

【0056】

すなわち、前記開閉ドア２９は車両の暖房モードで前記蒸発器２７を通過した外気が前記内部コンデンサ２３とヒータ２５に流入するように開放する。逆に、車両の冷房モードで前記開閉ドア２９は前記蒸発器２７を通過しながら冷却された外気が車両内部に直ちに流入するように内部コンデンサ２３とヒータ２５側を閉鎖する。

【0057】

前記圧縮器３１は前記蒸発器２７と前記内部コンデンサ２３との間で前記冷媒ライン２１を介して連結される。このような圧縮器３１は気体状態の冷媒を圧縮させる。

【0058】

前記アキュムレータ３３は前記圧縮器３１と蒸発器２７との間で冷媒ライン２１に備えられる。このようなアキュムレータ３３は前記圧縮器３１に気体状態の冷媒のみ供給することにより、前記圧縮器３１の効率および耐久性を向上させる。

【0059】

本実施形態において、前記外部コンデンサ３５は前記内部コンデンサ２７と前記冷媒ライン２１を介して連結される。このような外部コンデンサ３５は前記電装用ラジエータ１２の前方に配置されて内部に流入した冷媒を外気と相互熱交換させる。

【0060】

前記第１膨張バルブ３７は前記外部コンデンサ３５と前記蒸発器２７を連結する前記冷媒ライン２１に備えられる。前記第１膨張バルブ３７は前記外部コンデンサ３５を通過した冷媒の供給を受けて膨張させる。

【0061】

ここで、本発明の実施形態による前記ヒートポンプシステム１００はバッテリ冷却ライン１０１、チラー１１０、およびバイパスライン１１５を含む。

【0062】

まず、前記バッテリ冷却ライン１０１は前記バッテリモジュールＢと連結され、冷却水が流動される。前記バッテリモジュールＢは前記モータ１５と電装品１６に電源を供給する。このようなバッテリモジュールＢは冷却水により冷却される水冷式で形成され得る。

【0063】

ここで、前記バッテリ冷却ライン１０１には前記チラー１１０と前記バッテリモジュールＢとの間に第２ウォータポンプ１０３が備えられ得る。前記第２ウォータポンプ１０３は前記バッテリ冷却ライン１０１を介して冷却水を循環させるように作動する。

【0064】

前記第１ウォータポンプ１４と前記第２ウォータポンプ１０３は電動式ウォータポンプであり得る。

【0065】

前記チラー１１０は前記バッテリ冷却ライン１０１と第１連結ライン１１１を介して連結され、前記冷媒ライン２１と第２連結ライン１１３を介して連結される。このようなチラー１１０は内部に流入する冷媒と冷却水を選択的に熱交換させて冷却水の温度を調節する。

【0066】

ここで、前記電装用冷却手段２０は前記バッテリ冷却ライン１０１および前記第１連結ライン１１１に第１バルブＶ１を介して選択的に連結される。

【0067】

前記第１バルブＶ１は前記冷却ライン１１と前記バッテリ冷却ライン１０１を選択的に連通させたり、前記冷却ライン１１と前記バッテリ冷却ライン１０１を介して流動する冷却水の流動の流れをそれぞれ制御する。

【0068】

本実施形態において、前記バイパスライン１１５は前記冷媒ライン２１に備えられる第２バルブＶ２を介して前記第２連結ライン１１３と前記冷媒ライン２１を選択的に連結する。

【0069】

一方、本実施形態で、前記エアコン手段２０は除湿ライン４１、除霜ライン４３、および第２膨張バルブ４５をさらに含む。

【0070】

まず、前記除湿ライン４１の一端は前記内部コンデンサ２３と前記外部コンデンサ３５との間で前記冷媒ライン２１と連結される。前記除湿ライン４１の他端は前記蒸発器２７と前記第１膨張バルブ３７との間で前記冷媒ライン２１に連結される。このような除湿ライン４１には第３バルブＶ３が備えられる。

【0071】

すなわち、前記除湿ライン４１は車両の暖房および除湿モードで前記第３バルブＶ３の作動により開放され得る。

【0072】

前記除霜ライン４３は前記内部コンデンサ２３と前記外部コンデンサ３５との間で前記冷媒ライン２１に備えられる第４バルブＶ４を介して前記外部コンデンサ３５と前記第１膨張バルブ３７との間の前記冷媒ライン２１と連結される。

