(57)【要約】【課題】  除霜の効率を向上させた電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法の提供することである。【解決手段】  室外熱交換器に送風を提供する室外ファン、冷却水ラインに設置され、パワートレインモジュールまたはバッテリーを循環する冷却水の温度を感知する冷却水温度センサー、前記室外熱交換器の一側に設置され、前記室外熱交換器を通過した冷媒の圧力で規定される室外熱交換器の出口圧力を感知する室外熱交換センサー及び前記圧縮機の吸入側に設置され、前記圧縮機に流入する冷媒の温度で規定される圧縮機入口温度を感知する圧縮機入口センサーを含むことができる。そして、前記冷却水温度センサー、前記室外熱交換センサー及び前記圧縮機入口センサーから感知された情報に基づいて、着霜の発生有無を判断することができる、電気自動車用ヒートポンプシステムによって達成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法であって、
冷却水の温度と前記冷却水の粘性力が急変する時点で規定される冷却水の基準温度を比較して廃熱回収条件を判断するステップと、
直前の電気自動車運行時の除霜モードを中断するか否かを判断する、運転を中断するか否かを判断するステップと、
暖房モードの連続運転時間を感知するステップと、
室外温度を感知するステップと、
前記連続運転時間と前記室外温度に基づいて、室外熱交換器の着霜の発生有無を判断する第１インデックス及び第２インデックスを測定するステップと、を含んでなる、電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項２】
前記廃熱回収条件を充足する場合、前記室外熱交換器の着霜の発生有無を判断しない、請求項１に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項３】
前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より高い場合、電気自動車の電装部品から発生する熱を冷媒蒸発の熱源として利用する廃熱回収モードで運転され、
前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より低い場合、外気を冷媒蒸発の熱源として利用する一般暖房モードで運転される、請求項１又は２に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項４】
前記運転を中断するのか否かの判断ステップは、
前記運転の中断がある場合、前記連続運転時間を感知するステップを省略する、請求項１〜３の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項５】
前記測定された第１インデックス及び第２インデックスが、それぞれの基礎条件を充足するか否かを判断するステップと、
前記第１インデックス及び前記第２インデックスのうち前記基礎条件を充足した少なくとも何れか一つのインデックスの維持時間が持続時間条件を充足するか否かを判断するステップと、
前記インデックスの維持時間が前記持続時間条件を充足する場合、着霜が発生したと判断し、除霜モード運転を行うステップとをさらに含んでなる、請求項１〜４の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項６】
前記第１インデックスは、圧縮機に吸込まれる冷媒の温度で規定される圧縮機入口温度を含んでなり、
前記第１インデックスの基礎条件は、
暖房モードの最小連続運転時間条件、室外温度条件、及び前記室外温度条件に対応する前記圧縮機入口温度の条件を含んでなる、請求項５に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項７】
前記暖房モードの最小連続運転時間条件は、
初期起動のオーバーシュートを回避する第１運転時間と、
前記第１運転時間経過後到達し、前記室外温度条件及び前記室外温度条件に対応する前記圧縮機入口温度の条件を補正する第２運転時間とを含んでなる、請求項６に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項８】
前記第２インデックスは、室外熱交換器を通過した冷媒の圧力で規定される室外熱交換器の出口圧力を含んでなり、
前記第２インデックスの基礎条件は、
暖房モードの最小連続運転時間条件、室外温度条件及び前記室外温度条件に対応する前記室外熱交換器の出口圧力条件を含んでなる、請求項５〜７の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項９】
前記室外熱交換器の出口圧力条件は、
前記測定された第２インデックスが７０ｋＰａより高い圧力であるか否かにより規定される、請求項８に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項１０】
前記除霜モード運転を行うステップは、
冷媒の凝縮温度に基づいて規定される除霜終了条件を充足すると、暖房モードに復帰する暖房運転転換ステップを含んでなる、請求項５〜９の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項１１】
前記暖房運転転換ステップは、
圧縮機をオフ（ＯＦＦ）させるステップと、
室外温度に基づいて規定されるフレッシュフォギング条件を充足するか否かを判断するステップと、
前記フレッシュフォギング条件を充足する場合、前記圧縮機のオフ状態を維持する駆動遅延時間を決定するステップと、
前記駆動遅延時間が経過すると圧縮機を作動（ＯＮ）するステップとを含んでなる、請求項１０に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項１２】
前記第２インデックスは、室外熱交換器の出口圧力の変化量で規定され、
前記室外熱交換器の出口圧力の変化量は、
前記室外熱交換器を通過した冷媒の圧力に対する平均値（Ｐｃａｖｇ）と、予め設定された運転時間が経過した後感知される前記室外熱交換器を通過した冷媒の圧力（Ｐｃ）の差で定義される、請求項１〜１１の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項に記載の制御方法を実行する電気自動車用ヒートポンプシステムであって、
パワートレインモジュール及びバッテリーに冷却水が循環する冷却水ラインと、
圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、室内膨張弁、及び室外膨張弁に冷媒が循環する冷媒ラインと、
前記室外熱交換器に送風を提供する室外ファンと、
前記冷却水ラインに設置され、前記パワートレインモジュール又は前記バッテリーを循環する冷却水の温度を感知する冷却水温度センサーと、
前記圧縮機の吸入側に設置され、前記第１インデックスを測定する圧縮機入口センサーと、
前記室外熱交換器の一側に設置され、前記第２インデックスを測定する室外熱交換センサーとを備えてなる、電気自動車用ヒートポンプシステム。
【請求項１４】
前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、
前記冷却水ラインと前記冷媒ラインが熱交換されるように備えられたパワートレインチラーをさらに備えてなる、請求項１３に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
【請求項１５】
前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、
以前の運行記録が貯蔵されるメモリーをさらに備えてなり、
前記メモリーに貯蔵された情報に基づいて、前記運転を中断するか否かを判断する、請求項１３又は１４に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連技術〕
本発明は、韓国特許出願第１０−２０１９−００５３９８９号（出願日：２０１９年５月８日）に基づくパリ条約４条の優先権主張を伴ったものであり、当該韓国特許出願に開示された内容に基づくものである。参考のために、当該韓国特許出願の明細書及び図面の内容は本願明細書の一部に包摂されるものである。
〔本発明〕
本発明は、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、自動車の駆動エネルギーを化石燃料の燃焼からではなく、電気エネルギーから得る自動車と定義することができる。
【０００３】
一般的に、前記電気自動車には、バッテリー、駆動モータ、減速機、インバータ、コンバータ、オンボードチャージャー等が含まれる。そして、前記電気自動車は、電気エネルギーを前記バッテリーから前記駆動モータに供給して駆動力を発生させることができる。従って、前記電気自動車は、前記バッテリーの消耗電力を低減するほど１回充電当たりの走行距離を増加させることができる。
【０００４】
前記電気自動車は、電気エネルギーの効率的な使用と室内(または、客室)を冷房または暖房するためにヒートポンプシステムを含むことができる。このような電気自動車用ヒートポンプシステムは、圧縮機、流路切替弁、室外熱交換器、室内熱交換器及び膨張弁を含むことができる。
【０００５】
冷房モードにおいて、前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、圧縮機で圧縮された高圧の気相冷媒が室外熱交換器を通じて凝縮された後、膨張弁を経て室内熱交換器で蒸発される。従って、前記室内は冷房される。
【０００６】
暖房モードにおいて、前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、圧縮機で圧縮された高圧の気相冷媒が室内熱交換器を通過しながら室内ファンの送風力によって外気と熱交換される。ここで、熱交換された冷媒は凝縮され、外気は熱を吸収するので、温度が上昇することができる。
【０００７】
前記温度が上昇した外気は、室内ファンの送風によって室内に吐出される。従って、前記室内は暖房される。一方、凝縮された冷媒は、膨張弁を経て室外熱交換器で蒸発された後、圧縮機に回収される。
【０００８】
一方、暖房モードにおいて、室外熱交換器の管内を流動する冷媒の蒸発温度が０℃以下に維持されると、前記室外熱交換器の表面に存在する湿り空気の凝縮水に霜が発生して表面に付着する現象が発生することがある。このような現象を着霜(frost sticking)と定義する。
【０００９】
前記着霜が進行すると、熱交換を妨害するので暖房性能が低下し、前記着霜が持続的に維持されると、室内の熱的快適感が落ち、湿り圧縮などによる圧縮機の信頼性に問題が発生する可能性がある。これを防止するために、従来の電気自動車用ヒートポンプシステムは、除霜モードで運転（作動：実行：以下同じ）することができる。従って、前記着霜発生の有無判断は、前記除霜モードを実行するために大変重要である。
しかし、従来の電気自動車用ヒートポンプシステムには、以下のような問題がある。
【００１０】
第一、電気自動車用ヒートポンプシステムにおいて、効果的で信頼性が高い着霜判断のファクターを提供できない問題がある。結局、着霜を正確に判断できず、効率的な除霜モードを実行できない問題がある。
【００１１】
第二、除霜モードにおいては、室内熱交換器が蒸発器として作動して冷媒の暖房サイクルが冷房サイクルに転換されるが、除霜モードが頻繁に突入して除霜エネルギーを増加させるので、バッテリーの消耗電力を増加させる問題がある。
【００１２】
第三、精密で正確な着霜判断のファクターが提供されないと、不完全な除霜(defrosting)により室外熱交換器の表面に残った結氷や溜まっている凝縮水によって、暖房サイクル転換時に着霜が促進され、暖房性能の下落が深化する問題がある。
【００１３】
第四、ヒートポンプに運転時間に対する考慮なしに、温度と圧力を設定値と比較して除霜モードの突入を判断するので、着霜以外の原因によって除霜モードが突入する問題がある。即ち、暖房と除霜サイクルが非効率的に実行される問題がある。
【００１４】
第五、非効率的な除霜モードによって、バッテリーの消耗電力が相対的に高くなり、エネルギー消費が多くなる問題がある。
【００１５】
第六、始動のオン/オフ(ON/OFF)が頻繁な電気自動車の運転特性を考慮できず除霜モードを実行する問題がある。これによれば、除霜中断による考慮なしに既設定されたロジックに応じて除霜モードを判断することになり、除霜効率が著しく落ちる問題がある。
【００１６】
第七、除霜完了後再び暖房モードに転換される過程で、室内の相対湿度が急激に上昇して室内の窓ガラスに露ができる現象(「フレッシュフォギング」)に対する防止方法が全くない問題がある。結局、運転者の視野を妨害し、走行安全に悪影響を及ぼす問題がある。
【００１７】
第八、ヒートポンプシステムの構成が複雑な問題がある。これによれば、部品数とサイズが増加し、電気自動車の制約的な設置空間に適用し難い問題がある。
【００１８】
第九、ヒートポンプシステムの多様な運転モードまたは要求される負荷に応じて、電気自動車の周囲環境を適切かつ柔軟に活用する方案が不足する問題がある。これによれば、冷房または暖房モードにおいて、適切な過冷度確保を通じたサイクルの性能向上を期待できず、結局、バッテリーの過度な電力消耗が発生する問題がある。
これに関した先行技術文献情報は、以下のようである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】ＫＲ１０２０１３００１４５３５Ａ
【特許文献２】ＫＲ１０２０１５００９８１６７Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上記した問題を解決できる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２１】
特に、本発明は、精密で正確な着霜判断のファクターを利用して除霜の効率を向上させる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２２】
また、本発明は、始動のオン/オフが頻繁な電気自動車の特性を考慮して、着霜の有無を判断して熱交換器の除霜を実行できる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２３】
また、本発明は、除霜モードにおいて冷媒と霜の間の熱交換を向上させることができる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２４】
また、本発明は、除霜モードと暖房モードの転換過程で、電気自動車の走行中の安全性を向上させることができる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２５】
また、本発明は、室内空気調和のための多様な運転モードを単一補助熱交換器を利用して具現できる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２６】
また、本発明は、電気自動車の狭い設置空間に適合するようにアキュムレータと過冷却熱交換器の機能を統合して、コンパクトな構造を有する補助熱交換器が備えられる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２７】
また、本発明は、室内搭乗者の温熱快適感を向上させるとともに、バッテリーの消耗電力を低減させることができる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２８】
また、本発明は、パワートレイン、オンボードチャージャー(On Board Charger)、バッテリーなど電気自動車の冷却水サイクルで発生する廃熱を冷媒サイクルに活用できる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２９】
また、本発明は、１回充電当たりの走行距離を増加させることができる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
〔本発明の一の態様〕
本発明の一の態様は以下の通りである。
〔１〕  電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法であって、
冷却水の温度と前記冷却水の粘性力が急変する時点で規定される冷却水の基準温度を比較して廃熱回収条件を判断するステップと、
直前の電気自動車運行時の除霜モードを中断するか否かを判断する、運転を中断するか否かを判断するステップと、
暖房モードの連続運転時間を感知するステップと、
室外温度を感知するステップと、
前記連続運転時間と前記室外温度に基づいて、室外熱交換器の着霜の発生有無を判断する第１インデックス及び第２インデックスを測定するステップと、を含んでなる、電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔２〕  前記廃熱回収条件を充足する場合、前記室外熱交換器の着霜の発生有無を判断しない、〔１〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔３〕  前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より高い場合、電気自動車の電装部品から発生する熱を冷媒蒸発の熱源として利用する廃熱回収モードで運転され、
前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より低い場合、外気を冷媒蒸発の熱源として利用する一般暖房モードで運転される、〔１〕又は〔２〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔４〕  前記運転を中断するのか否かの判断ステップは、