【0073】

ここで、前記内部コンデンサ２３と前記第４バルブＶ４との間で前記冷媒ライン２１にはオリフィス３９が備えられ得る。

【0074】

前記オリフィス３９は前記内部コンデンサ２３から排出された冷媒を膨張させるように機能する。

【0075】

また、前記オリフィス３９は冷房、暖房、および暖房／除湿モードに応じて選択的に冷媒の膨張なしに循環させるバルブの機能を遂行し得る。

【0076】

すなわち、前記オリフィス３９は前記冷媒ライン２１を選択的に開閉するか、または通過する冷媒を選択的に膨張させ得る。

【0077】

ここで、前記除湿ライン４１は前記第４バルブＶ３と前記オリフィス３９との間で前記冷媒ライン２１と連結され得る。

【0078】

このような除湿ライン４１は車両の暖房および除湿モードで前記第３バルブＶ３の作動により選択的に開放され得る。

【0079】

また、前記第２膨張バルブ４５は前記外部コンデンサ３５と前記チラー１１０との間で前記第２連結ライン１１３に備えられる。

【0080】

前記第２膨張バルブ４５は車両の冷房モード作動、または冷媒で前記バッテリモジュールＢを冷却するときに作動する。このような第２膨張バルブ４５は前記第２連結ライン１１３を介して流入する冷媒を膨張させて低温状態で前記チラー１１０に流入させ得る。

【0081】

すなわち、前記第２膨張バルブ４５は前記外部コンデンサ３５から排出された凝縮された冷媒を膨張させ、その温度を低下させた状態で前記チラー１１０に流入させることにより、前記チラー１１０の内部を通過する冷却水の水温をさらに低下させ得る。

【0082】

これにより、前記バッテリモジュールＢには前記チラー１１０を通過しながら水温が低くなった冷却水が流入してより効率的に冷却され得る。

【0083】

また、前記バッテリ冷却ライン１０１には第５バルブＶ５と第６バルブＶ６がさらに備えられる。

【0084】

前記第５バルブＶ５は前記ラジエータ１２と前記チラー１１０との間で前記モータ１５および前記電装品１６を連結する前記冷却ライン１１と前記バッテリ冷却ライン１０１とを連結する。

【0085】

また、前記第６バルブＶ６は前記バッテリモジュールＢと前記ラジエータ１２との間で前記モータ１５および前記電装品１６を連結する前記冷却ライン１１と前記バッテリ冷却ライン１０１とを連結する。

【0086】

すなわち、前記モータ１５、および前記電装品１６を連結する前記冷却ライン１１は前記第１バルブＶ１、第５バルブＶ５および第６バルブＶ６の作動により前記第１連結ライン１１１に選択的に連結され得る。

【0087】

また、前記ラジエータ１２と前記第５バルブＶ５との間で前記冷却ライン１１にはリザーバタンク１９が備えられ得る。

【0088】

前記リザーバタンク１９は前記ラジエータ１２から流入する冷却が完了した冷却水が貯蔵され得る。

【0089】

一方、本実施形態では前記第１ウォータポンプ１４が前記第５バルブＶ５と前記電力制御装置１７との間で前記冷却ライン１１上に備えられる場合を一実施形態として説明しているが、これに限定されず、前記第１ウォータポンプ１４は前記第５バルブＶ５と前記リザーバタンク１９との間で前記冷却ライン１１上に備えられ得る。

【0090】

前記第１ウォータポンプ１４が前記リザーバタンク１９と前記第５バルブＶ５との間に備えられると、前記バッテリモジュール１３０を冷却水で冷却するとき、前記第２ウォータポンプ１０３と共に稼動しながら前記バッテリモジュールＢに循環する冷却水の流量を増大させ得る。

【0091】

本実施形態において、前記第１バルブＶ１、第２バルブＶ２、第４バルブＶ４、第５バルブＶ５、および第６バルブＶ６は流量の分配が可能な３−Ｗａｙバルブであり得る。

【0092】

一方、前記第１バルブＶ１と前記チラー１１０との間で前記第１連結ライン１１１には第７バルブＶ７が備えられ得る。

【0093】

前記第７バルブＶ７は前記チラー１１０から前記第１バルブＶ１を向かって冷却水の逆流を防止するように機能する。

【0094】

また、前記バッテリモジュールＢと前記チラー１１０との間で前記バッテリ冷却ライン１０１には加熱器１０５が備えられ得る。

【0095】

ここで、前記加熱器１０５は前記バッテリモジュールＢのウォームアップ時に選択的にＯＮ作動し、前記バッテリ冷却ライン１０１で循環する冷却水を加熱して前記バッテリモジュールＢに流入させ得る。

【0096】

また、前記加熱器１０５は車両の暖房モード、または車両の暖房および除霜モードで選択的にＯＮ作動し、前記バッテリ冷却ライン１０１で循環する冷却水を加熱し得る。

【0097】

以下、前記のように構成される本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステム１００の各モード別の作動および作用について図２乃至図６を参照して詳細に説明する。

【0098】

まず、本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステム１００の、車両の冷房モードに応じたバッテリモジュールの冷却時の作動について図２を参照して説明する。

【0099】

図２は本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムの、車両の冷房モードに応じたバッテリモジュールの冷却時の作動状態図である。

【0100】

図２を参照すると、車両の冷房モードでバッテリモジュールＢを冷却する場合、前記電装用冷却手段１０では前記モータ１５と前記電装品１６の冷却要求および冷却水温に応じ、前記第５バルブＶ５および第６バルブＶ６の作動により前記冷却ライン１１が開放される。

【0101】

これと共に、前記バッテリ冷却ライン１０１は前記第１バルブＶ１の作動により前記バッテリモジュールＢと前記チラー１１０が連結されるように前記第１連結ライン１１１が開放される。

【0102】

ここで、前記冷却ライン１１と前記バッテリ冷却ライン１０１は前記第５バルブＶ５および第６バルブＶ６の作動により連結されなくなる。

【0103】

これにより、前記電装用冷却手段１０と前記バッテリモジュールＢの冷却水はそれぞれ閉鎖された回路に流動される。

【0104】

すなわち、前記ラジエータ１２で冷却された冷却水は前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記モータ１５、および前記電装品１６を冷却させるように前記冷却ライン２１を循環する。

【0105】

また、前記チラー１１０を通過した冷却水は前記第２ウォータポンプ１０３の作動により前記バッテリモジュールＢを冷却させるように前記バッテリ冷却ライン１０１を循環する。

【0106】

前記バッテリ冷却ライン１０１を循環する冷却水は前記チラー１１０で冷媒と熱交換により冷却され、前記バッテリモジュールＢに供給される。これにより、前記バッテリモジュールＢは冷却された冷却水により冷却される。

【0107】

一方、前記エアコン手段２０は車両室内を冷房するように冷媒ライン２１に沿って冷媒を循環させて室内を冷房する。

【0108】

ここで、前記第２バルブＶ２、第３バルブＶ３、および第４バルブＶ４の作動により前記バイパスライン１１５、前記除湿ライン４１、および前記除霜ライン４３が閉鎖される。

【0109】

これにより、前記チラー１１０は前記蒸発器２７および前記外部コンデンサ３５に並列連結され得る。

【0110】

前記外部コンデンサ３５から排出された一部の冷媒は前記第２膨張バルブ４５の作動により膨張して低温低圧の状態になり、前記第２連結ライン１１３と連結される前記チラー１１０に流入する。

【0111】

その後、前記チラー１１０に流入した冷媒は冷却水と熱交換され、前記第２連結ライン１１３を介して前記アキュムレータ３３に流入する。

【0112】

すなわち、前記バッテリモジュールＢを冷却しながら温度が上昇した冷却水は低温低圧の冷媒と前記チラー１１０の内部で熱交換により冷却される。冷却された冷却水は前記バッテリ冷却ライン１０１を介して再びバッテリモジュールＢに供給される。