前記運転の中断がある場合、前記連続運転時間を感知するステップを省略する、〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔５〕  前記測定された第１インデックス及び第２インデックスが、それぞれの基礎条件を充足するか否かを判断するステップと、
前記第１インデックス及び前記第２インデックスのうち前記基礎条件を充足した少なくとも何れか一つのインデックスの維持時間が持続時間条件を充足するか否かを判断するステップと、
前記インデックスの維持時間が前記持続時間条件を充足する場合、着霜が発生したと判断し、除霜モード運転を行うステップとをさらに含んでなる、〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔６〕  前記第１インデックスは、圧縮機に吸込まれる冷媒の温度で規定される圧縮機入口温度を含んでなり、
前記第１インデックスの基礎条件は、
暖房モードの最小連続運転時間条件、室外温度条件、及び前記室外温度条件に対応する前記圧縮機入口温度の条件を含んでなる、〔５〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔７〕  前記暖房モードの最小連続運転時間条件は、
初期起動のオーバーシュートを回避する第１運転時間と、
前記第１運転時間経過後到達し、前記室外温度条件及び前記室外温度条件に対応する前記圧縮機入口温度の条件を補正する第２運転時間とを含んでなる、〔６〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔８〕  前記第２インデックスは、室外熱交換器を通過した冷媒の圧力で規定される室外熱交換器の出口圧力を含んでなり、
前記第２インデックスの基礎条件は、
暖房モードの最小連続運転時間条件、室外温度条件及び前記室外温度条件に対応する前記室外熱交換器の出口圧力条件を含んでなる、〔５〕〜〔７〕の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔９〕  前記室外熱交換器の出口圧力条件は、
前記測定された第２インデックスが７０ｋＰａより高い圧力であるか否かにより規定される、〔８〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔１０〕  前記除霜モード運転を行うステップは、
冷媒の凝縮温度に基づいて規定される除霜終了条件を充足すると、暖房モードに復帰する暖房運転転換ステップを含んでなる、〔５〕〜〔９〕の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔１１〕  前記暖房運転転換ステップは、
圧縮機をオフ（ＯＦＦ）させるステップと、
室外温度に基づいて規定されるフレッシュフォギング条件を充足するか否かを判断するステップと、
前記フレッシュフォギング条件を充足する場合、前記圧縮機のオフ状態を維持する駆動遅延時間を決定するステップと、
前記駆動遅延時間が経過すると圧縮機を作動（ＯＮ）するステップとを含んでなる、〔１０〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔１２〕  前記第２インデックスは、室外熱交換器の出口圧力の変化量で規定され、
前記室外熱交換器の出口圧力の変化量は、
前記室外熱交換器を通過した冷媒の圧力に対する平均値（Ｐｃａｖｇ）と、予め設定された運転時間が経過した後感知される前記室外熱交換器を通過した冷媒の圧力（Ｐｃ）の差で定義される、〔１〕〜〔１１〕の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔１３〕  〔１〕〜〔１２〕の何れか一項に記載の制御方法を実行する電気自動車用ヒートポンプシステムであって、
パワートレインモジュール及びバッテリーに冷却水が循環する冷却水ラインと、
圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、室内膨張弁、及び室外膨張弁に冷媒が循環する冷媒ラインと、
前記室外熱交換器に送風を提供する室外ファンと、
前記冷却水ラインに設置され、前記パワートレインモジュール又は前記バッテリーを循環する冷却水の温度を感知する冷却水温度センサーと、
前記圧縮機の吸入側に設置され、前記第１インデックスを測定する圧縮機入口センサーと、
前記室外熱交換器の一側に設置され、前記第２インデックスを測定する室外熱交換センサーとを備えてなる、電気自動車用ヒートポンプシステム。
〔１４〕  前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、
前記冷却水ラインと前記冷媒ラインが熱交換されるように備えられたパワートレインチラーをさらに備えてなる、〔１３〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
〔１５〕  前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、
以前の運行記録が貯蔵されるメモリーをさらに備えてなり、
前記メモリーに貯蔵された情報に基づいて、前記運転を中断するか否かを判断する、〔１３〕又は〔１４〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
【００３１】
上記した目的を達成するために、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムは、暖房モードにおいて室外熱交換器の着霜の発生有無を判断する前に、室外熱交換器ではなくパワートレインチラーまたはバッテリークーラーを蒸発器として使用する廃熱回収モードの条件を充足（満足：以下同じ）するのかを判断することができる。
【００３２】
また、除霜モードで運転中の電気自動車の始動オフ(OFF)による運行中断記録がある場合、着霜の発生有無を判断するための条件から暖房モード運転時間を除外する特徴がある。
【００３３】
また、着霜の有無を判断するために、暖房モードの連続運転時間、室外温度、圧縮機入口温度、室外熱交換器の出口圧力及び持続時間を判断のファクターとして使用する特徴がある。
【００３４】
また、前記室外熱交換器の出口圧力は、予め設定された時間ごとに測定される。そして、前記予め設定された時間ごとに測定された前記室外熱交換器の出口圧力が予め設定された回数だけ生成された場合、平均圧力を計算することができる。
【００３５】
また、前記計算された平均圧力と予め設定された暖房モードの連続運転時間が経過した後測定された室外熱交換器の出口圧力に基づいて、室外熱交換器の出口圧力の変化量を算出することができる。そして、前記算出された室外熱交換器の出口圧力の変化量は、着霜発生を判断する判断のファクターとして使用することができる。これによれば、直接的、即刻的かつ正確に着霜発生を判断することができる。
【００３６】
また、除霜モードが実行される場合、室外ファンをオフ(OFF)させる特徴がある。これによれば、熱損失を誘発する対流熱伝達を防止することができる。
【００３７】
また、除霜モード終了後暖房モードに転換するとき、圧縮機の起動に駆動遅延時間を適用してフレッシュフォギングを防止するように制御することができる。
【００３８】
また、除霜モードにおいて、前記室外熱交換器を通過する冷媒の凝縮温度及び予め設定された除霜モードの最大運転時間に基づいて除霜モードの終了を判断する特徴がある。
【００３９】
具体的に、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムは、パワートレインモジュール及びバッテリーに冷却水が循環する冷却水ラインと、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、前記室内熱交換器に流入する冷媒を膨張させる室内膨張弁及び前記室外熱交換器に流入する冷媒を膨張させる室外膨張弁に冷媒が循環する冷媒ラインとを含むことができる。
【００４０】
また、前記室外熱交換器に送風を提供する室外ファン、前記冷却水ラインに設置され、前記パワートレインモジュールまたは前記バッテリーを循環する冷却水の温度を感知する冷却水温度センサー、前記室外熱交換器の一側に設置され、前記室外熱交換器を通過した冷媒の圧力で規定される室外熱交換器の出口圧力を感知する室外熱交換センサー及び前記圧縮機の吸入側に設置され、前記圧縮機に流入する冷媒の温度で規定される圧縮機入口温度を感知する圧縮機入口センサーをさらに含むことができる。
【００４１】
また、前記冷却水温度センサー、前記室外熱交換センサー及び前記圧縮機入口センサーから感知された情報に基づいて、除霜モードで運転するための着霜の発生有無を判断する制御部をさらに含むことができる。
【００４２】
また、前記制御部は、前記圧縮機入口温度と前記室外熱交換器の出口圧力を判断のファクターとして着霜の発生有無を判断することができる。
【００４３】
また、ユーザ設定温度を入力する室内コントローラ、室外温度を感知する室外温度センサー及び室内温度を感知する室内温度センサーをさらに含むことができる。
また、電気自動車の内部に入射する日射量を測定する日射量感知センサー及び在室人員を感知する人体感知センサーをさらに含むことができる。
【００４４】
また、前記制御部は、前記ユーザ設定温度、前記室外温度、前記室内温度、前記日射量及び前記在室人員に基づいて室内に吐出される空気の温度で規定される目標温度を計算することができる。
【００４５】
また、前記制御部は、前記計算された目標温度と前記室外温度に基づいて前記ユーザ設定温度に室内温度を到達させるための運転モードを決定することができる。
【００４６】
また、前記パワートレインモジュールを循環する冷却水ラインと前記室外膨張弁が設置された冷媒ラインが熱交換されるように備えられるパワートレインチラーをさらに含むことができる。
【００４７】
また、前記制御部は、前記冷却水の温度が前記冷却水の粘性力が急変する時点で規定される冷却水の基準温度より高い場合、前記室外膨張弁を閉鎖し、前記パワートレインチラーが蒸発器として作動する廃熱回収モードで運転を制御することができる。
【００４８】
また、前記制御部は、前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より低い場合、前記室外熱交換器が蒸発器として作動する暖房モードで運転を制御することができる。
【００４９】
また、前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、以前の運行記録が貯蔵されるメモリー及び前記暖房モード及び前記除霜モードの運転時間を感知するタイマーをさらに含むことができる。
【００５０】
また、前記制御部は、前記メモリーから直前の運行終了時点で除霜モードを実行するか否かを判断することができる。
【００５１】
また、前記制御部は、前記直前の運行終了時点で除霜モードが実行された場合、前記タイマーから感知された暖房モード運転時間情報を省略する特徴がある。
【００５２】
別の観点で、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法は、冷却水の温度が前記冷却水の粘性力が急変する時点で規定される冷却水の基準温度を比較して廃熱回収条件を判断するステップと、以前の運行で除霜モードで運転中の電気自動車の始動オフによる前記運転を中断するのか否かを判断するステップと、暖房モードの連続運転時間を感知するステップと、室外温度を感知するステップと、前記連続運転時間と前記室外温度に基づいて、室外熱交換器の着霜の発生有無を判断する第１インデックスと第２インデックスを測定するステップとを含むことができる。
また、前記廃熱回収条件を充足すると、前記室外熱交換器の着霜の発生有無を判断しないことを特徴とする。
【００５３】
また、前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より高いと、電気自動車の電装部品から発生する熱を冷媒蒸発の熱源として利用する廃熱回収モードで運転される。
【００５４】
また、前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より低いと、外気を冷媒蒸発の熱源として利用する一般暖房モードで運転される。
【００５５】
また、前記運転を中断するのか否かを判断するステップは、前記運転の中断がある場合、前記連続運転時間を感知するステップを省略することができる。即ち、着霜の発生有無を判断する過程で感知された連続運転時間と予め設定された運転時間を比較して判断する過程を省略することができる。
【００５６】
また、前記測定された第１インデックスと第２インデックスが、それぞれの基礎条件を充足するのかを判断するステップと、前記第１インデックス及び前記第２インデックスのうち前記基礎条件を充足した少なくともいずれか一つのインデックスの維持時間が持続時間条件を充足するのかを判断するステップと、前記インデックスの維持時間が前記持続時間条件を充足する場合、着霜が発生したと判断し、除霜モード運転を行うステップとを含むことができる。
【００５７】
また、前記第１インデックスは、圧縮機に吸込まれる冷媒の温度で規定される圧縮機入口温度を含むことができる。
【００５８】
また、前記第１インデックスの基礎条件は、暖房モードの最小連続運転時間条件、室外温度条件及び前記室外温度条件に対応する前記圧縮機入口温度の条件を含むことができる。
【００５９】
また、前記暖房モードの最小連続運転時間条件は、初期起動のオーバーシュートを回避する第１運転時間と、前記第１運転時間経過後到達し、前記室外温度条件及び前記室外温度条件に対応する前記圧縮機入口温度の条件を補正する第２運転時間とを含むことができる。
【００６０】
また、前記第２インデックスは、室外熱交換器を通過した冷媒の圧力で規定される室外熱交換器の出口圧力を含むことができる。
【００６１】
また、前記第２インデックスの基礎条件は、暖房モードの最小連続運転時間条件、室外温度条件及び前記室外温度条件に対応する前記室外熱交換器の出口圧力条件を含むことができる。
【００６２】
また、前記室外熱交換器の出口圧力条件は、前記測定された第２インデックスが７０ｋＰａより高い圧力であるのかで規定することができる。
【００６３】
また、前記第２インデックスは、室外熱交換器の出口圧力の変化量(△Ｐｃ)で規定されてもよい。
【００６４】
また、前記室外熱交換器の出口圧力の変化量(△Ｐｃ)は、前記室外熱交換器を通過した冷媒の圧力に対する平均値(Pcavg)と、予め設定された運転時間が経過した後感知される前記室外熱交換器を通過した冷媒の圧力(Pc)の差で定義される。
【００６５】
また、前記除霜モード運転を行うステップは、圧縮機の回転数を段階的に上昇させるように制御するステップと、冷媒の流動方向を切替えるように四方弁を制御し、室外膨張弁を閉鎖し、室内膨張弁の開度を段階的に制御する第１弁制御ステップと、前記室外熱交換器の一側に位置する室外ファンをオフさせるステップとを含むことができる。
【００６６】
また、前記室外熱交換器を通過した冷媒の凝縮温度を測定するステップと、前記測定された凝縮温度が除霜終了条件を充足するのかを判断するステップと、前記除霜終了条件が充足されると暖房運転に切替えるステップとをさらに含むことができる。
【００６７】
また、前記除霜終了条件は、前記凝縮温度が予め設定された温度より高い温度を充足するのかによって規定される。
【００６８】
また、前記除霜モード運転を行うステップは、冷媒の凝縮温度に基づいて規定される除霜終了条件を充足すると、暖房モードで再運転するように暖房運転転換ステップを含むことができる。
【００６９】
また、前記暖房運転転換ステップは、圧縮機をオフ(OFF)させるステップと、室外温度に基づいて規定されるフレッシュフォギング条件を充足するのかを判断するステップと、前記フレッシュフォギング条件を充足すると、前記圧縮機のオフ状態を維持する駆動遅延時間を決定するステップと、前記駆動遅延時間が経過すると圧縮機を作動(ON)するステップとを含むことができる。
【発明の効果】
【００７０】
本発明によれば、除霜効率の向上及び暖房性能を向上させることができる。
【００７１】
また、着霜の有無判断が正確となり、除霜モード突入時点の正確性が向上するので、バッテリーの消耗電力を低減し、エネルギーを節約(saving)することができる。
【００７２】
また、電気自動車の以前の運行で除霜モードが稼動中に始動がオフ(OFF)された場合発生する不完全な除霜状態が、再び始動がオン(ON)された場合に暖房性能に影響を及ぼすことを防止することができる。従って、暖房性能及び除霜効率が向上する。結局、電気自動車用ヒートポンプシステムの信頼性を向上させることができる。
【００７３】
また、除霜モードに突入するための着霜判断のファクターを多様に考慮するので、多様な環境で発生し得る霜の成長条件を認識して除霜モードを実行することができる。結局、着霜判断と除霜モード突入の正確性が向上する。
【００７４】
また、除霜モードにおいて、室外ファン制御を通じて冷媒と霜の間の熱伝達効果を向上させることができる。これによれば、除霜時間がはやくなり熱損失を低減させることができる長所がある。
【００７５】
また、除霜モードから暖房モードに切替える時発生し得るフレッシュフォギング現象を防止できるので、除霜モード及び暖房モードが実行される過程で運転者の視野を妨害する危険を低減し、安全な走行を提供することができる。
【００７６】
また、電気自動車用ヒートポンプシステムの多様な運転モード、即ち冷房、バッテリー冷却、暖房、除霜、除湿、廃熱回収モードにおいて、共通的に単一補助熱交換器を活用できるので、ヒートポンプシステムの構成が単純となり、小型化となる。
【００７７】
また、バッテリーの消耗電力を最小化して１回充電当たりの走行距離を増加させ、室内搭乗者の快適感を向上させることができる。
【００７８】
また、HFC(Hydrofluorocarbon)に対する国際的な規制により、二酸化炭素(CO2)のように地球温暖化係数(GWP)が非常に低い代替冷媒が自動車に適用される場合、本発明の実施例に係る補助熱交換器が適用されたヒートポンプシステムは、高温環境で圧力が過剰に高くなる前記代替冷媒の短所を補完できるので、未来型電気自動車のヒートポンプシステムとして適合する長所がある。