【0113】

すなわち、冷却水は前述したような作動を繰り返し行うことにより前記バッテリＢを効率的に冷却させ得る。

【0114】

一方、前記外部コンデンサ３５から排出された残りの冷媒は車両の室内を冷房するように前記冷媒ライン２１を介して流動され、前記第１膨張バルブ３７、前記蒸発器２７、前記アキュムレータ３３、前記圧縮器３１、前記内部コンデンサ２３を順次に通過する。

【0115】

ここで、前記ＨＶＡＣモジュール２２に流入する外気は前記蒸発器２７に流入した低温状態の冷媒により前記蒸発器２７を通過しながら冷却される。

【0116】

このとき、前記開閉ドア２９は冷却された外気が前記内部コンデンサ２３とヒータ２５を通過しないように前記内部コンデンサ２３に通過する部分を閉鎖する。したがって、冷却された外気は車両の内部に直接流入することにより、車両室内を冷房し得る。

【0117】

その後、冷媒は前記オリフィス３９を通過して前記外部コンデンサ３５に流入し、前記外部コンデンサ３５を通過しながら外気との熱交換により凝縮される。

【0118】

このとき、前記オリフィス３９はバルブとして作動し得る。

【0119】

すなわち、前述した過程を繰り返し行いながら冷媒は車両の冷房モードで室内を冷房すると共に、前記チラー１１０を通過しながら熱交換により冷却水を冷却させる。

【0120】

本実施形態において、車両の冷房モードが中止された状態で冷媒を利用したバッテリモジュールの冷却時の作動について図３を参照して説明する。

【0121】

図３は本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムの、車両の冷房モードが中止された状態で冷媒を利用したバッテリモジュールの冷却時の作動状態図である。

【0122】

図３を参照すると、冷媒を利用してバッテリモジュールＢを冷却する場合、前記エアコン手段２０の第１膨張バルブ３７は作動が中止され、前記蒸発器２７への冷媒の流入が防止される。

【0123】

これにより、冷媒は前記圧縮器３１から前記外部コンデンサ３５に流入し、外気との熱交換により凝縮される。その後、冷媒は前記外部コンデンサ３５から排出され、前記冷媒ライン２１に沿って前記第２連結ライン１１３に流入する。

【0124】

前記第２連結ライン１１３に流入した冷媒は前記第２膨張バルブ４５の作動により膨張され、低温低圧の状態になり、前記チラー１１０に流入する。

【0125】

前記チラー１１０に流入した冷媒は冷却水と熱交換され、前記第２連結ライン１１３を介して前記アキュムレータ３３に流入する。

【0126】

すなわち、前記バッテリモジュールＢを冷却しながら温度が上昇した冷却水は低温低圧の冷媒と前記チラー１１０の内部で熱交換により冷却される。冷却された冷却水は前記バッテリ冷却ライン１０１を介して再びバッテリモジュールＢに供給される。

【0127】

したがって、冷却水は前述した作動を繰り返し行いながら前記バッテリＢを効率的に冷却させ得る。

【0128】

一方、前記チラー１１０を通過した冷媒は前記アキュムレータ３３を通過して再び前記圧縮器３１、前記内部コンデンサ２３を順次通過する。

【0129】

その後、冷媒は前記オリフィス３９を通過して前記外部コンデンサ３５に流入し、前記外部コンデンサ３５を通過しながら外気との熱交換により凝縮される。

【0130】

このとき、前記オリフィス３９はバルブとして作動し得る。

【0131】

ここで、前記バイパスライン１１５、前記除湿ライン４１、および前記除霜ライン４３は前記第２バルブＶ２、第３バルブＶ３、および第４バルブＶ４の作動により閉鎖される。

【0132】

一方、前記電装用冷却手段１０では前記モータ１５と前記電装品１６の冷却要求および冷却水温に応じ、前記第５バルブＶ５および第６バルブＶ６の作動により前記冷却ライン１１が開放される。

【0133】

これと共に、前記バッテリ冷却ライン１０１は前記第１バルブＶ１の作動により前記バッテリモジュールＢと前記チラー１１０が連結されるように前記第１連結ライン１１１が開放される。