【００７９】
また、補助熱交換器によって凝縮器の出口側で冷媒の過冷却度がさらに増加するので、蒸発器の入口側でフラッシュガス(flash gas)をさらに減少させることができる長所がある。
【００８０】
また、電気自動車の多様な運転モードを共通配管、補助配管及び流動配管によって単純に具現できるので、製造コストを低減でき、経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの概略図。
【図２】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの構成を示す図面。
【図３】本発明の実施例に係る補助熱交換器の構成を示す図面。
【図４】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの制御構成を示すブロック図。
【図５】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの暖房モードにおいて、作動流体の流れを示す図面。
【図６】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの除霜モードにおいて、作動流体の流れを示す図面。
【図７】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの運転モードを判断するための制御方法を示すフローチャート。
【図８】本発明の実施例に係る暖房モードから除霜モードに突入するための制御方法を示すフローチャート。
【図９】図８の第２インデックス(△Ｐｃ)測定を示す時間別の室外熱交換器の冷媒圧力のグラフ。
【図１０】本発明の実施例に係る第１インデックスの基礎条件を充足するのか否かを判断するための制御方法を示すフローチャート。
【図１１】本発明の実施例に係る第２インデックスの基礎条件を充足するのか否かを判断するための制御方法を示すフローチャート。
【図１２】本発明の実施例に係る除霜モードの制御方法を示すフローチャート。
【図１３】図１２の暖房運転転換ステップを詳しく見せるフローチャート。
【図１４】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの着霜による暖房能力変化を示す実験グラフ。
【図１５】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの着霜による蒸発器の出口圧力(Pevapout)の変化を示す実験グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
次に、本開示の実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。
【００８３】
以下の好ましい実施形態の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、本発明を実施することができる特定の好ましい実施形態を例として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に記載されており、また、他の実施形態を利用することができること、ならびに本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、論理構造的、機械的、電気的、および化学的変更を行うことができることを理解されたい。当業者が本発明を実施することを可能にするために必要ではない詳細を回避するために、説明は、当業者に知られている特定の情報を省略する場合がある。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００８４】
また、実施形態の説明では、本発明の構成要素を説明するときに、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を本明細書で使用する場合がある。これらの各用語は、対応する構成要素の本質、順序、またはシーケンスを定義するために使用されるのではなく、対応する構成要素を他の構成要素と区別するためにのみ使用される。
【００８５】
図１は本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの概略図であり、図２は本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの構成を示す図面であり、図３は本発明の実施例に係る補助熱交換器の構成を示す図面であり、図４は本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの制御構成を示すブロック図である。
【００８６】
以下では、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステム１は、説明の便宜を図って「ヒートポンプ１」と称する。
【００８７】
図１〜図４を参照すると、本発明の実施例に係るヒートポンプ１は、１次流体である冷媒が循環する冷媒ラインと２次流体である冷却水が循環する冷却水ラインを含むことができる。即ち、前記冷媒及び前記冷却水は、前記ヒートポンプ１の作動流体であると理解することができる。
【００８８】
前記冷媒は、冷凍サイクルを形成して室内(または、客室)に冷暖房を提供することができる。そして、前記冷却水は、電気自動車の電装部品のうち放熱が必要な部品に提供される。
【００８９】
即ち、前記冷却水は、パワートレインモジュール１０及びバッテリー２０から発生する熱を排出させる放熱機能をすることができる。一例として、前記冷却水は、電気自動車に備えられる貯蔵タンク(図示されない)に貯蔵される。そして、前記冷却水は、前記貯蔵タンクから放熱が必要な各構成に提供され、前記貯蔵タンクに再回収される。
【００９０】
一方、前記パワートレインモジュール１０を冷却させるためにパワートレインモジュール１０に提供される冷却水を第１冷却水、前記バッテリー２０を冷却させるために前記バッテリー２０に提供される冷却水を第２冷却水と称することができる。
【００９１】
前記パワートレインモジュール１０は、電気自動車の駆動力を発生させる駆動モータ、前記駆動モータと連結される減速機及びインバータを含むことができる。
【００９２】
前記ヒートポンプ１は、前記パワートレインモジュール１０を冷やすための冷却水が循環するパワートレインライン１１、前記パワートレインライン１１を流動する冷却水と冷媒が熱交換するパワートレインチラー１５、前記パワートレインチラー１５と前記パワートレインモジュール１０の間で冷却水が循環するように延長されるチラーライン１２、前記チラーライン１２に冷却水が提供されるように作動するパワートレインポンプ１３及び室外側に設置される室外熱交換モジュール４０を含むことができる。
【００９３】
前記パワートレインライン１１は、前記パワートレインモジュール１０に冷却水が通過するように備えられてもよい。即ち、前記パワートレインライン１１は、前記パワートレインモジュール１０に冷却水が循環するように前記パワートレインモジュール１０の冷却水入口と冷却水出口を形成する配管であると理解することができる。
【００９４】
即ち、前記パワートレインライン１１は、前記パワートレインモジュール１０に冷却水が循環するようにガイドすることができる。
【００９５】
前記パワートレインチラー１５は、後述する廃熱膨張弁１６１を通過して膨張した冷媒を前記パワートレインモジュール１０を通過した高温の冷却水と熱交換させることができる。
【００９６】
前記チラーライン１２は、前記パワートレインモジュール１０を貫通するパワートレインライン１１の両側に連結される。
【００９７】
具体的に、前記パワートレインチラー１５の冷却水入口には、前記パワートレインモジュール１０の出口に位置するパワートレインライン１１と連結されるチラーライン１２が結合される。前記パワートレインチラー１５の冷却水出口には、前記パワートレインモジュール１０の入口に位置するパワートレインライン１１と連結されるチラーライン１２が結合される。
【００９８】
従って、前記パワートレインモジュール１０を通過して熱を吸収した冷却水は、前記チラーライン１２を通じて前記パワートレインチラー１５を通過しながら熱を放出することができる。
【００９９】
そして、前記パワートレインチラー１５を通過する冷媒は、前記冷却水の熱を吸収することができる。即ち、前記冷媒は、前記パワートレインモジュール１０から発生する廃熱を熱源として使用することができる。後述する第１廃熱回収及び第２廃熱回収暖房モードでは、前記廃熱を熱源として冷媒の蒸発が行われる。
【０１００】
前記チラーライン１２は、前記パワートレインライン１１から延長されるように形成することができる。即ち、前記チラーライン１２と前記パワートレインライン１１は、一体の配管で形成される。従って、前記パワートレインライン１１は、前記チラーライン１２を含むことができる。
【０１０１】
即ち、前記パワートレインライン１１には、前記パワートレインモジュール１０と前記パワートレインチラー１５が設置されて冷却水を循環させることができる。
【０１０２】
前記パワートレインポンプ１３は、前記チラーライン１２に設置される。一例として、前記パワートレインポンプ１３は、前記パワートレインモジュール１０の出口側と前記パワートレインチラー１５の入口側を連結するチラーライン１２に設置することができる。
【０１０３】
前記パワートレインポンプ１３は、前記パワートレインモジュール１０を通過した冷却水が前記チラーライン１２に流入するように作動することができる。一例として、前記パワートレインポンプ１３がオン(ON)状態で作動すると、貯蔵タンクから提供される冷却水が前記パワートレインライン１１及び前記チラーライン１２を循環することができる。
【０１０４】
前記室外熱交換モジュール４０は、冷却水の熱を放出させるラジエーター４１、外気と冷媒が熱交換する室外熱交換器４５及び送風を提供する室外ファン４６を含むことができる。
【０１０５】
前記ラジエーター４１には、前記パワートレインライン１１を流動する冷却水が通過することができる。即ち、前記パワートレインライン１１を流動する冷却水は、前記ラジエーター４１と前記パワートレインチラー１５を通過することができる。
【０１０６】
具体的に、前記ヒートポンプ１は、前記ラジエーター４１と前記パワートレインモジュール１０の間を冷却水が循環するように延長されるラジエーターライン１７、前記ラジエーターライン１７に冷却水が提供されるように作動するラジエーターポンプ１６及び冷却水の流動を制限できるパワートレインバルブ１９をさらに含むことができる。
【０１０７】
前記ラジエーターライン１８は、前記パワートレインライン１１の一地点で分岐し、前記ラジエーター４１を通過した後前記パワートレインライン１１の他地点に連結される。
【０１０８】
即ち、前記パワートレインライン１１は、前記チラーライン１２と前記ラジエーターライン１８に分岐される分岐点を形成することができ、前記チラーライン１２と前記ラジエーターライン１８が合岐される合岐点を形成することができる。そして、前記分岐点は、前記パワートレインモジュール１０の出口側に位置することができ、前記合岐点は、前記パワートレインモジュール１０の入口側に位置することができる。
【０１０９】
また、前記パワートレインバルブ１９は、前記合岐点に設置することができる。一例として、前記パワートレインバルブ１９は、三方弁を含むことができる。従って、前記パワートレインバルブ１９には、前記パワートレインライン１１、前記チラーライン１２及び前記ラジエーターライン１７が連結される。
【０１１０】
前記パワートレインバルブ１９は、前記チラーライン１２または前記ラジエーターライン１７を流動する冷却水が前記パワートレインライン１１に回収されるように開閉動作を行うことができる。
【０１１１】
前記ラジエーターポンプ１６は、前記ラジエーターライン１７に設置することができる。一例として、前記ラジエーターポンプ１６は、前記パワートレインモジュール１０の出口側と前記ラジエーター４１の入口側を連結するラジエーターライン１７に設置することができる。
【０１１２】
前記ラジエーターポンプ１６は、前記パワートレインモジュール１０を通過した冷却水が前記ラジエーターライン１７に流入するように作動することができる。一例として、前記ラジエーターポンプ１６がオン(ON)状態で作動すると、貯蔵タンクから提供される冷却水が前記パワートレインライン１１及び前記ラジエーターライン１７を循環することができる。
【０１１３】
冷却水の流動の観点で、前記ラジエーター４１はラジエーターライン１７に設置することができる。即ち、冷却水は、前記ラジエーターライン１７に沿って前記ラジエーター４１を通過することができる。
【０１１４】
前記ラジエーター４１は、電気自動車の前部に位置することができる。従って、電気自動車が走行する時には、冷たい空気が前記ラジエーター４１に入りながら、前記パワートレインモジュール１１で発生する熱を吸収した冷却水を冷却させることができる。
【０１１５】
前記室外ファン４６は、前記ラジエーター４１の後方に位置することができる。従って、前記室外ファン４６は、前記ラジエーター４１の後方に熱い空気が停滞することを防止するように作動することができる。
【０１１６】
前記室外熱交換器４５は、前記室外ファン４６の前方に位置することができる。そして、前記室外熱交換器４５は、前記ラジエーター４１の前方または後方に位置することができる。
【０１１７】
即ち、前記室外熱交換器４５は、前記ラジエーター４１と一緒に前記電気自動車の前の部分に位置して外気と冷媒の熱交換を行うことができる。
【０１１８】
一方、前記室外熱交換モジュールは、CRFM(Condenser Radiator Fan Module)と称することもできる。
【０１１９】
前記ヒートポンプ１は、前記バッテリー２０を冷やすための冷却水が循環するバッテリーライン２８、前記バッテリーライン２８を流動する冷却水と冷媒が熱交換するバッテリークーラー２５及び前記バッテリーライン２８に冷却水が提供されるように作動するバッテリーポンプ２１をさらに含むことができる。
【０１２０】
前記バッテリーライン２８は、前記バッテリークーラー２５と前記バッテリー２０の間を冷却水が循環するように延長される。
【０１２１】
前記バッテリーポンプ２１は、前記バッテリーライン２８に設置される。
【０１２２】
前記バッテリーポンプ２１は、冷却水が前記バッテリーライン２８を循環して前記バッテリー２０の放熱を行うように作動することができる。一例として、前記バッテリーポンプ２１がオン(ON)状態で作動すると、貯蔵タンク(図示されない)に貯蔵された冷却水は、前記バッテリーライン２８に提供される。そして、前記冷却水は、前記バッテリー２０と前記バッテリークーラー２５を通過しながら前記バッテリーライン２８を循環することができる。
【０１２３】
前記バッテリークーラー２５は、後述するバッテリー膨張弁１５６を通過した冷媒を前記バッテリー２０を通過した高温の冷却水と熱交換させることができる。
【０１２４】
前記バッテリーライン２８は、前記バッテリー２０の出口側が前記バッテリークーラー２５の冷却水入口と連結されるように延長され、前記バッテリークーラー２５の冷却水出口が前記バッテリー２０の入口側に連結されるように延長される。
【０１２５】
従って、前記バッテリー２０を通過して熱を吸収した冷却水は、前記バッテリーライン２８を通じて前記バッテリークーラー２５を通過しながら冷媒と熱交換されて冷却される。
【０１２６】
そして、前記バッテリークーラー２５を通過する冷媒は、前記冷却水の熱を吸収することができる。即ち、前記冷媒は、前記バッテリー２０から発生する廃熱を熱源として使用することができる。
【０１２７】
従って、図示されていないが、後述する第１廃熱回収及び第２廃熱回収暖房モードでは、上述したパワートレインチラー１５だけではなく、前記バッテリークーラー２５を通じても前記廃熱を熱源とする冷媒の蒸発が行われる。
【０１２８】
前記ヒートポンプ１は、室内側に設置される室内熱交換モジュール３０をさらに含むことができる。
【０１２９】
前記室内熱交換モジュール３０は、室内ダクト３１、前記室内ダクト３１の内部に位置する室内熱交換器３５及び室内ファン３６を含むことができる。
【０１３０】
前記室内ファン３６は、送風を提供することができる。従って、前記室内ファン２６は、電気自動車の室内に空気を吐出または室内の空気を吸込むことができる。
【０１３１】
また、前記室内ファン３６は、前記室内熱交換器３５を通過する冷媒を空気と熱交換することができるように送風を提供することができる。
【０１３２】
前記ヒートポンプ１は、ユーザ入力部を提供する室内コントローラ３９をさらに含むことができる。
【０１３３】
前記室内コントローラ３９は、前記室内熱交換モジュール３０と電気的に連結される。一例として、前記室内コントローラ３９は、前記室内熱交換器モジュール３０に備えられる制御装置(図示されない)と連結される。
【０１３４】
そして、ユーザは、前記室内コントローラ３９を操作することで、多様な前記ヒートポンプ１の運転モードを入力することができる。
【０１３５】
一例として、前記ヒートポンプ１の運転モードのうちユーザが選択できる運転モードは、冷房、暖房、除湿及び換気のいずれか一つであってもよい。そして、前記制御装置は、室内温度、室外温度、冷却水温度、冷媒温度、冷媒圧力などに基づいて最適な熱効率を具現できる具体的な運転モードを作動させることができる。
【０１３６】
ここで、前記具体的な運転モードは、一般暖房、単独熱源廃熱回収(第１廃熱回収)、二重熱源廃熱回収(第２廃熱回収)、除湿暖房、除霜暖房及びバッテリー冷却を含むことができる。
【０１３７】
一方、前記ヒートポンプ１は、冷媒を圧縮する圧縮機１００、冷媒の流動方向を切替える四方弁１１０及び冷媒の間の熱交換が行われる補助熱交換器２００をさらに含むことができる。