【0134】

ここで、前記冷却ライン１１と前記バッテリ冷却ライン１０１は前記第５バルブＶ５および第６バルブＶ６の作動により連結されなくなる。

【0135】

これにより、前記電装用冷却手段１０と前記バッテリモジュールＢの冷却水はそれぞれ閉鎖された回路を介して独立的に流動される。

【0136】

すなわち、前記ラジエータ１２で冷却された冷却水は前記第１ウォータポンプ１４の作動により前記モータ１５、および前記電装品１６を冷却させるように前記冷却ライン２１を循環する。

【0137】

反面、前記バッテリ冷却ライン１０１を循環する冷却水は前記チラー１１０で冷媒と熱交換により冷却され、前記バッテリモジュールＢに供給される。これにより、前記バッテリモジュールＢは冷媒と熱交換により冷却された冷却水によって冷却される。

【0138】

すなわち、前記バッテリモジュールＢには前記チラー１１０で冷媒との熱交換により冷却された冷却水が第２ウォータポンプ１０３の作動により流入する。これにより、冷却された冷却水は前記バッテリモジュールＢを効率的に冷却し得る。

【0139】

一方、図２と図３では前記電装用冷却手段１０が作動する場合を一実施形態として説明しているが、これに限定されず、前記モータ１５と前記電装品１６の冷却が要求されない場合は前記冷却ライン１１への冷却水の循環が中断され得る。

【0140】

本実施形態において、車両の暖房モードに応じた前記電装品、および前記バッテリモジュールで廃熱回収時の作動について図４を参照して説明する。

【0141】

図４は本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムの、車両の暖房モードに応じた電装品およびバッテリモジュールの廃熱回収時の作動状態図である。

【0142】

図４を参照すると、車両の暖房モードで前記バッテリモジュールＢ、前記モータ１５、および前記電装品１６の廃熱を回収するとき、前記第１バルブＶ１および第２バルブＶ２の作動により前記第１連結ライン１１１および第２連結ライン１１３と前記バイパスライン１１５とが開放される。

【0143】

また、前記除湿ライン４１と前記除霜ライン４３が前記第３バルブＶ３および第４バルブＶ４の作動により閉鎖される。

【0144】

このとき、前記第５バルブＶ５および第６バルブＶ６は前記モータ１５および前記電装品１６が前記ラジエータ１２と連結されないように前記冷却ライン１１の連結を閉鎖する。

【0145】

これと共に、前記第５バルブＶ５および第６バルブＶ６は前記モータ１５および前記電装品１６を通過する冷却ライン１１を前記バッテリ冷却ライン１０１と連通させる。

【0146】

これにより、前記モータ１５および前記電装品１６から発生した廃熱と前記バッテリモジュールＢから発生した廃熱により温度が上昇した冷却水は前記第１ウォータポンプ１４および第２ウォータポンプ１０３の作動により前記第１連結ライン１１１にそれぞれ流入し、前記チラー１１０を通過する。

【0147】

ここで、前記第１膨張バルブ３７および第２膨張バルブ４５は作動が中断される。

【0148】

したがって、前記外部コンデンサ３５から排出された冷媒は前記第２バルブＶ２の作動により開放された前記バイパスライン１１５に流入する。その後、冷媒は前記第２連結ライン１１３を介して前記チラー１１０に流入し、前記チラー１１０で温度が上昇した冷却水と熱交換される。

【0149】

すなわち、前記モータ１５および前記電装品１６と前記バッテリモジュールＢから発生した廃熱は前記チラー１１０で前記冷媒の温度を上昇させる。

【0150】

温度が上昇した冷媒は前記アキュムレータ３３を通過して前記圧縮器３１に流入し、圧縮器３１から高温高圧の状態に圧縮され、前記内部コンデンサ２３に流入する。

【0151】

ここで、前記開閉ドア２９は前記ＨＶＡＣモジュール２２に流入し、前記蒸発器２７を通過した外気が前記内部コンデンサ２３を通過するように開放する。

【0152】

これにより、外部から流入した外気は冷媒が供給されない前記蒸発器２７を通過するとき、冷却されない室温状態で流入する。流入した外気は前記内部コンデンサ２３を通過しながら高温状態に変換され、選択的に作動する前記ヒータ２５を通過して車両室内に流入することにより、車両室内の暖房が実現され得る。