【０１３８】
前記圧縮機１００は、低温、低圧の冷媒を吸込んで高温、高圧の冷媒に圧縮することができる。
【０１３９】
前記圧縮機１００の吐出口には、高温、高圧に圧縮された気相冷媒が吐出される。そして、前記圧縮機１００の吸込口には、低温、低圧の気相冷媒が吸込まれる。
【０１４０】
前記圧縮機１００の吐出口は、吐出配管１０３と結合することができる。そして、前記吐出配管１０３は、前記四方弁１１０に延長される。
【０１４１】
前記補助熱交換器２００は、凝縮器を通過した凝縮冷媒と蒸発器を通過した蒸発冷媒の間の熱交換をガイドすることができる。前記蒸発冷媒は、相対的に低温、低圧の冷媒であり、前記凝縮冷媒は、相対的に高温、高圧の冷媒である。
【０１４２】
これによれば、前記凝縮冷媒は過冷却される。即ち、前記補助熱交換器２００は過冷却機能をすることができる。
【０１４３】
また、前記補助熱交換器２００は、蒸発冷媒が流入して気相冷媒と液相冷媒に分離し、前記気相冷媒を前記圧縮機１００に流入させるアキュムレータ機能をすることができる。そして、相対的に温度が低い前記蒸発冷媒のうち液相冷媒は、前記凝縮冷媒と熱交換を通じてさらに蒸発される。従って、前記圧縮機１００に吸込まれる気相冷媒の量は、相対的に増加することができる。
【０１４４】
電気自動車に備えられるヒートポンプシステムは、室内熱交換器の伝熱面積が相対的に小さい。従って、前記補助熱交換器２００は、一種の液相冷媒のバッファー空間(Receiver tank)の機能として活用することもできる。
【０１４５】
一方、前記補助熱交換器２００は、「アキュムレータ一体型内部熱交換器」と称することもできる。前記補助熱交換器２００に対する具体的な構成は、後述するようにする。
【０１４６】
前記圧縮機１００の吸込口は、吸込配管１０３と結合することができる。前記吸込配管１０３は、前記気相冷媒が前記圧縮機１００に流入するように前記補助熱交換器２００に延長される。
【０１４７】
前記四方弁１１０は、前記吐出配管１０３から流入する冷媒を運転モードに応じて凝縮器として作動する前記室外熱交換器４５または前記室内熱交換器３５に選択的に流動するようにガイドすることができる。
【０１４８】
具体的に、前記四方弁１１０には、前記室外熱交換器４５の一側に延長される室外連結配管１１３及び前記室内熱交換器３５の一側に延長される室内連結配管１３８がそれぞれ結合される。
【０１４９】
また、前記四方弁１１０は、冷媒を前記補助熱交換器２００に流入するようにガイドすることができる。具体的に、前記四方弁１１０には、前記補助熱交換器２００に延長されるアキュム配管１７０が結合される。
【０１５０】
そして、前記アキュム配管１７０には、後述するクーラー回収配管１５７が結合されるクーラー合岐点１５８及び後述するチラー回収配管１６３が結合されるチラー合岐点１６５を含むことができる。
【０１５１】
即ち、前記クーラー合岐点１５８と前記チラー合岐点１６５は、蒸発冷媒が前記補助熱交換器２００に流動するために前記アキュム配管１７０と合岐される地点であると理解することができる。
【０１５２】
前記クーラー合岐点１５８は、前記バッテリークーラー２５を通過しながら蒸発された冷媒が前記アキュム配管１７０を通じて前記補助熱交換器２００に流入するようにガイドすることができる。
【０１５３】
前記チラー合岐点１６５は、前記パワートレインチラー１５を通過しながら蒸発された冷媒が前記アキュム配管１７０を通じて前記補助熱交換器２００に流入するようにガイドすることができる。
【０１５４】
前記ヒートポンプ１は、前記室外熱交換器４５の他側から延長される室外配管１１５及び前記室内熱交換器３５の他側から延長される室内配管１３０を含むことができる。
【０１５５】
前記室外熱交換器４５は、両側に前記室外連結配管１１３と前記室外配管１１５が結合されて冷媒をガイドすることができる。即ち、前記室外配管１１５と前記室外連結配管１１３は、前記室外熱交換器４５の冷媒出口と冷媒入口にそれぞれ結合することができる。一例として、前記室外熱交換器４５が凝縮器として作動する場合、前記室外連結配管１１３は、前記室外熱交換器４５で圧縮された冷媒を流入させ、前記室外配管１１５には、前記室外熱交換器４５で凝縮された冷媒が吐出される。
【０１５６】
前記室内熱交換器３５は、両側に前記室内連結配管１３８と前記室内配管１３０が結合されて冷媒をガイドすることができる。即ち、前記室内配管１３０と前記室内連結配管１３８は、前記室内熱交換器３５の冷媒出口と冷媒入口にそれぞれ結合することができる。一例として、前記室内熱交換器３５が凝縮器として作動する場合、前記室内連結配管１３８は、前記室内熱交換器３５で圧縮された冷媒を流入させ、前記室内配管１３０には、前記室内熱交換器３５で凝縮された冷媒が吐出される。
【０１５７】
前記ヒートポンプ１は、前記室外配管１１５から分岐し、前記室内配管１３０に延長される流動配管１２０をさらに含むことができる。
【０１５８】
具体的に、前記流動配管１２０は、前記室外配管１１５の一地点に形成される室外分岐点１１６から前記室内配管１３０の一地点に形成される室内分岐点１３１まで延長される。
【０１５９】
前記室外分岐点１１６は、前記室外配管１１５の冷媒が分岐される地点であると理解することができる。前記室内分岐点１３１は、前記室内配管１３０の冷媒が分岐される地点であると理解することができる。
【０１６０】
即ち、前記室内配管１３０は、前記室内熱交換器３５と連結される流動配管１２０から分岐し、前記補助熱交換器２００と連結される第２補助配管１４２まで延長される。
【０１６１】
前記流動配管１２０は、凝縮冷媒が合岐される流動分岐点１２３を含むことができる。
【０１６２】
前記流動分岐点１２３は、運転モードに応じて凝縮器として作動する室外熱交換器４５または室内熱交換器３５を通過した冷媒が前記補助熱交換器２００に流入するようにガイドすることができる。一例として、前記流動分岐点１２３は、前記補助熱交換器２００に延長される補助配管１４１が結合される。
【０１６３】
前記ヒートポンプ１は、前記流動配管１２０の冷媒流動を調節する第１流動弁１２５及び第２流動弁１２７をさらに含むことができる。
【０１６４】
前記第１流動弁１２５及び前記第２流動弁１２７は、前記流動配管１２０に設置される。
【０１６５】
前記第１流動弁１２５は、前記室外分岐点１１６と前記流動分岐点１２３の間に設置することができる。そして、前記第１流動弁１２５は、前記室外分岐点１１６と前記流動分岐点１２３の間を流動する冷媒を制御することができる。
【０１６６】
前記第２流動弁１２７は、前記流動分岐点１２３と前記室内分岐点１３１の間に設置することができる。前記第２流動弁１２７は、前記流動分岐点１２３と前記室内分岐点１３１の間を流動する冷媒を制御することができる。
【０１６７】
前記第１流動弁１２５及び前記第２流動弁１２７は、前記流動配管１２０を流動する冷媒が前記流動分岐点１２３で補助配管１４１を通じて補助熱交換器２００に流動するように作動することができる。
【０１６８】
即ち、前記第１流動弁１２５及び前記第２流動弁１２７は、前記流動配管１２０で冷媒の流動方向を制御することができる。
【０１６９】
一方、前記第１流動弁１２５と前記第２流動弁１２７は、総称して「流動弁」と称することができる。
【０１７０】
前記流動弁１２５、１２７は、逆止弁、電磁弁、電子弁などを含むことができる。
【０１７１】
説明と理解の便宜を図り、本発明の実施例では、前記流動弁１２５、１２７が冷媒の流動を一方向のみに許容する逆止弁として備えられたものを基準に説明するようにする。
【０１７２】
前記第１流動弁１２５と第２流動弁１２７は、互いに許容する冷媒の流動方向が反対となるように設置される。
【０１７３】
具体的に、前記第１流動弁１２５は、前記室外分岐点１１６から前記流動分岐点１２３に向かう冷媒の流動を許容する。しかし、前記流動分岐点１２３から前記室外分岐点１１６に向かう冷媒の流動は遮断する。
【０１７４】
また、前記第２流動弁１２７は、前記室内分岐点１３１から前記流動分岐点１２３に向かう冷媒の流動を許容する。しかし、前記流動分岐点１２３から前記室内分岐点１３１に向かう冷媒の流動は遮断する。
【０１７５】
これによれば、運転モードに応じて凝縮器として作動する室外熱交換器４５または室内熱交換器３５に関係なく、凝縮冷媒は第１補助配管１４１に流入して前記補助熱交換器２００を通過しながら過冷却される。
【０１７６】
前記ヒートポンプ１は、前記流動配管１２０の一地点で分岐し、前記補助熱交換器２００に延長される第１補助配管１４１及び前記補助熱交換器２００から膨張弁１６１、１１８、１５６、１３５に向かって延長される第２補助配管１４２をさらに含むことができる。
【０１７７】
そして、前記第１補助配管１４１を通じて前記補助熱交換器２００に流入した冷媒は、前記補助熱交換器２００で熱交換された後前記第２補助配管１４２を通じて前記補助熱交換器２００から排出される。
【０１７８】
即ち、前記第１補助配管１４１と前記第２補助配管１４２は連結される。一例として、前記第１補助配管１４１及び前記第２補助配管１４２は、前記補助熱交換器２００の内部で、後述する流入管２４１、螺旋管２４５及び排出管２４２によって一体の配管を形成することができる。
【０１７９】
前記第１補助配管１４１は、前記流動分岐点１２３から前記補助熱交換器２００に延長される。従って、前記第１補助配管１４１は、凝縮器を通過した凝縮冷媒を前記補助熱交換器２００に流入するようにガイドすることができる。
【０１８０】
上述したように、前記凝縮冷媒は、前記補助熱交換器２００で蒸発冷媒と熱交換して過冷却される。そして、前記過冷却冷媒は、前記第２補助配管１４２を通じて前記補助熱交換器２００から吐出される。即ち、前記第２補助配管１４２は、前記補助熱交換器２００を通過した前記第１補助配管１４１の冷媒をガイドすることができる。
【０１８１】
前記第２補助配管１４２は、前記補助熱交換器２００から後述する共通配管１５０まで延長される。
【０１８２】
また、前記第２補助配管１４２は、前記室内配管１３０が結合される補助分岐点１４５を含むことができる。
【０１８３】
前記補助分岐点１４５は、前記第２補助配管１４２を流動する冷媒が前記室内配管１３０に分岐される分岐点であると理解することができる。即ち、前記室内配管１３０は、前記第２補助配管１４２から分岐し、前記室内熱交換器３５に延長される。
【０１８４】
前記ヒートポンプ１は、前記第２補助配管１４２と前記室外配管１１５の間を連結する共通配管１５０をさらに含むことができる。
【０１８５】
前記共通配管１５０の一側端部は第１連結点１５１と定義し、前記共通配管１５０の他側端部は第２連結点１５２と定義する。
【０１８６】
前記第１連結点１５１には、前記室外配管１１５が結合される。即ち、前記室外配管１１５の一側端部は、前記室外熱交換器４５に結合され、前記室外配管１１５の他側端部は、前記共通配管１５０と結合される。ここで、前記室外分岐点１１６は、前記室外熱交換器４５と前記共通配管１５０の間に位置することができる。
【０１８７】
また、前記第１連結点１５１にはチラー配管１６０が結合される。即ち、前記第１連結点１５１は冷媒が分岐される分岐点であると理解することができる。
【０１８８】
即ち、前記共通配管１５０は、前記第１連結点１５１で前記室外配管１１５と前記チラー配管１６０とに分岐される。
【０１８９】
さらに、前記チラー配管１６０は、前記室外配管１１５から分岐し、前記パワートレインチラー１５に延長される。
【０１９０】
前記第２連結点１５２には、前記第２補助配管１４２が結合される。即ち、前記第２補助配管１４２の一側端部は、前記補助熱交換器２００に結合され、前記第２補助配管１４２の他側端部は、前記共通配管１５０と結合される。
【０１９１】
ここで、前記補助分岐点１４５は、前記室内熱交換器３５と前記共通配管１５０の間に位置することができる。
【０１９２】
また、前記第２連結点１５２にはクーラー配管１５５が結合される。即ち、前記第２連結点１５２は冷媒が分岐される分岐点であると理解することができる。即ち、前記共通配管１５０は、前記第２連結点１５２で前記第２補助配管１４２と前記クーラー配管１５５とに分岐される。
【０１９３】
前記ヒートポンプ１は、室外配管１１５に設置される室外膨張弁１１８及び室内配管１３０に設置される室内膨張弁１３５をさらに含むことができる。
【０１９４】
前記室外膨張弁１１８及び前記室内膨張弁１３５は、電子膨張弁(EEV)を含むことができる。
【０１９５】
そして、前記室外膨張弁１１８及び前記室内膨張弁１３５は、開度調節を通じて冷媒の圧力と流量を調節することができる。
【０１９６】
前記室外膨張弁１１８は、前記室外分岐点１１６と前記第１連結点１５１の間に位置することができる。これによれば、暖房モードにおいて、前記共通配管１５０を流動する冷媒は、前記室外配管１１５に流入して前記室外膨張弁１１８で膨張される。
【０１９７】
前記室内膨張弁１３５は、前記補助分岐点１４５と室内分岐点１３１の間に位置することができる。これによれば、冷房モードにおいて、前記第２補助配管１４２を流動する冷媒は、前記室内配管１３０に流入して前記室内膨張弁１３５によって膨張される。
【０１９８】
前記ヒートポンプ１は、前記バッテリークーラー２５で冷媒と冷却水の熱交換のために冷媒をガイドするクーラー配管１５５及びクーラー回収配管１５７をさらに含むことができる。
【０１９９】
前記クーラー配管１５５は、前記共通配管１５０から分岐し、前記バッテリークーラー２５に延長される。具体的に、前記クーラー配管１５５は、第２連結点１５２から前記バッテリークーラー２５の一側に形成される冷媒入口まで延長される。
【０２００】
即ち、前記共通配管１５０は、前記第２連結点１５２で前記第２補助配管１４２と前記クーラー配管１５５とに分岐される。
【０２０１】
前記クーラー回収配管１５７は、前記バッテリークーラー２５から前記アキュム配管１７０まで延長される。具体的に、前記クーラー回収配管１５７は、前記バッテリークーラー２５の他側に形成される冷媒出口から前記クーラー合岐点１５８まで延長される。
【０２０２】
即ち、前記クーラー配管１５５と前記クーラー回収配管１５７は、前記バッテリークーラー２５で前記バッテリーライン２８を循環する冷却水と熱交換する冷媒をガイドすることができる。一例として。暖房モードにおいて、前記クーラー配管１５５を流動する冷媒は、前記クーラー配管１５５を通じて前記バッテリークーラー２５の冷媒入口に流入して前記バッテリークーラー２５の冷却水入口に流入した冷却水の熱を吸収することができる。これによれば、前記バッテリークーラー２５を通過する冷媒は蒸発される。
【０２０３】
そして、前記冷却水の熱を吸収した冷媒は、前記バッテリークーラー２５の冷媒出口を通じて前記クーラー回収配管１５７に排出される。そして、前記クーラー回収配管１５７の冷媒は、前記クーラー合岐点１５８から前記アキュム配管１７０に流動して補助熱交換器２００の内部に流入することができる。
【０２０４】
前記ヒートポンプ１は、前記クーラー配管１５５に設置されるクーラー膨張弁１５６をさらに含むことができる。
【０２０５】
前記クーラー膨張弁１５６は、電子膨張弁(EEV)を含むことができる。
【０２０６】
前記クーラー膨張弁１５６は、開度調節を通じて前記クーラー配管１５５を流動する冷媒の圧力と流量を調節することができる。一例として、暖房モードにおいて、前記クーラー膨張弁１５６が閉鎖(Full Closed)された場合、前記第２補助配管１４２を流動する冷媒は、前記第２連結点１５２で前記共通配管１５０と前記クーラー配管１５５とに分岐せず、前記共通配管１５０に全部流入する。
【０２０７】
前記ヒートポンプ１は、冷媒をガイドするチラー配管１６０とチラー回収配管１６３、前記チラー配管１６０に設置される廃熱膨張弁１６１及び前記チラー回収配管１６３に設置されるチラーバルブ１６４をさらに含むことができる。
【０２０８】
前記チラー配管１６０は、前記共通配管１５０から分岐し、前記パワートレインチラー１５に延長される。具体的に、前記チラー配管１６０は、前記第１連結点１５１から前記パワートレインチラー１５の一側に形成される冷媒入口まで延長される。
【０２０９】
即ち、前記共通配管１５０は、前記第１連結点１５１で前記チラー配管１６０と前記室外配管１１５とに分岐される。即ち、前記共通配管１５０は、一側端部でチラー配管１６０と室外配管１１５が結合され、他側端部でクーラー配管１５５と第２補助配管１４２が結合される。
【０２１０】
前記チラー回収配管１６３は、前記パワートレインチラー１５から前記アキュム配管１７０まで延長される。具体的に、前記チラー回収配管１６３は、前記パワートレインチラー１５の他側に形成される冷媒出口から前記チラー合岐点１６５まで延長される。
【０２１１】
即ち、前記チラー配管１６０と前記チラー回収配管１６３は、前記パワートレインチラー１５で前記チラーライン１２を循環する冷却水と熱交換する冷媒をガイドすることができる。
【０２１２】
一例として。暖房モードにおいて、前記共通配管１５０を流動する冷媒は、前記チラー配管１６０を通じて前記パワートレインチラー１５の冷媒入口に流入して前記前記パワートレインチラー１５の冷却水入口に流入した冷却水の熱を吸収することができる。これによれば、前記パワートレインチラー１５を通過する冷媒は蒸発される。
【０２１３】
そして、前記冷却水の熱を吸収した冷媒は、前記パワートレインチラー１５の冷媒出口を通じて前記チラー回収配管１６３に排出される。
【０２１４】
そして、前記チラー回収配管１６３の冷媒は、前記チラー合岐点１６５から前記アキュム配管１７０に流動して補助熱交換器２００の内部に流入することができる。
【０２１５】
前記廃熱膨張弁１６１は、前記第１連結点１５１と前記パワートレインチラー１５の冷媒入口の間に位置することができる。
【０２１６】
前記廃熱膨張弁１６１は、電子膨張弁(EEV)を含むことができる。
【０２１７】
前記廃熱膨張弁１６１は、開度調節を通じて前記チラー配管１６０を流動する冷媒の圧力と流量を調節することができる。
【０２１８】
前記チラーバルブ１６４は、前記チラー合岐点１６５と前記パワートレインチラー１５の冷媒出口の間に位置することができる。
【０２１９】
前記チラーバルブ１６４は、電磁弁(Solenoid valve)を含むことができる。
【０２２０】
前記チラーバルブ１６４は、冷媒の逆流を防止し、前記パワートレインチラー１５を保護するために、前記チラー回収配管１６３に設置される。そして、前記チラーバルブ１６４は、オンオフ(On/OFF)動作を通じて前記チラー回収配管１６３の冷媒流動を制限することができる。
【０２２１】
一方、前記ヒートポンプ１は、除湿または除霜モードにおいて室内に連続的な暖房を提供するための客室ヒーター６０をさらに含むことができる。
【０２２２】
前記客室ヒーター６０は、暖房運転中除湿または除霜モードで運転される場合、室内暖房を維持するために作動することができる。
【０２２３】
具体的に、前記客室ヒーター６０は、発熱できるヒーター６３、前記ヒーター６３の熱を吸収するための冷却水が循環するヒーターライン６８、前記ヒーターライン６８に冷却水を流入させるヒーターポンプ６１及び前記ヒーター６３を通過した冷却水によって熱せられるヒーターコア６５を含むことができる。
【０２２４】
前記ヒーターポンプ６１は、前記ヒーターライン６８に設置することができる。そして、前記ヒーターポンプ６１は、前記ヒーター６３の放熱のために冷却水の流動をガイドすることができる。一例として、前記貯蔵タンク(図示されない)に貯蔵された冷却水が前記ヒーターライン６８に流入するように作動することができる。
【０２２５】
前記ヒーター６３は、電気ヒーターを含むことができる。前記ヒーター６３を通過する過程で、冷却水は、前記ヒーター６３の発熱によって熱を吸収して温度が高くなる。
【０２２６】
前記ヒーターコア６５は、前記ヒーターライン６８に設置することができる。一例として、前記ヒーターコア６５は、熱伝導性が高い金属材質の板で形成することができる。
【０２２７】
前記ヒーター６３を通過した冷却水は、前記ヒーターコア６５を通過しながら前記ヒーターコア６５を熱することができる。このとき、送風をして温度が高まった前記ヒーターコア６５には風が通過することができる。一例として、前記送風は、前記室内ファン３６の作動によって発生させることができる。
【０２２８】
そして、前記ヒーターコア６５を通過した暖かい風は、室内に吐出される。従って、前記室内には、室内熱交換器３５が蒸発器の機能をする除湿または除霜モードにおいても連続的な暖房が提供される。
【０２２９】
一方、前記ヒートポンプ１は冷媒と冷却水のサイクルを制御するための制御部３００をさらに含むことができる。
【０２３０】
前記制御部３００は、前記圧縮機１００、室外膨張弁１１８、室内膨張弁１３５、四方弁１１０、客室ヒーター６０、室外ファン４６等のように、冷媒と冷却水のサイクルを形成する各構成を制御することができる。
【０２３１】
前記ヒートポンプ１は、貯蔵装置であるメモリー３１０を含むことができる。
【０２３２】
前記メモリー３１０には、前記制御部３００によって電気自動車の以前の運行記録が貯蔵される。
【０２３３】
一例として、前記制御部３００は、前記電気自動車の始動がオフ(OFF)された場合、前記オフ(OFF)時点で前記ヒートポンプ１の運転モードと前記運転モードの実行情報を前記メモリー３１０に貯蔵することができる。
【０２３４】
そして、前記制御部３００は、以後再び前記電気自動車の始動がオン(ON)される場合、前記メモリー３１０から以前の運行記録が提供され、現時点の運転モード制御に利用することができる。
【０２３５】
また、前記メモリー３１０には電気自動車の多様な運転モードを制御するための条件情報が予め貯蔵される。
【０２３６】
具体的に、前記メモリー３１０には、廃熱回収モードで運転するための条件情報、着霜の有無を判断するためのインデックス別の基礎条件情報、前記基礎条件を充足したインデックス別の持続時間条件、運転時間に関する情報及びフレッシュフォギング判断のための条件情報が予め貯蔵される。
【０２３７】
また、前記メモリー３１０には室内に吐出される空気の目標温度に関する情報が予め貯蔵される。前記目標温度は感知された室外温度、入力されたユーザ設定温度、感知された室内温度などを変数として決定される。従って、前記メモリー３１０には、前記変数に対する目標温度情報がテーブル化されて予め貯蔵される。
【０２３８】
また、前記メモリー３１０には室外温度に応じた飽和圧力情報、露点情報が予め貯蔵される。
【０２３９】
また、前記メモリー３１０には抽出された目標温度と室外温度を変数として決定される運転モードに関する情報がテーブル化されて予め貯蔵される。
【０２４０】
前記ヒートポンプ１は、実行される運転モードの運転時間を測定できるタイマー３２０をさらに含むことができる。
【０２４１】
前記タイマー３２０は、前記ヒートポンプ１が実行する運転モードの運転時間を測定して前記制御部３００に提供することができる。そして、前記制御部３００は提供された運転時間を前記メモリー３１０に貯蔵することができる。
【０２４２】
一例として、前記タイマー３２０は暖房モードまたは除霜モードが実行される運転時間を測定することができる。そして、前記制御部３００は、前記タイマー３２０から暖房モードまたは除霜モードの運転時間をリアルタイムで感知することができる。
【０２４３】
また、前記制御部３００は、前記暖房モードまたは除霜モードが終了すると、総運転時間を前記メモリー３１０に貯蔵することができる。
【０２４４】
前記ヒートポンプ１は、冷媒が循環する冷媒ライン及び冷却水が循環する冷却水ラインに設置される多数の感知センサーＰＴ、ＣＴをさらに含むことができる。
【０２４５】
前記多数の感知センサーＰＴ、ＣＴは、冷媒または冷却水の状態を感知することができる。一例として、前記多数の感知センサーは、冷媒の圧力と温度を感知する冷媒感知センサーＰＴ及び冷却水の温度を感知する冷却水感知センサーＣＴを含むことができる。
【０２４６】
前記多数の感知センサーＰＴ、ＣＴは、前記冷却水と前記冷媒の状態に対する感知情報を制御部３００に提供することができる。そして、前記制御部３００は、前記多数の感知センサーＰＴ、ＣＴから提供される感知情報に基づいて運転モードを決定し、決定された運転モードを実行するようにそれぞれのヒートポンプ１構成を制御することができる。
【０２４７】
前記冷却水感知センサーＣＴは、電気自動車の電装部品を放熱するために循環する冷却水ラインに設置される。そして、前記冷却水感知センサーＣＴは多数個備えられてもよい。
【０２４８】
前記冷媒感知センサーＰＴは、前記室外熱交換器３７０の一側に設置される室外熱交換センサー３７０を含むことができる。
【０２４９】
前記室外熱交換センサー３７０は、前記室外熱交換器４５を通過した冷媒の温度と圧力を感知することができる。一例として、前記室外熱交換センサー３７０は、前記室外連結配管１１３に設置される。
【０２５０】
従って、前記暖房モードにおいて前記制御部３００は、前記室外熱交換センサー３７０の感知情報を利用して室外熱交換器４５の出口における冷媒圧力を測定することができる。
【０２５１】
前記室外熱交換器４５の出口における冷媒圧力は、「室外熱交換器の出口圧力」と称することができる。
【０２５２】
そして、前記室外熱交換器の出口圧力は、後述する着霜の有無を判断するための判断のファクターとして使用される。
【０２５３】
また、前記冷媒感知センサーＰＴは、圧縮機１００の吸入側に設置される圧縮機入口センサー３６０をさらに含むことができる。
【０２５４】
前記圧縮機入口センサー３６０は、前記圧縮機１００に吸込まれる冷媒の温度と圧力を感知することができる。一例として、前記圧縮機入口センサー３６０は、前記吸込配管１０５に設置される。
【０２５５】
従って、前記暖房モードにおいて前記制御部３００は、前記圧縮機入口センサー３６０の感知情報を利用して圧縮機１００に吸込まれる冷媒温度を測定することができる。
【０２５６】
前記圧縮機１００に吸込まれる冷媒温度は「圧縮機入口温度」と称することができる。
【０２５７】
そして、前記圧縮機入口温度は、後述する着霜の有無を判断するための判断のファクターとして使用される。
【０２５８】
前記冷却水感知センサーＣＴは、パワートレインモジュール１０を循環する冷却水の温度を感知する冷却水温度センサー３５０を含むことができる。
【０２５９】
前記冷却水温度センサー３５０は、前記パワートレインライン１９に設置することができる。具体的に、前記冷却水温度センサー３５０は、前記パワートレインモジュール１０を通過した冷却水の温度を感知するようにパワートレインライン１１に設置される。一例として、前記冷却水温度センサー３５０は、前記パワートレインバルブ１９の反対側に位置することができる。
【０２６０】
即ち、前記冷却水温度センサー３５０は、前記パワートレインモジュール１０の冷却水出口に設置されて冷却水の温度を感知することができる。
【０２６１】
前記制御部３００は、前記冷却水温度センサー３５０の感知情報を利用して廃熱回収モードに突入するのか否かを判断することができる。即ち、前記制御部３００は、前記冷却水温度センサー３５０の感知情報に基づいて一般暖房モードまたは廃熱回収モードで運転されるように制御することができる。
【０２６２】
また、前記制御部３００は、前記冷却水の温度に応じて前記パワートレインポンプ１３と前記ラジエーターポンプ１６の選択的な作動を制御することができる。
【０２６３】
もちろん、前記冷却水感知センサーＣＴは、バッテリー２０を循環する冷却水の温度を感知するためにバッテリーライン２８に設置される冷却水温度センサーをさらに含むことができる。
【０２６４】
また、前記ヒートポンプ１は、室外温度を感知する室外温度センサー３３０、電気自動車の室内温度を感知する室内温度センサー３４０、電気自動車の内部に入射する日射量を測定する日射量感知センサー(図示されない)及び在室人員を感知する人体感知センサー(図示されない)をさらに含むことができる。
【０２６５】
前記室外温度センサー３３０は、電気自動車の室外(または外気)温度を感知するために備えられてもよい。そして、前記室内温度センサー３４０は、電気自動車の室内(または、客室)温度を感知するために備えられてもよい。一例として、前記室内温度センサー３４０は、前記室内に設置される。
【０２６６】
そして、前記室外温度センサー３３０と前記室内温度センサー３４０は、感知情報を制御部３００に提供することができる。同様に、前記日射量感知センサー及び前記人体感知センサーも、感知情報を前記制御部３００に提供することができる。
【０２６７】
また、前記ヒートポンプ１は、熱を発生させる電気自動車の電装部品の温度を感知するための温度センサー(図示されない)をさらに含むことができる。一例として、前記ヒートポンプ１は、前記パワートレインモジュール１０と前記バッテリー２０の温度を感知できる温度センサーをさらに含むことができる。
【０２６８】
一方、前記ヒートポンプ１は、サージタンク５０をさらに含むことができる。
【０２６９】
前記サージタンク５０は、駆動モータの放熱のために所定の体積を有するように形成することができる。そして、前記サージタンク５０には空気が満たされる。従って、前記サージタンク５０は、前記パワートレインモジュール１０で発生する廃熱を回収する暖房モードで活用される。
以下図３を参照して、前記補助熱交換器２００に対して説明する。
【０２７０】
前記補助熱交換器２００は、外観を形成するケース２１０、前記吸込配管１０５が結合される吐出管２０５、前記アキュム配管１７０が結合される吸込管２０７、前記第１補助配管１４１が結合される流入管２４１、前記第２補助配管１４２が結合される排出管２４２及び前記ケース内部で前記流入管２４１と排出管２４２を連結する螺旋管２４５を含むことができる。
前記ケース２１０は、導入された冷媒が相分離できる内部空間を形成することができる。一例として、前記ケース２１０は、円筒形状を含むことができる。
【０２７１】
前記吸込管２０７は、前記ケース２１０の上面を貫通して前記内部空間の下側に延長される。一例として、前記吸込管２０７は、前記ケース２１０の中心軸線に沿って延長される。
【０２７２】
前記吸込管２０７の上端は、前記アキュム配管１７０と結合することができる。
【０２７３】
前記吸込管２０７の下端は、前記ケース２１０の下面より上方に離隔して位置することができる。従って、前記アキュム配管１７０を通じて前記吸込管２０７に流入する冷媒は、前記ケース２１０の下面に吐出されて前記内部空間に満たされる。
【０２７４】
前記吸込管２０７から前記内部空間に排出された冷媒は、前記内部空間で液相冷媒と気相冷媒に分離される。そして、前記気相冷媒は、前記吐出管２０５に流入して前記吸込配管１０５を通じて圧縮機１００に回収される。
【０２７５】
前記吐出管２０５は、前記ケース２１０の上面を貫通して前記内部空間に延長される。
【０２７６】
前記吐出管２０５の上端は、前記吸込配管１０５と結合することができる。
【０２７７】
前記吐出管２０５の下端は、前記内部空間の上側に位置することができる。一例として、前記吐出管２０５の下端は、前記螺旋管２４５の上端より上方に位置することができる。
【０２７８】
また、前記吐出管２０５の下端は、一側方向にラウンド状に延長され、前記内部空間に満たされた気相冷媒が流入するように開口を形成することができる。従って、前記吐出管２０５に流入した気相冷媒は、前記吸込配管１０５に流動することができる。
【０２７９】
前記補助熱交換器２００は、凝縮冷媒を過冷却するための冷媒の間の熱交換を行うことができる。
【０２８０】
前記流入管２４１は、前記ケースの上面を貫通して前記内部空間の下側まで延長される。一例として、前記流入管２４１は、前記吸込管２０７の延長方向に沿って下方に長く延長される。
【０２８１】
前記流入管２４１の上端は、前記第１補助配管１４１と結合することができる。
【０２８２】
前記流入管２４１の下端は、前記螺旋管２４５が結合することができる。
【０２８３】
前記螺旋管２４５は、前記内部空間の下側から前記流入管２４１及び/または前記吸込管２０７を外側で多数回取囲むように上方に延長される。一例として、前記螺旋管２４５は、ヘリカル(helical)形状を有するように上方に延長される。
【０２８４】
これによれば、前記螺旋管２４５を流動する凝縮冷媒は、前記吸込管２０７から前記内部空間に排出された蒸発冷媒と熱交換をすることができる。従って、相対的に温度が高い凝縮冷媒は、相対的に温度が低い蒸発冷媒と熱交換されて過冷却される。
【０２８５】
また、前記蒸発冷媒は、相対的に温度が高い凝縮冷媒と熱交換されて残存する液相冷媒を気相冷媒として蒸発させることができる。これによれば、前記圧縮機１００に回収される気相冷媒の量を増加させることができる。
【０２８６】
前記螺旋管２４５は、前記内部空間に位置することができる。そして、前記螺旋管２４５の上端は、前記排出管２４２に結合することができる。
【０２８７】
前記排出管２４２は、前記螺旋管２４５から前記ケース２１０の上面を貫通して上方に延長される。そして、前記排出管２４２の上端は、前記第２補助配管１４２と結合することができる。
【０２８８】
一方、前記補助熱交換器２００によれば、凝縮冷媒の過冷却度を増加させて、蒸発器以外の箇所で蒸発した冷媒ガスと規定されるフラッシュガス(flash gas)を減少させることができる。
【０２８９】
前記フラッシュガスは、蒸発器に供給される冷媒流量の損失及び潜熱量減少により性能低下を誘発させるガスである。従って、前記補助熱交換器２００は、前記凝縮冷媒の過冷度を相対的により多く確保して膨張弁１１８、１３５、１５６、１６１、１１８に提供できるので、前記フラッシュガスを減少させることができる。
【０２９０】
また、前記凝縮冷媒の過冷却度の増加は、蒸発器の入口側冷媒の液相比率をより増加させることができる。これによれば、蒸発過程で吸込熱量が上昇する長所がある。
【０２９１】
前記ヒートポンプ１に設置される多数の感知センサーＰＴ、ＣＴは、作動流体の感知情報を制御部３００に提供し、前記制御部３００は、前記感知情報に基づいて適正過冷度を維持できるように制御することができる。
【０２９２】
以下では、本発明の実施例に係るヒートポンプ１の運転モードに応じて作動流体の流れ及びサイクルを説明するようにする。ここで、前記作動流体は、１次流体と規定される冷媒及び２次流体と規定される冷却水を含む。
【０２９３】
説明と理解の便宜を図り、図５及び図６において、上述した多数のポンプ１３、１６、２１、６１と多数の弁１１８、１３５、１５６、１６１、１６４は、彩色の有無によって作動(ON)または未作動(OFF)を表すように表示される。即ち、図面に彩色されたポンプまたは弁は未作動(OFF)状態を意味し、図面に彩色されていないポンプまたは弁は作動(ON)状態を意味する。
【０２９４】
図５は、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの暖房モードにおいて、作動流体の流れを示す図面である。
【０２９５】
図５を参照して説明する暖房モードは、「一般暖房モード」と称することができる。
【０２９６】
図５を参照すると、前記暖房モードにおいて、前記廃熱膨張弁１６１、前記クーラー膨張弁１５６、前記室内膨張弁１３５は、完全に閉鎖(Full Close)される。そして、前記チラーバルブ１６４も閉鎖される。
【０２９７】
前記室外膨張弁１１８は開放される。そして、前記室外膨張弁１１８は、開度調節を通じて通過する冷媒を膨張させることができる。
【０２９８】
一方、一般的に、電気自動車の暖房モードは、室外温度が低い季節、天気などで運転される。従って、前記暖房モードにおいて前記パワートレインポンプ１３、前記ラジエーターポンプ１６及び前記バッテリーポンプ２１は未作動(OFF)となる。
【０２９９】
また、前記客室ヒーター６０は、前記室内熱交換器３５が凝縮器として作動する暖房モードにおいて作動しなくてもよい。即ち、前記客室ヒーター６０は、前記室内熱交換器３５が蒸発器として作動する暖房モード(除霜モード、除湿モードなど)で作動することができる。従って、前記ヒーターポンプ６１は未作動(OFF)となる。
【０３００】