【0153】

その後、冷媒は前記オリフィス３９を通過しながら膨張した状態で、前記外部コンデンサ３５に流入し、前記外部コンデンサ３５を通過しながら外気との熱交換により凝縮される。

【0154】

このとき、前記オリフィス３９は膨張バルブとして作動し得る。

【0155】

一方、前記加熱器１０５は必要に応じて選択的にＯＮ作動し、前記バッテリ冷却ライン１０１で循環する冷却水を加熱し得る。これにより、前記チラー１１０を通過する冷媒は速かに温度が上昇する。

【0156】

すなわち、本実施形態によるヒートポンプシステム１００は車両の暖房モードで前記モータ１５、前記電装品１６、および前記バッテリモジュールＢから発生される廃熱源を冷媒の温度上昇に利用することにより、圧縮器３１の動力消耗を減らし、暖房効率を向上させることができる。

【0157】

本実施形態で、車両の暖房および除湿モードに応じた前記電装品、および前記バッテリモジュールで廃熱回収時の作動について図５を参照して説明する。

【0158】

図５は本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムの、車両の暖房および除湿モードに応じた電装品およびバッテリモジュールの廃熱回収時の作動状態図である。

【0159】

図５を参照すると、車両の暖房および除湿モードで前記バッテリモジュールＢ、前記モータ１５、および前記電装品１６の廃熱を回収するとき、前記第１バルブＶ１および第２バルブＶ２の作動により前記第１連結ライン１１１および第２連結ライン１１３と前記バイパスライン１１５が開放される。

【0160】

また、前記第５バルブＶ５および第６バルブＶ６は前記モータ１５および前記電装品１６が前記ラジエータ１２と連結されないように前記冷却ライン１１の連結を閉鎖する。

【0161】

これと共に、前記モータ１５、および前記電装品１６を通過する前記冷却ライン１１と前記バッテリ冷却ライン１０１が前記第１バルブＶ１、第５バルブＶ５、および第６バルブＶ６の作動により前記第１連結ライン１１１と連結される。

【0162】

これにより、前記モータ１５および前記電装品１６から発生した廃熱と前記バッテリモジュールＢから発生した廃熱により温度が上昇した冷却水は前記第１ウォータポンプ１４および第２ウォータポンプ１０３の作動により前記第１連結ライン１１１にそれぞれ流入して前記チラー１１０を通過する。

【0163】

ここで、前記除湿ライン４１は前記外部コンデンサ３５に流入する冷媒のうちの一部が循環するように第３バルブＶ３の作動により開放される。

【0164】

また、前記除霜ライン４３は前記第４バルブＶ４の作動により閉鎖され、前記第１膨張バルブ３７および第２膨張バルブ４５は作動が中断される。

【0165】

したがって、前記外部コンデンサ３５から排出された冷媒は前記第２バルブＶ２の作動により開放された前記バイパスライン１１５に流入する。その後、冷媒は前記第２連結ライン１１３を介して前記チラー１１０に流入し、前記チラー１１０で温度が上昇した冷却水と熱交換される。

【0166】

すなわち、前記モータ１５および前記電装品１６と前記バッテリモジュールＢから発生した廃熱は前記チラー１１０で前記冷媒の温度を上昇させる。

【0167】

温度が上昇した冷媒は前記アキュムレータ３３を通過して前記圧縮器３１に流入し、圧縮器３１から高温高圧の状態に圧縮されて前記内部コンデンサ２３に流入する。

【0168】

一方、前記第１膨張バルブ３７と前記蒸発器２７を連結する前記冷媒ライン２１は前記第２バルブＶ２の作動により閉鎖される。しかし、前記オリフィス３９を通過しながら膨張した冷媒のうちの一部が開放された前記除湿ライン４１を介して前記蒸発器２７に流入する。

【0169】

このような状態で、前記開閉ドア２９は前記ＨＶＡＣモジュール２２に流入し、前記蒸発器２７を通過した外気が前記内部コンデンサ２３を通過するように開放する。

【0170】

すなわち、前記ＨＶＡＣモジュール２２に流入する外気は前記蒸発器２７に流入した低温状態の冷媒により前記蒸発器２７を通過しながら除湿される。その後、前記内部コンデンサ２３を通過しながら高温状態に変換され、選択的に作動する前記ヒータ２５を通過して車両室内に流入することにより、車両の室内を暖房／除湿する。

【0171】

その後、冷媒は前記オリフィス３９を通過しながら膨張した状態で、前記外部コンデンサ３５に流入し、前記外部コンデンサ３５を通過しながら外気との熱交換により凝縮される。

【0172】

このとき、前記オリフィス３９は膨張バルブとして作動し得る。

【0173】

すなわち、本実施形態によるヒートポンプシステム１００は車両の暖房および除湿モードで前記モータ１５、前記電装品１６、および前記バッテリモジュールＢから発生される廃熱源を冷媒の温度上昇に利用して圧縮器３１の動力消耗を減らし、暖房効率を向上させることができる。

【0174】

また、前記オリフィス３９を通過しながら膨張した冷媒のうちの一部を前記除湿ライン４１を介して前記蒸発器２７に流入させて前記第１膨張バルブ３７の作動がなくても室内除湿を行うことができる。

【0175】

本実施形態において、車両の暖房および除霜モードに応じた前記電装品、および前記バッテリモジュールで廃熱回収時の作動について図６を参照して説明する。

【0176】

図６は本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステムの、車両の暖房および除霜モードに応じた電装品およびバッテリモジュールの廃熱回収時の作動状態図である。

【0177】

ここで、除霜モードは前記外部コンデンサ３５に積霜（ｆｒｏｓｔ）が発生する場合に作動する。

【0178】

図６を参照すると、車両の暖房および除霜モードで前記バッテリモジュールＢ、前記モータ１５、および前記電装品１６の廃熱を回収する場合は前記第１バルブＶ１、第２バルブＶ２、および第３バルブＶ３の作動により前記第１連結ライン１１１、前記バイパスライン１１５、および前記除霜ライン４３が開放される。

【0179】

また、前記外部コンデンサ３５と連結された前記冷媒イン２１と前記除湿ライン４１とが前記第３バルブＶ３および第４バルブＶ４の作動により閉鎖される。

【0180】

また、前記第５バルブＶ５および第６バルブＶ６は前記モータ１５および前記電装品１６が前記ラジエータ１２と連結されないように前記冷却ライン１１の連結を閉鎖する。

【0181】

これと共に、前記モータ１５、および前記電装品１６を通過する前記冷却ライン２１と前記バッテリ冷却ライン１０１が前記第１バルブＶ１、第５バルブＶ５、および第６バルブＶ６の作動により前記第１連結ライン１１１と連結される。

【0182】

これにより、前記モータ１５および前記電装品１６から発生した廃熱と前記バッテリモジュールＢから発生した廃熱により温度が上昇した冷却水は前記第１ウォータポンプ１４および第２ウォータポンプ１０３の作動により前記第１連結ライン１１１にそれぞれ流入して前記チラー１１０を通過する。

【0183】

ここで、除霜ライン４３は積霜が発生した前記外部コンデンサ３５に冷媒の流入を中断させ、冷媒を前記バイパスライン１１５と前記第２連結ライン１１３を介して前記チラー１１０に流入させることにより、前記外部コンデンサ３５に積霜の増加を防止すると共に除霜を行うことができる。

【0184】

この場合、前記第１膨張バルブ３７および第２膨張バルブ４５は作動が中断される。

【0185】

したがって、前記オリフィス３９を通過した冷媒は前記外部コンデンサ３５を通過せず、前記第２バルブＶ２の作動により開放された前記バイパスライン１１５に流入する。その後、冷媒は前記第２連結ライン１１３を介して前記チラー１１０に流入し、前記チラー１１０で温度が上昇した冷却水と熱交換される。