前記圧縮機１００から吐出される高温、高圧の圧縮冷媒は、前記四方弁１１０を経て前記室内連結配管１３８に流入することができる。そして、前記室内連結配管１３８の圧縮冷媒は、室内熱交換器３５を通過しながら凝縮される。
【０３０１】
前記室内熱交換器３５を通過した凝縮冷媒は、前記室内膨張弁１３５が閉鎖された状態であるので、前記室内分岐点１３１を経て前記流動配管１２０に流入することができる。
【０３０２】
そして、前記流動配管１２０に流入した凝縮冷媒は、前記第２流動弁１２７を通過して前記第１補助配管１４１に流入することができる。ここで、前記第１流動弁１２５は、前記流動配管１２０の凝縮冷媒が前記室外分岐点１１６に流動しないように冷媒の流動方向を制限することができる。
【０３０３】
前記第１補助配管１４１に流入した凝縮冷媒は、前記補助熱交換器２００を通過しながら過冷却され、前記過冷却された冷媒は、前記第２補助配管１４２に流入する。
【０３０４】
そして、前記室内膨張弁１３５が閉鎖された状態であるので、前記第２補助配管１４２の過冷却された冷媒は、前記共通配管１５０に流入することができる。
【０３０５】
前記共通配管１５０に流入した冷媒は、前記廃熱膨張弁１６１と前記クーラー膨張弁１５６が閉鎖された状態であるので、前記室外配管１１５に流入することができる。
【０３０６】
前記室外配管１１５に流入した冷媒は、前記室外膨張弁１１８を通過しながら膨張する。そして、前記膨張した冷媒は、前記室外熱交換器４５に流入して蒸発される。
【０３０７】
前記室外熱交換器４５で蒸発された冷媒は、前記四方弁１１０を経て前記アキュム配管１７０に流入することができる。そして、前記アキュム配管１７０の蒸発冷媒は、前記補助熱交換器２００を通過して上述した凝縮冷媒と熱交換される。以後、前記補助熱交換器２００で液相と分離した気相状態の蒸発冷媒が前記吸込配管１０５に流入することができる。
【０３０８】
そして、前記吸込配管１０５に流入した冷媒は、前記圧縮機１００に回収される。
【０３０９】
図６は、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの除霜モードにおいて、作動流体の流れを示す図面である。具体的に、図６は、室内に暖房を提供する除霜モード(以下、除霜暖房モード)を基準に冷却水及び冷媒の流れを示す図面である。
【０３１０】
図６を参照すると、除霜暖房モードにおいて前記室外熱交換器４５は凝縮器として作動し、前記室内熱交換器３５は蒸発器として作動することができる。
以下、前記除霜モードにおいて冷媒サイクルを説明する。
【０３１１】
暖房モードにおいて、室外熱交換器４５の管内を流動する冷媒の蒸発温度が０℃以下に維持されると、前記室外熱交換器４５の表面に存在する湿り空気の凝縮水に霜が発生して表面に付着する着霜が発生する可能性がある。
【０３１２】
従って、前記圧縮機１００から吐出された高温、高圧の圧縮冷媒は、前記四方弁１１０を経て前記室外熱交換器４５に流入することができる。
【０３１３】
前記室外熱交換器４５は、電気自動車の走行及び/または室外ファン４６によって外気と前記圧縮冷媒を熱交換させることができる。
【０３１４】
即ち、前記室外熱交換器４５は、高温の圧縮冷媒が流動することになり、前記高温の圧縮冷媒は、前記室外熱交換器４５に付着した霜を溶かすことができる。即ち、前記高温の圧縮冷媒と霜は熱交換をすることができる。
【０３１５】
従って、前記室外熱交換器４５の表面に付着した霜は溶け流れて除霜が実行される。
【０３１６】
また、前記室外熱交換器４５を通過した冷媒は凝縮される。そして、前記凝縮冷媒は室外配管１１５に流入することができる。
【０３１７】
一方、前記室外ファン４６の作動によって送風される空気は、前記室外熱交換器４５を通過する圧縮冷媒の対流熱伝達を発生させることができる。ところが、前記対流熱伝達は熱損失を誘発するので、室外熱交換器４５の表面を通じた霜と圧縮冷媒間の熱伝達率を減少させることができる。即ち、前記室外ファン４６の作動(ON)は、前記霜が水に変化する過程で熱損失を誘発して除霜性能を減少させることができる。
【０３１８】
従って、前記除霜モードにおいて、前記室外ファン４６はオフ(OFF)となる。一例として、前記制御部３００は、前記除霜モードに突入するとき、前記室外ファン４６をオフ(OFF)させ、前記霜と前記高温の圧縮冷媒間の熱伝達効率を最大化させることができる。
【０３１９】
これによれば、前記室外ファン４６の作動によって熱損失を誘発する対流熱伝達を防止することができる。従って、除霜エネルギーの損失を低減させることができる。
【０３２０】
一方、前記室外熱交換器４５を通過した凝縮冷媒は、前記流動配管１２０に流入することができる。そして、前記流動配管１２０に流入した凝縮冷媒は、前記第１流動弁１２５を通過して前記第１補助配管１４１に流入する。このとき、前記第２流動弁１２７は、前記凝縮冷媒が室内分岐点１３１に向かって流動できないように冷媒の流動方向を制限することができる。
【０３２１】
前記第１補助配管１４１に流入した凝縮冷媒は、前記補助熱交換器２００で蒸発冷媒と熱交換されて過冷却される。
【０３２２】
具体的に、前記第１補助配管１４１の凝縮冷媒は、流入管２４１、螺旋管２４５及び排出管２４２を順に流動しながら、前記ケース２１０の内部空間に満たされる気相及び/または液相状態の蒸発冷媒と熱交換することができる。従って、前記凝縮冷媒は熱交換によって過冷却される。
【０３２３】
そして、前記過冷却された冷媒は、前記排出管２４２を通じて前記第２補助配管１４２に流動し、前記室内配管１３０に流入することができる。
【０３２４】
前記室内配管１３０に流入した過冷却された冷媒は、前記室内膨張弁１３５を通過しながら膨張する。そして、前記膨張した冷媒は、前記室内熱交換器３５に流入することができる。
【０３２５】
前記膨張した冷媒は、前記室内熱交換器２５で前記室内ファン３６によって空気と熱交換されて蒸発される。そして、前記蒸発された冷媒は、前記室内連結配管１３８を通じて排出される。前記室内連結配管１３８の蒸発冷媒は、前記四方弁１１０を経て前記アキュム配管１７０に流入する。そして、前記アキュム配管１７０に流入した蒸発冷媒は、前記補助熱交換器２００で前記凝縮冷媒と熱交換することができる。
【０３２６】
具体的に、前記アキュム配管１７０を通じて前記吸込管２０７に流入する蒸発冷媒は、前記ケース２１０の内部空間に排出される。従って、前記ケース２１０の内部空間は液相及び気相状態の蒸発冷媒で満たされる。
【０３２７】
このとき、前記蒸発冷媒は、前記螺旋管２４５を通過する凝縮冷媒の熱を吸収することができる。従って、液相状態の蒸発冷媒は気相で蒸発される。そして、気相状態の蒸発冷媒は、前記吐出管２０５に流入する。
【０３２８】
そして、前記吐出管２０５に流入した蒸発冷媒は、前記吸込配管１０５を通じて圧縮機１００の吸込側に回収されてサイクルを形成することができる。
【０３２９】
一方、前記除霜モードにおいて、前記室内熱交換器３５は蒸発器として作動するので、室内ダクト３１の周辺空気を冷却させることができる。具体的に、前記室内熱交換器３５は蒸発器として作動するので、冷媒が周囲空気から熱を吸収することができる。
【０３３０】
前記室内ファン３６の作動によって、前記室内ダクト３１に流入した相対的に高温の室内空気は、前記室内熱交換器３５を流動する冷媒に熱を放出して冷却される。
【０３３１】
従って、室内に暖房提供を維持できるように、前記ヒーターアクチュエータ６０は作動(ON)する。これによれば、前記除霜モードにおいても室内に暖房を連続的に提供することができる。即ち、前記除霜暖房モードが実行される。
【０３３２】
前記ヒーターアクチュエータ６０が作動すると、前記ヒーターポンプ６１が作動(ON)し、冷却水は前記ヒーターライン６８を循環することができる。そして、前記冷却水は、前記ヒーター６３を通過しながら熱を吸収することができる。
【０３３３】
前記ヒーター６３を通過した冷却水は、高温状態で前記ヒーターコア６３を通過することができる。従って、前記ヒーターコア６３は、前記ヒーター６３による熱を冷却水から伝達されて熱される。
【０３３４】
前記室内ファン３６が発生させる送風は、前記室内ダクト３１に流入した空気を前記ヒーターコア６３に通過させることができる。従って、前記室内熱交換器３５により冷却された温度は、前記ヒーターコア６３を通過しながら温度が再び高くなる。
【０３３５】
前記ヒーターコア６３を通過した空気は再び室内に吐出される。これによれば、前記室内には、室内熱交換器３５が蒸発器として作動しても暖房が継続的に提供される。
【０３３６】
上述したように、前記除霜暖房モードにおいて、前記室外膨張弁１５１、廃熱膨張弁１６１及び前記クーラー膨張弁１５６は、完全に閉鎖(Full Close)される。そして、前記チラーバルブ１６４も閉鎖される。
【０３３７】
また、前記室内膨張弁１３５は開放される。そして、前記室内膨張弁１３５は、開度調節を通じて通過する冷媒を膨張させることができる。従って、前記第２補助配管１４２の過冷却された冷媒は、前記室内配管１３０に流入して前記室内膨張弁１３５によって膨張される。
【０３３８】
一方、前記ヒートポンプ１は、上述した暖房モードにおいてバッテリー２０の電力消耗を低減するために、パワートレインモジュール１０及び/またはバッテリー２０を循環する冷却水を冷媒蒸発の熱源として利用する廃熱回収モードで作動することができる。
【０３３９】
前記廃熱回収モードにおいて、前記室内膨張弁１３５は完全に閉鎖(Full Close)される。そして、前記廃熱膨張弁１６１及び前記チラーバルブ１６４は開放される。また、前記パワートレインポンプ１３は作動(ON)する。そして、前記ヒーターポンプ６１は未作動(OFF)となる。
【０３４０】
前記廃熱回収モードにおいて、前記圧縮機１００から吐出された圧縮冷媒は、前記四方弁１１０を経て前記室内熱交換器３５に流入することができる。そして、前記圧縮冷媒は、前記室内熱交換器３５を通過しながら凝縮される。
【０３４１】
前記室内熱交換器３５を通過した凝縮冷媒は、前記室内膨張弁１３５が閉鎖された状態であるので、前記流動配管１２０に沿って前記第１補助配管１４１に流入することができる。
【０３４２】
そして、前記第１補助配管１４１に流入した凝縮冷媒は、前記補助熱交換器２００を通過しながら過冷却され、前記過冷却された冷媒は、前記第２補助配管１４２を通じて前記共通配管１５０に流入することができる。
【０３４３】
前記共通配管１５０に流入した冷媒は、前記室外膨張弁１１８及び前記クーラー膨張弁１５６が閉鎖された状態である場合、前記チラー配管１６０に流入することができる。そして、前記チラー配管１６０に流入した冷媒は、前記廃熱膨張弁１６１を通過しながら膨張する。
【０３４４】
前記膨張した冷媒は、前記パワートレインチラー１５に流入して前記パワートレインモジュール１０の熱を吸収した高温の冷却水と熱交換される。
【０３４５】
即ち、前記膨張した冷媒は、前記パワートレインチラー１５を通過しながら蒸発される。ここで、前記パワートレインチラー１５は蒸発器として作動することができる。
【０３４６】
前記パワートレインチラー１５を通過した蒸発冷媒は、前記チラーバルブ１６４が開放状態であるので、前記チラー回収配管１６３を通じて前記アキュム配管１７０に流入することができる。
【０３４７】
そして、前記アキュム配管１７０に流入した蒸発冷媒は、前記補助熱交換器２００を通過しながら前記凝縮冷媒と熱交換される。そして、前記補助熱交換器２００で気相状態に分離された蒸発冷媒は、前記吸込配管１０５に流入して前記圧縮機１００に回収される。
図７は、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの運転モードを判断するための制御方法を示すフローチャートである。
【０３４８】
図７を参照すると、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステム１の制御方法は、ヒートポンプオン(ON)ステップ(Ｓ１)を含むことができる。
【０３４９】
前記ヒートポンプオン(ON)ステップは、室内コントローラ３９によるユーザのヒートポンプ作動命令が入力されるステップであると理解することができる。
【０３５０】
ユーザは、室内の空調環境を快適にするように室内コントローラ３９を操作することができる。一例として、前記室内コントローラ３９には、室内の空調環境に対する現状を自動で判断して最適な運転モードを提供できるオート(Auto)入力ボタンが備えられてもよい。もちろん、前記室内コントローラ３９には、ユーザが所望する運転モードと室内の空調環境を直接入力できるマニュアル(Manual)入力ボタンが備えられてもよい。
【０３５１】
そして、前記ヒートポンプ１は、ユーザ設定温度の入力を受けることができる(Ｓ２)。
【０３５２】
前記ユーザ設定温度は、前記室内コントローラ３９を利用してユーザが直接所望の温度に設定することができる。
【０３５３】
ユーザが前記ユーザ設定温度を入力すると、前記ヒートポンプ１は、室内及び室外環境と、電気自動車部品の状態を感知して、最適な運転モードで室内空調を行うことができる。
【０３５４】
即ち、前記ヒートポンプ１は、前記ユーザ設定温度、室外(外気)温度、室内温度、日射量及び室内人員を感知して、前記感知情報に基づいて室内に吐出される空気の目標温度を計算することができる(Ｓ３)。
【０３５５】
具体的に、前記制御部３００は、前記室外温度センサー３３０から室外温度を感知し、前記室内温度センサー３４０から室内温度感知し、前記日射量感知センサーによって日射量を感知し、前記人体感知センサーによって室内人員を感知することができる。
【０３５６】
そして、制御部３００は、前記感知された室外温度、室内温度、日射量、室内人員に基づいて前記メモリー３１０に予め貯蔵されたテーブルを通じて目標温度を計算することができる。
【０３５７】
即ち、前記室内に吐出される空気の温度で規定される目標温度は、室外温度、室内温度、日射量及び室内人員を変数として決定することができる。一例として、前記ユーザ設定温度が２３℃であり、室外温度が０℃である場合、前記室内に吐出される空気の目標温度は４３℃と計算される。
【０３５８】
また、前記ヒートポンプ１は、前記計算された目標温度に基づいて運転モードを判断することができる(Ｓ４)。
【０３５９】
具体的に、前記ヒートポンプ１は、前記計算された目標温度、室外温度、飽和圧力及び露点に基づいて前記ヒートポンプ１の多様な運転モードのうちユーザ設定温度に室内温度を到達させるための最適な運転モードを判断することができる。
【０３６０】
一例として。前記計算された目標温度が４３℃であり、前記室外温度が０℃であれば、前記ヒートポンプは暖房モード(Ｓ１０)と判断することができる。
【０３６１】
前記ヒートポンプ１は、前記運転モードを判断するステップを通じて換気モード(Ｓ５)、冷房モード(Ｓ６)及び暖房モード(Ｓ１０)のいずれか一つの運転モードを決定することができる。
【０３６２】
そして、前記制御部３００は、前記決定された運転モードで冷媒と冷却水のサイクルが作動するようにそれぞれの構成を制御することができる。
【０３６３】
一方、前記ヒートポンプ１は、前記Ｓ２〜Ｓ４ステップとは独立的にパワートレインモジュール１０の温度を感知して放熱の必要があるのか否かを判断することができる。
【０３６４】
同様に、前記ヒートポンプ１は、前記Ｓ２〜Ｓ４ステップとは独立的にバッテリー２０の温度を感知して放熱の必要があるのか否かを判断することができる。
【０３６５】
そして、前記パワートレインモジュール１０に放熱が必要な場合、前記ヒートポンプ１は、室外温度、冷却水温度及び前記Ｓ４ステップで決定される運転モードに基づいて、パワートレインポンプ１３またはラジエーターポンプ１６が作動するように制御することができる。
【０３６６】
一例として、前記ヒートポンプ１は、後述する暖房モード(Ｓ１０)のうち廃熱回収モードで作動する場合に、前記パワートレインポンプ１３が作動するように制御することができる。前記パワートレインポンプ１３が作動(ON)する場合、前記廃熱膨張弁１６１は開放されて冷媒を前記パワートレインチラー１５に流入させることができる。
【０３６７】
図８は本発明の実施例に係る暖房モードから除霜モードに突入するための制御方法を示すフローチャートであり、図９は図８の第２インデックス(△Ｐｃ)測定を示す時間別の室外熱交換器の冷媒圧力のグラフである。
【０３６８】
図８を参照すると、前記ヒートポンプ１は、暖房モード(Ｓ１０)に運転モードが決定されると、廃熱回収条件を充足するのかを判断することができる(Ｓ１００)。
【０３６９】
前記廃熱回収モードは、電気自動車の電装部品から発生する熱を冷媒の蒸発熱源として利用するモードと規定することができる。
【０３７０】
具体的に、前記廃熱回収条件は、電装部品の放熱を行う冷却水の温度が冷却水の基準温度より高いのかで設定される。前記廃熱回収条件は、前記メモリー３１０に予め貯蔵される。
【０３７１】
前記冷却水の基準温度は、冷却水の粘性力が急変する区間が始まる温度で規定される。一例として、前記冷却水の基準温度は１０℃に決定される。
【０３７２】
一例として、前記パワートレインチラー１５で冷却水が正常に冷媒と熱交換するように、前記制御部３００は、前記冷却水温度センサー３５０から感知された冷却水の温度が冷却水の基準温度(１０℃)より高いのかを判断することができる。
【０３７３】
前記ヒートポンプ１は、前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より高い場合、上述した廃熱回収モードで運転することができる(Ｓ１０５)。
【０３７４】
具体的に、前記制御部３００は、室内の暖房を前記廃熱回収モードで提供するように各構成を制御することができる。
【０３７５】
一例として、前記制御部３００は、前記室内膨張弁１３５を完全に閉鎖(Full Close)するように制御し、前記廃熱膨張弁１６１及び前記チラーバルブ１６４を開放するように制御することができる。
【０３７６】
また、前記制御部３００は、前記パワートレインポンプ１３を作動(ON)させることができる。このとき、前記ヒーターポンプ６１は未作動(OFF)となる。
【０３７７】
もちろん、前記制御部３００は、バッテリー２０の放熱が必要な場合、前記クーラー膨張弁１５６の開度を調節することで前記パワートレインチラー１５の機能を前記バッテリークーラー２５が同様に行うようにすることができる。
【０３７８】
これによれば、前記パワートレインモジュール１０またはバッテリー２０の廃熱を吸収した冷却水を冷媒を蒸発させるための熱源として使用することができる。
【０３７９】
従って、前記室外熱交換器４５で外気を冷媒を蒸発させるための熱源として使用することより蒸発温度を高めることができる。結局、前記ヒートポンプ１の暖房性能を改善することができる。
【０３８０】
また、前記廃熱回収モードによれば、電気自動車の電装部品で発生する廃熱を活用することでバッテリーの消耗電力を最小化でき、搭乗者の温熱快適感を向上させることができる。
【０３８１】
前記ヒートポンプ１は、前記廃熱回収モードにおいて、前記室外熱交換器４５を使用しなくてもよい。この場合、前記廃熱回収モードにおいて上述した着霜は発生しない。従って、前記ヒートポンプ１は、着霜の有無を判断する前に前記廃熱回収条件を充足するのかを判断することができる。
【０３８２】
一方、前記ヒートポンプ１は、前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より低い場合、上述した一般暖房モードで運転することができる(Ｓ１１０)。
【０３８３】
そして、前記一般暖房モードが実行されると、前記室外熱交換器４５は熱交換を通じて冷媒を蒸発させるので、上述した着霜が発生する可能性がある。
【０３８４】
前記一般暖房モードで運転を始めると、前記ヒートポンプ１は、直前の電気自動車の運行で、除霜モードで運転中始動をオフ(OFF)したのか否かを判断することができる(Ｓ１２０)。
【０３８５】
具体的に、前記制御部３００は、前記メモリー３１０から以前の運行記録が提供され、運行終了時点で除霜モードで作動したのかを判断することができる。即ち、前記制御部３００は、除霜モードで運転中の始動オフによる運転中断記録の有無を判断することができる。一例として、前記制御部３００は、除霜モードで運転される途中に電気自動車の始動がオフ(OFF)された記録が前記メモリー３１０に存在するのかを判断することができる。
【０３８６】
前記ヒートポンプ１は、直前の運行記録から除霜モードで運転される途中始動がオフ(OFF)されたのではない場合、暖房モード運転時間を感知することができる(Ｓ１３０)。
【０３８７】
前記暖房モード運転時間は、上述した暖房モードで運転される連続運転時間と規定することができる。
【０３８８】
具体的に、前記制御部３００は、前記タイマー３２０から前記一般暖房モードで運転される経過時間が提供される。
【０３８９】
そして、前記ヒートポンプ１は、室外温度を感知することができる(Ｓ１４０)。
【０３９０】
具体的に、前記制御部３００は、室外温度センサー３３０から感知された室外温度が提供される。
【０３９１】
一方、直前の運行で除霜が行われる途中に始動がオフ(OFF)された場合、前記室外熱交換器４５の除霜は不完全に終了したと理解することができる。従って、以後再び電気自動車の始動がオン(ON)すると、前記室外熱交換器４５の表面には依然と霜が付いているので、直ちに着霜が発生したと判断することができないと暖房性能の急激な下落を防止することができない。
【０３９２】
即ち、前記ヒートポンプ１は、後述する着霜の有無を判断するための判断のファクター(以下、「インデックス」)の基礎条件のうち、前記一般暖房モードで運転される経過時間(以下、「運転時間」)に対する判断を省略することができる。
【０３９３】
従って、前記ヒートポンプ１は、電気自動車の運行特性を考慮して直前の運行終了時点で除霜モードが作動した場合、Ｓ１３０ステップを省略して直ちに室外温度を感知(Ｓ１４０)することができる。
【０３９４】
具体的に、前記制御部３００は、前記メモリー３１０から以前の運行記録情報が提供され、除霜モードで運転中に電気自動車の運行が終了したと判断されると、前記暖房モードの運転時間測定(Ｓ１３０)を省略して前記室外温度を感知(Ｓ１４０)することができる。
【０３９５】
これによれば、上述した不完全除霜状態で再び始動がオン(ON)しても、不必要な運転時間条件を判断する必要なく、直ちに着霜の有無を判断することができるので、除霜モードに早く突入できる長所がある。
【０３９６】
一方、前記室外温度を感知した後、前記ヒートポンプ１は、着霜の有無を判断するファクターとして規定された第１インデックス及び第２インデックスを測定することができる(Ｓ１５０)。
【０３９７】
ここで、前記第１インデックスは、前記圧縮機入口温度で定義する。そして、前記第２インデックスは、前記室外熱交換器の出口圧力の変化量で定義する。
【０３９８】
前記制御部３００は、前記圧縮機入口センサー３６０の感知情報に基づいて前記第１インデックスを測定することができる。即ち、前記制御部３００は、前記圧縮機入口センサー３６０から前記圧縮機１００に吸込まれる冷媒の温度を測定することができる。
【０３９９】
そして、前記制御部３００は、前記室外熱交換センサー３７０の感知情報に基づいて前記第２インデックスを測定することができる。
【０４００】
図９を参照して、前記第２インデックスの測定に対して詳しく説明する。図９は、時間別の前記室外熱交換器の出口圧力を示すグラフである。
【０４０１】
前記制御部３００は、前記室外熱交換センサー３７０から前記室外熱交換器４５を通過した冷媒の圧力、即ち前記室外熱交換器の出口圧力を測定することができる。
【０４０２】
ここで、前記制御部３００は、暖房モードで運転が始まる時点から第１時間(Time１)が経過した後に前記室外熱交換器の出口圧力を測定することができる。一例として、前記第１時間(Time１)は、１０分〜１５分に設定することができる。
【０４０３】
前記第１時間(Time１)は、前記暖房モードで運転を始める初期起動時間であると理解することができる。
【０４０４】
前記初期起動で、即ち、前記第１時間(Time１)が経過する前には、前記室外熱交換器の出口圧力(Pc)がオーバーシュート(Overshoot)することがある。
【０４０５】
即ち、前記第１時間(Time１)までは、前記出口圧力(Pc)が一定でなく不安定であるので、前記制御部３００は、前記第１時間(Time１)が経過してから前記室外熱交換器の出口圧力を測定することができる。
【０４０６】
前記第１時間(Time１)が経過すると、前記制御部３００は、予め設定された時間間隔で、予め設定された測定時間ごとに測定された前記室外熱交換器の出口圧力の平均値(Pcavg)を計算することができる。
【０４０７】
一例として、前記予め設定された時間間隔は５分に設定される。即ち、前記制御部３００は、前記第１時間(Time１)から５分が経過した第２時間(Time２)まで、前記予め設定された測定時間ごとに測定された室外熱交換器の出口圧力の平均値(Pcavg)を計算することができる。
【０４０８】
また、前記予め設定された測定時間は１分に設定することができる。即ち、前記制御部３００は、１分ごとに測定された室外熱交換器の出口圧力が５回生成される時平均値(Pcavg)を計算することができる。
【０４０９】
そして、前記制御部３００は、所定の運転時間の間前記室外熱交換器の出口圧力が５回生成される度に計算された平均値(Pcavg)を更新することができる。前記所定の運転時間は、安定した室外熱交換器の出口圧力の平均値(Pcavg)を確保する時間である。
【０４１０】
前記所定の運転時間は、前記室外熱交換器４５が正常的に冷媒の蒸発を行って室外熱交換器の出口圧力(Pc)がほとんど一定レベルを維持する時間であると理解することができる。即ち、前記所定の運転時間の間記録される平均値は偏差が相対的に小さい。一例として、前記所定の運転時間は２０分に設定することができる。
【０４１１】
そして、前記制御部３００は、前記所定の運転時間が経過すると、平均値(Pavg)の更新を中断することができる。
【０４１２】
また、前記制御部３００は、前記更新された平均値(Pcavg)をメモリー３１０に貯蔵することができる。
【０４１３】
前記室外熱交換器４５の表面で着霜が成長(または進行)することにともない、蒸発冷媒の圧力と過熱度が減少することがある。従って、除霜モードで運転するための着霜判断時点は、室外熱交換器の出口圧力の平均が急激に減少する時点と設定することができる。
【０４１４】
従って、前記第２インデックスは、室外熱交換器の出口圧力の変化量(△Ｐｃ)で定義する。
【０４１５】
前記室外熱交換器の出口圧力の変化量(△Ｐｃ)は、以下の数式１で表すことができる。
ΔＰｃ＝Ｐｃａｖｇ−Ｐｃ        〔数式１〕
【０４１６】
即ち、前記室外熱交換器の出口圧力の変化量(△Ｐｃ)は、前記平均値(Pcavg)と感知される室外熱交換器の出口圧力(Pc)の差で定義することができる。
【０４１７】
ここで、前記感知される室外熱交換器の出口圧力(Pc)は、後述する第４運転時間経過後感知される室外熱交換器の出口圧力(Pc)で規定される。
【０４１８】
前記第４運転時間は、前記室外熱交換器の出口圧力(Pc)をインデックスとして、着霜が発生し得る暖房モードの最小連続運転時間と規定することができる。
【０４１９】
一方、前記制御部３００は、前記第１インデックスの測定と前記第２インデックスの測定を独立的に行うことができる。即ち、前記制御部３００は、前記第１インデックスに対する着霜の有無判断と前記第２インデックスに対する着霜の有無判断を並列的に行うことができる。
【０４２０】
前記着霜の有無判断は、室外熱交換器４５の表面に霜が付着する現象(「着霜」)の発生の有無を判断するものと理解することができる。
【０４２１】
従って、前記第１インデックス及び前記第２インデックスのうち少なくともいずれか一つのインデックスに対して着霜が発生したと判断されると、除霜モードに突入することができる。
【０４２２】
前記ヒートポンプ１は、測定されたインデックス別の基礎条件を充足するのかを判断することができる(Ｓ１６０)。
【０４２３】
即ち、前記制御部３００は、前記測定された第１インデックスと第２インデックスが、それぞれ規定される基礎条件を充足するのかを判断することができる。
【０４２４】
具体的に、前記制御部３００は、測定された第１インデックスに対する基礎条件を充足するのか否か判断することができる。また、前記制御部３００は、測定された第２インデックスに対する基礎条件を充足するのか否かを判断することができる。
【０４２５】
前記基礎条件は、着霜が発生し得るインデックス別の暖房モードの最小連続運転時間(第１〜第４運転時間)、室外温度条件及び前記室外温度条件に対応するインデックス別の設計(温度または圧力)条件で規定される。
【０４２６】
前記インデックス別の基礎条件を充足するのか否かを判断するステップ(Ｓ１６０)に対する詳細な説明は、図１０と図１１を参照して後述するようにする。
【０４２７】
前記ヒートポンプ１は、前記インデックス別の基礎条件を充足したと判断されると、持続時間条件を充足するのかを判断することができる(Ｓ１７０)。
【０４２８】
即ち、前記制御部３００は、前記測定された第１インデックス及び前記測定された第２インデックスのうち少なくともいずれか一つのインデックスが前記基礎条件を充足すると、前記基礎条件を充足したインデックスの持続時間が前記持続時間条件を充足するのかを判断することができる。
【０４２９】
前記持続時間条件は、インデックス別に異なるように設定されて前記メモリー３１０に予め貯蔵される。
【０４３０】
前記持続時間条件は、前記第１インデックス及び/または前記第２インデックスが基礎条件を充足することを前提として設定される。
【０４３１】
即ち、前記持続時間条件は、前記基礎条件を充足したインデックスが着霜を起こす時間で規定される。具体的に、前記第１インデックスに対する持続時間条件は３分に設定される。そして、前記第２インデックスに対する持続時間条件は５分に設定される。
【０４３２】
前記ヒートポンプ１は、前記持続時間条件を充足すると、着霜が発生したと判断することができる(Ｓ１８０)。
【０４３３】
具体的に、前記制御部３００は、前記測定された第１インデックス(圧縮機入口温度)が基礎条件を充足し、前記持続時間条件(例えば、３分)を充足すると、着霜が発生したと判断することができる。
【０４３４】
また、前記制御部３００は、前記測定された第２インデックス(室外熱交換器の出口圧力の変化量)が基礎条件を充足し、前記持続時間条件(例えば、５分)を充足すると、着霜が発生したと判断することができる。
【０４３５】
前記ヒートポンプ１は、着霜が発生したと判断すると、上述した除霜モードで運転を始めることができる(Ｓ２００)。
【０４３６】
即ち、前記制御部３００は、前記第１インデックス及び前記第２インデックスのうち少なくともいずれか一つのインデックスに対して着霜が発生したと判断された場合、多数の弁ポジションを除霜モードに合わせて制御することができる。
【０４３７】
具体的に、前記制御部２００は、冷媒流動方向が転換されるように四方弁１１０を制御し、前記室外膨張弁１５１、廃熱膨張弁１６１、前記クーラー膨張弁１５６及び前記チラーバルブ１６４が閉鎖されるように制御して、前記室内膨張弁１３５を開放するように制御することができる。
【０４３８】
これによれば、前記室外熱交換器４５に高温の圧縮冷媒が流動しながら除霜を行うことができる。
【０４３９】
図１０は、本発明の実施例に係る第１インデックスの基礎条件を充足するのか否かを判断するための制御方法を示すフローチャートである。
【０４４０】
図１０を参照すると、前記インデックス別の基礎条件を充足するのか否かを判断するステップ(Ｓ１６０)は、第１インデックスに対する基礎条件を充足するのか否かを判断するステップを含むことができる。ここで、前記第１インデックスは、前記Ｓ１５０ステップで測定された圧縮機入口温度であると理解することができる。
【０４４１】
前記暖房モードにおいて、着霜が成長(または進行)することにともない、前記室外熱交換器４５を通過した冷媒の温度は落ちることになる。即ち、圧縮機１００の入口で、冷媒の温度も着霜が成長することにともない落ちることになる(図１５参考)。
【０４４２】
従って、前記圧縮機入口温度は、着霜の有無を精密に判断できる判断のファクターとして利用することができる。
【０４４３】
前記Ｓ１６０ステップで、前記ヒートポンプ１は、暖房モードで運転する初期起動時間である第１運転時間が経過したか否かを判断することができる(Ｓ１６１１)。
【０４４４】
前記第１運転時間は、オーバーシュート(Overshoot)を回避するために暖房モードの最小連続運転時間と規定することができる。
【０４４５】
ここで、前記最小連続運転時間の最小は、保守的な範囲を意味するものとして、当該時間の経過が着霜発生の条件となることを意味する。
【０４４６】
即ち、前記第１運転時間が経過すると、前記室外熱交換器４５では、特定の室外温度とこれに対応する圧縮機入口温度で着霜が発生する可能性がある。
【０４４７】
従って、前記第１運転時間が経過すると、前記特定の室外温度とこれに対応する圧縮機入口温度を判断基準(「第１判断基準」)として着霜の有無(または「着霜発生の有無」という)を判断することができる。
【０４４８】
即ち、前記第１運転時間は、特定の室外温度とこれに対応する圧縮機入口温度で着霜が発生する暖房モードの最小連続運転時間と規定することができる。一例として、前記第１運転時間は１０分〜１５分に設定することができる。
【０４４９】
前記メモリー３１０には、前記第１運転時間に対する情報が予め貯蔵される。
【０４５０】
前記Ｓ１３０ステップで、上述したように、前記制御部３００は、前記タイマー３２０によって暖房モードで運転する時間を感知することができる。
【０４５１】
そして、前記制御部３００は、前記タイマー３２０の感知情報に基づいて前記第１運転時間が経過したのかを判断することができる。
【０４５２】
前記ヒートポンプ１は、前記第１運転時間が経過したと判断されると、第２運転時間が経過したか否かを判断することができる(Ｓ１６１２)。
【０４５３】
前記第２運転時間は、着霜が発生する前記特定の室外温度とこれに対応する圧縮機入口温度を補正する暖房モードの最小連続運転時間と規定することができる。
【０４５４】
即ち、前記第２運転時間は、前記特定の室外温度とこれに対応する圧縮機入口温度を補正する基準運転時間であると理解することができる。
【０４５５】
前記ヒートポンプ１は、運転時間によって室外熱交換器４５表面の霜(氷)の密度が変わる。従って、本発明の実施例では、前記運転時間を考慮して第１運転時間、第２運転時間及び第３運転時間を定義する。
【０４５６】
そして、前記制御部３００は、それぞれの運転時間で室外温度とこれに対応する圧縮機入口温度で規定される判断基準を、感知された圧縮機入口温度と比較して着霜の発生有無を判断することができる。
【０４５７】
前記第２運転時間は、前記第１運転時間より長い最小連続運転時間を有することができる。一例として、前記第２運転時間は３０分に設定することができる。
【０４５８】
そして、前記第２運転時間が経過すると、前記特定の室外温度とこれに対応する圧縮機入口温度を補正した判断基準(「第２判断基準」)が適用される。
【０４５９】
前記メモリー３１０には、前記第２運転時間に対する情報が予め貯蔵される。
【０４６０】
前記制御部３００は、前記タイマー３２０の感知情報に基づいて前記第２運転時間が経過したのかを判断することができる。
【０４６１】
前記ヒートポンプ１は、前記第２運転時間が経過していないと判断されると、前記Ｓ１５０ステップで測定された第１インデックスが予め設定された第１判断基準を充足するのかを判断することができる(Ｓ１６１４)。
【０４６２】
即ち、前記制御部３００は、暖房モードの連続運転時間が前記第１運転時間と前記第２運転時間の間であると判断された場合、前記測定された第１インデックスがメモリー３１０に予め貯蔵された第１判断基準を充足するのかを判断することができる。