【0186】

すなわち、前記モータ１５および前記電装品１６および前記バッテリモジュールＢから発生した廃熱は前記チラー１１０で前記冷媒の温度を上昇させる。

【0187】

温度が上昇した冷媒は前記アキュムレータ３３を通過して前記圧縮器３１に流入し、圧縮器３１から高温高圧の状態に圧縮されて前記内部コンデンサ２３に流入する。

【0188】

一方、前記第１膨張バルブ３７と前記蒸発器２７とを連結する前記冷媒ライン２１は前記第２バルブＶ２の作動により閉鎖される。

【0189】

このような状態で、前記開閉ドア２９は前記ＨＶＡＣモジュール２２に流入し、前記蒸発器２７を通過した外気が前記内部コンデンサ２３を通過するように開放する。

【0190】

これにより、外部から流入した外気は冷媒が供給されない前記蒸発器２７を通過するとき、冷却されない室温状態で流入する。流入した外気は前記内部コンデンサ２３を通過しながら高温状態に変換され、選択的に作動する前記ヒータ２５を通過して車両室内に流入することにより、車両室内の暖房が実現され得る。

【0191】

その後、冷媒は前記オリフィス３９を通過しながら膨張し、再び除霜ライン４３に流入しながら循環する。

【0192】

このとき、前記オリフィス３９は膨張バルブとして作動し得る。

【0193】

一方、前記加熱器１０５は必要に応じて選択的にＯＮ作動し、前記バッテリ冷却ライン１０１で循環する冷却水を加熱し得る。これにより、前記チラー１１０を通過する冷媒は速かに温度が上昇する。

【0194】

すなわち、本実施形態によるヒートポンプシステム１００は車両の暖房および除霜モードで前記モータ１５、前記電装品１６、および前記バッテリモジュールＢから発生される廃熱源を冷媒の温度上昇に利用することにより、圧縮器３１の動力消耗を減らし、暖房効率を向上させることができる。

【0195】

また、外部コンデンサ３５に積霜が発生する場合、前記除霜ライン４３を介して冷媒の流入を遮断することにより、より速かに前記外部コンデンサ３５を除霜することができる。

【0196】

一方、本実施形態においては、車両の暖房モードで前記モータ１５、前記電装品１６、および前記バッテリモジュールＢの廃熱を全て回収する場合を一実施形態として説明しているが、これに限定されず、暖房モードで前記モータ１５、および前記電装品１６から発生した廃熱、または前記バッテリモジュールＢから発生した廃熱をそれぞれ選択的に回収することもできる。

【0197】

したがって、前記のように構成される本発明の実施形態による車両用ヒートポンプシステム１００を適用すると、電気自動車またはハイブリッド車両で冷却水と冷媒が熱交換される一つのチラー１１０を利用して車両のモードに応じてバッテリモジュールＢをウォームアップまたは冷却させることにより、システムの単純化が可能になる。

【0198】

また、バッテリモジュールＢが車両のモードに合わせて効率的にウォームアップおよび冷却されることにより、バッテリモジュールＢの最適の性能を発揮することが可能になり、効率的なバッテリモジュールＢの管理により車両の全体的な走行距離を増加させることができる。

【0199】

また、前記モータ１５、前記電装品１６、および前記バッテリモジュールＢの廃熱源を選択的に利用して暖房効率を向上させることができる。

【0200】

さらに、全体システムの簡素化により製作原価の節減および重量減少が可能であり、空間活用性を向上させることができる。

【0201】

以上、本発明を限定された実施形態と図面により説明したが、本発明はこれにより限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者により本発明の技術思想と以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形が可能することは勿論である。

【符号の説明】

【0202】

１０ 電装用冷却手段
１１ 冷却ライン
１２ ラジエータ
１３ クーリングファン
１４ 第１ウォータポンプ
１５ モータ
１６ 電装品
２０ エアコン手段
２１ 冷媒ライン
２２ ＨＶＡＣモジュール
２３ 内部コンデンサ
２５ ヒータ
２７ 蒸発器
２９ 開閉ドア
３１ 圧縮器
３３ アキュムレータ
３５ 外部コンデンサ
３７ 第１膨張バルブ
３９ オリフィス
４１ 除湿ライン
４３ 除霜ライン
４５ 第２膨張バルブ
１００ ヒートポンプシステム
１０１ バッテリ冷却ライン
１０３ 第２ウォータポンプ
１１０ チラー
１１１ 第１連結ライン
１１３ 第２連結ライン
１１５ バイパスライン
Ｂ バッテリモジュール
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７ 第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】