【０４６３】
前記第１判断基準は、室外温度に応じて対応する圧縮機入口温度の範囲と規定される。
【０４６４】
具体的に、前記第１判断基準は、室外温度が０℃以上である時圧縮機入口温度が−２０℃以下、室外温度が−１０℃〜０℃の間である時圧縮機入口温度が−２５℃〜−２０℃、室外温度が−１５℃〜−１０℃の間である時圧縮機入口温度が−３５℃〜−２５℃及び室外温度が−１５℃未満である時圧縮機入口温度が−３５℃以下であると定義することができる。
【０４６５】
一例として、Ｓ１４０ステップで感知された室外温度が０℃である場合、前記制御部３００は、前記暖房モードの連続運転時間が前記第１運転時間と前記第２運転時間の間である時、前記測定された第１インデックスが−２０℃以下を充足するのかを判断することができる。そして、前記制御部３００は、前記測定された第１インデックスが−２０℃以下であれば、前記基礎条件を充足(Ｓ１６１８)したと判断することができる。
【０４６６】
一方、前記ヒートポンプ１は、前記第２運転時間が経過したと判断されると、第３運転時間が経過したか否かを判断することができる(Ｓ１６１３)。
【０４６７】
前記第３運転時間は、前記特定の室外温度とこれに対応する圧縮機入口温度を補正した判断基準(「第２判断基準」)をより広い範囲に補正する暖房モードの最小連続運転時間と規定することができる。一例として、前記第３運転時間は１８０分に設定することができる。
【０４６８】
前記第３運転時間は、前記第２運転時間より長い連続運転時間を有することができる。従って、前記第３運転時間は、除霜モードに緊急突入できる時間であると理解することができる。
【０４６９】
そして、前記第３運転時間は、前記特定の室外温度とこれに対応する圧縮機入口温度を一番広い範囲に補正する基準運転時間であると理解することができる。
【０４７０】
即ち、前記第３運転時間が経過すると、後述する第２判断基準より広い範囲を有する室外温度及びこれに対応する圧縮機入口温度で着霜が発生する可能性がある。
【０４７１】
前記メモリー３１０には、前記第３運転時間に対する情報が予め貯蔵される。
【０４７２】
前記制御部３００は、前記タイマー３２０の感知情報に基づいて前記第３運転時間が経過したのかを判断することができる。
【０４７３】
前記ヒートポンプ１は、前記第３運転時間が経過していないと判断されると、前記Ｓ１５０ステップで測定された第１インデックスが予め設定された第２判断基準を充足するのかを判断することができる(Ｓ１６１５)。
【０４７４】
即ち、前記制御部３００は、暖房モードの連続運転時間が前記第２運転時間と前記第３運転時間の間であると判断された場合、前記測定された第１インデックスがメモリー３１０に予め貯蔵された第２判断基準を充足するのかを判断することができる。
【０４７５】
前記第２判断基準は、室外温度に応じて対応する圧縮機入口温度の範囲と規定される。
【０４７６】
具体的に、前記第２判断基準は、室外温度が０℃以上である時圧縮機入口温度が−１５℃以下、室外温度が−１０℃〜０℃の間である時圧縮機入口温度が−２３℃〜−１５℃及び室外温度が−２０℃〜−１０℃の間である時圧縮機入口温度が−２７℃〜−２３℃であると定義することができる。
【０４７７】
一例として、Ｓ１４０ステップで感知された室外温度が０℃である場合、前記制御部３００は、前記暖房モードの連続運転時間が前記第２運転時間と前記第３運転時間の間である時、前記測定された第１インデックスが−１５℃以下を充足するのかを判断することができる。そして、前記制御部３００は、前記測定された第１インデックスが−１５℃以下であれば、前記基礎条件を充足(Ｓ１６１８)したと判断することができる。
【０４７８】
一方、前記ヒートポンプ１は、前記第３運転時間が経過したと判断されると、前記Ｓ１４０ステップで感知された室外温度が予め設定された最低基準温度と予め設定された最高基準温度の間であるのかを判断することができる(Ｓ１６１６)。
【０４７９】
一例として、前記最低基準温度は−４０℃に設定される。そして、前記最高基準温度は２５℃に設定される。
【０４８０】
即ち、前記制御部３００は、前記Ｓ１４０ステップで感知された室外温度が前記最低基準温度以上及び前記最高基準温度以下の範囲に属するのかを判断することができる。
【０４８１】
前記メモリー３１０には、前記最低基準温度及び前記最高基準温度に対する情報が予め貯蔵される。
【０４８２】
そして、前記感知された室外温度が前記最低基準温度と前記最高基準温度の間の値を有すると判断されると、前記ヒートポンプ１は、前記測定された第１インデックスが予め設定された設計温度以下であるのかを判断することができる(Ｓ１６１７)。
【０４８３】
前記設計温度は−４℃に設定される。そして、前記メモリー３１０には、前記設計温度に対する情報が予め貯蔵される。
【０４８４】
前記ヒートポンプ１は、前記測定された第１インデックスが前記設計温度以下であれば、基礎条件を充足したと判断することができる(Ｓ１６１８)。
【０４８５】
具体的に、暖房モードの連続運転時間が第３運転時間を経過し、前記感知された室外温度が前記最低基準温度と前記最高基準温度の間の値を有する場合、前記制御部３００は、前記測定された第１インデックスが前記設計温度以下を充足すると、基礎条件を充足したと判断することができる、(Ｓ１６１８)。
【０４８６】
図１１は、本発明の実施例に係る第２インデックスの基礎条件を充足するのか否かを判断するための制御方法を示すフローチャートである。
【０４８７】
図１１を参照すると、前記インデックス別の基礎条件を充足するのか否かを判断するステップ(Ｓ１６０)は、第２インデックスに対する基礎条件を充足するのか否かを判断するステップを含むことができる。ここで、前記第２インデックスは、前記Ｓ１５０ステップで測定された室外熱交換器の出口圧力の変化量であると理解することができる。
【０４８８】
前記暖房モードにおいて、着霜が成長(または進行)することにともない、前記室外熱交換器４５を通過した冷媒の圧力は落ちることになる。即ち、室外熱交換センサー３７０で感知される冷媒の圧力は、着霜が成長することにともなって落ちることになる(図９及び図１５参考)。
【０４８９】
従って、前記室外熱交換器の出口圧力の変化量(△Ｐｃ)は、着霜の有無を精密に判断できる判断のファクターとして利用することができる。
【０４９０】
前記Ｓ１６０ステップで、前記ヒートポンプ１は第４運転時間が経過したか否かを判断することができる(Ｓ１６４１)。
【０４９１】
前記第４運転時間は、前記室外熱交換器の出口圧力(Pc)をインデックスとして、着霜が発生し得る暖房モードの最小連続運転時間と規定することができる。一例として、前記第４運転時間は４０分に設定することができる。
【０４９２】
前記第４運転時間が経過すると、前記室外熱交換器４５では、特定の室外温度とこれに対応する圧縮機入口温度で着霜が発生する可能性がある。
【０４９３】
従って、前記第４運転時間が経過すると、前記特定の室外温度とこれに対応する圧縮機入口温度を基準として着霜の発生有無を判断することができる。
【０４９４】
前記メモリー３１０には、前記第４運転時間に対する情報が予め貯蔵される。
【０４９５】
前記Ｓ１３０ステップで、上述したように、前記制御部３００は、前記タイマー３２０によって暖房モードで運転する時間を感知することができる。
【０４９６】
そして、前記制御部３００は、前記タイマー３２０の感知情報に基づいて前記第４運転時間が経過したのかを判断することができる。
【０４９７】
前記ヒートポンプ１は、前記第４運転時間が経過したと判断されると、Ｓ１４０ステップで感知された室外温度が予め設定された最低基準温度と予め設定された最高基準温度の間であるのかを判断することができる(Ｓ１６４２)。
【０４９８】
前記最低基準温度及び前記最高基準温度は、上述した第１インデックスの最低基準温度及び最高基準温度と同一に設定することができる。一例として、前記最低基準温度は−４０℃に設定される。そして、前記最高基準温度は２５℃に設定される。
【０４９９】
即ち、前記制御部３００は、前記Ｓ１４０ステップで感知された室外温度が前記最低基準温度以上及び前記最高基準温度以下の範囲に属するのかを判断することができる。
【０５００】
そして、前記感知された室外温度が前記最低基準温度と前記最高基準温度の間の値を有すると判断されると、前記ヒートポンプ１は、前記測定された第２インデックス(△Ｐｃ)が予め設定された設計圧力を超えるのかを判断することができる(Ｓ１６４３)。
【０５０１】
前記設計圧力は７０ｋＰａに設定される。前記設計圧力に対する説明は、図１４及び図１５を参照して後述するようにする。
【０５０２】
前記メモリー３１０には、前記設計圧力に対する情報が予め貯蔵される。
【０５０３】
そして、前記ヒートポンプ１は、前記測定された第２インデックス(△Ｐｃ)が前記設計圧力を超えたと判断されると、基礎条件を充足したと判断することができる(Ｓ１６４４)。
【０５０４】
図１２は、本発明の実施例に係る除霜モードの制御方法を示すフローチャートである。図１２を参照して、本発明の実施例に係る除霜モードを終了するための制御方法を説明する。
【０５０５】
前記除霜モードに突入(Ｓ２００)すると、前記ヒートポンプ１は、前記圧縮機１００の回転数を制御することができる(Ｓ２１０)。
【０５０６】
具体的に、前記制御部３００は、前記圧縮機１００の回転数が段階的に上昇するように制御することができる。
【０５０７】
一例として、前記制御部３００は、前記除霜モード突入時点から５秒経過後３６００ＲＰＭに回転数を上昇させて１分間運転することができる。そして、前記制御部３００は、前記１分後目標回転数まで上昇させて定時制御を行うことができる。
【０５０８】
また、前記ヒートポンプ１は、多数の弁ポジションを除霜モードに合わせる第１弁制御を行うことができる(Ｓ２２０)。
【０５０９】
具体的に、前記制御部３００は、暖房モードにおいて多数の弁ポジションを除霜モードに合わされるように制御することができる。一例として、前記制御部２００は、冷媒流動方向が転換されるように四方弁１１０を制御し、前記室外膨張弁１５１、廃熱膨張弁１６１、前記クーラー膨張弁１５６及び前記チラーバルブ１６４が閉鎖されるように制御して、前記室内膨張弁１３５を開放するように制御することができる。
【０５１０】
ここで、前記制御部３００は、前記室内膨張弁１３５の開度を段階的に開放されるように制御することができる。
【０５１１】
また、前記ヒートポンプ１は、室内の暖房を維持させるために客室ヒーター６０を作動(ON)させることができる(Ｓ２３０)。
【０５１２】
具体的に、前記制御部３００は、前記客室ヒーター６０が作動するように前記ヒーターポンプ６１を作動させ、冷却水が前記ヒーター６３を循環するように制御することができる。
また、前記ヒートポンプ１は、霜と圧縮冷媒間の熱伝達効果を最大化するために室外ファン４６をオフ(OFF)させることができる。
【０５１３】
上述したように、前記室外ファン４６の作動による対流熱伝達を回避するために、前記制御部３００は、前記室外ファン４６がオフ(OFF)されるように制御することができる。
【０５１４】
上記したＳ２１０〜Ｓ２４０ステップによれば、前記室外熱交換器４５の表面に付着した霜が除去される除霜が実行される。
【０５１５】
そして、前記ヒートポンプ１は、冷媒の凝縮温度を測定して除霜終了条件を充足するのかを判断することができる(Ｓ２６０)。
具体的に、前記冷媒感知センサーＰＴは、前記室外配管１１５に設置される凝縮温度センサー(図示されない)をさらに含むことができる。
【０５１６】
前記凝縮温度センサーは、前記室外熱交換センサー３７０と反対側に設置される。そして、前記凝縮温度センサーは、除霜モードにおいて前記室外熱交換器４５を通過する冷媒の温度を感知して前記制御部３００に提供することができる。
【０５１７】
即ち、前記制御部３００は、前記凝縮温度センサーから提供される感知情報に基づいて前記冷媒の凝縮温度を測定することができる。
【０５１８】
前記除霜終了条件は、前記凝縮温度を基準として設定される。そして、前記メモリー３１０には、前記除霜終了条件が予め貯蔵される。
【０５１９】
一例として、前記除霜終了条件は、凝縮温度が４０℃を超える場合充足すると規定することができる。即ち、前記制御部３００は、前記測定された凝縮温度が４０℃を超えると判断されると、除霜モードを直ちに終了するように制御することができる。
【０５２０】
別の例として、前記除霜終了条件は、凝縮温度が１５℃を超える場合充足すると規定することができる。ただし、この場合、前記除霜モードを３０秒間維持した後除霜モードを終了するように規定することができる。即ち、前記制御部３００は、前記測定された凝縮温度が１５℃を超えると判断されると、除霜モードを３０秒間さらに維持した後終了するように制御することができる。前記除霜終了条件で凝縮温度を下げると、前記除霜モード維持時間は増加することができる。
【０５２１】
そして、前記ヒートポンプ１は、前記測定された凝縮温度が前記除霜終了条件を充足したと判断すると、前記除霜モードを終了し、前記暖房モードで運転するための暖房運転転換ステップ(Ｓ３００)を実行することができる。
【０５２２】
即ち、前記制御部３００は、前記除霜終了条件を充足すると、前記除霜モードを終了し、前記暖房モードに転換されるように弁ポジションを制御することができる。
【０５２３】
一方、前記ヒートポンプ１は、前記測定された凝縮温度が前記除霜終了条件を充足できないと判断されると、予め設定された最大除霜モード運転時間が経過したか否かを判断することができる(Ｓ２７０)。
【０５２４】
前記最大除霜モード運転時間は、性能係数(ＣＯＰ)が急激に落ちる時点を基準として設定することができる。一例として、前記最大除霜モード運転時間は７分に設定される。前記メモリー３１０には、前記最大除霜モード運転時間に対する情報が予め貯蔵される。
【０５２５】
従って、前記最大除霜モード運転時間を超える運転は、前記ヒートポンプ１の性能に悪影響を与えるので、前記ヒートポンプ１は、最大除霜モード運転時間が経過したと判断されると、除霜モードを終了することができる。
【０５２６】
即ち、前記制御部３００は、前記最大除霜モード運転時間が経過したと判断されると、除霜モードを終了し、暖房運転転換ステップ(Ｓ３００)を実行することができる。
【０５２７】
図１３は、図１２の暖房運転転換ステップ(Ｓ３００)を詳しく見せるフローチャートである。図１３を参照して、フレッシュフォギング(fresh fogging)を防止するための制御方法を説明する。
【０５２８】
上述したように、除湿モードから暖房モードに急激に転換するとき霜が溶けて発生した凝縮水が急激に蒸発して、室内の前面窓ガラスに曇りを発生させるフレッシュフォギング(fresh fogging)現象が起きることがある。従って、前記フレッシュフォギングは、運転者の視野を妨害して安全性を落とす問題がある。
【０５２９】
これを防止するために、前記暖房運転転換ステップ(Ｓ３００)は、圧縮機１００をオフ(OFF)させるステップを含むことができる(Ｓ３１０)。
【０５３０】
具体的に、前記制御部３００は、暖房モードに切替えるために圧縮機１００の起動を初期化するように前記圧縮機１００をオフさせることができる。
【０５３１】
そして、前記圧縮機１００のオフは、後述する駆動遅延時間に応じて維持される。即ち、前記圧縮機１００の作動は、駆動遅延時間だけ遅延(delay)される。
【０５３２】
また、前記暖房運転転換ステップ(Ｓ３００)は、第２弁制御ステップをさらに含むことができる(Ｓ３２０)。
【０５３３】
具体的に、前記制御部３００は、暖房モードの初期起動のために前記室外膨張弁１１８の閉鎖を維持し、室内膨張弁１３５の開度を段階的に減少させる第２弁制御を行うことができる。
【０５３４】
前記第２弁制御は、前記室内膨張弁１３５が完全に閉鎖されるとき、室外膨張弁１１８を開放させることができる。
【０５３５】
これによれば、前記除霜モードから前記暖房モードへの急激な弁ポジション転換を防止することができる。
【０５３６】
また、前記暖房運転転換ステップ(Ｓ３００)は、客室ヒーターオフ(OFF)ステップをさらに含むことができる(Ｓ３３０)。
【０５３７】
具体的に、前記制御部３００は、除霜モードにおいて室内暖房を維持するために作動させた客室ヒーター６０をオフ(OFF)させることができる。これによれば、不必要な電力消耗を防止することができる。
【０５３８】
また、前記暖房運転転換ステップ(Ｓ３００)は、室外ファンオン(ON)ステップをさらに含むことができる(Ｓ３４０)。
【０５３９】
具体的に、前記制御部３００は、効果的な除霜のためにオフ(OFF)させた室外ファン４６を再作動(ON)させることができる。
【０５４０】
また、前記暖房運転転換ステップ(Ｓ３００)は、フレッシュフォギング条件判断ステップをさらに含むことができる(Ｓ３５０)。
【０５４１】
前記メモリー３１０には、前記フレッシュフォギング条件が予め貯蔵される。
【０５４２】
前記フレッシュフォギング条件は、前記室外温度センサー３３０から感知された室外温度に基づいて判断することができる。一例として、前記フレッシュフォギング条件は、５℃を基準温度条件に設定することができる。
【０５４３】
そして、前記暖房運転転換ステップ(Ｓ３００)は、前記フレッシュフォギング条件に応じて圧縮機の駆動遅延時間を決定する駆動遅延時間決定ステップをさらに含むことができる(Ｓ３６０)。
前記メモリー３１０には、フレッシュフォギング条件に応じた駆動遅延時間が予め貯蔵される。
【０５４４】
具体的に、前記制御部３００は、前記感知された室外温度が５℃より高い場合、前記駆動遅延時間を１０分に決定することができる。従って、前記制御部３００は、前記圧縮機１００のオフ(OFF)状態を１０分間維持することができる。
【０５４５】
また、前記制御部３００は、前記感知された室外温度が５℃より低い場合、前記駆動遅延時間を１分に決定することができる。従って、前記制御部３００は、前記圧縮機１００のオフ(OFF)状態を１分間維持することができる。
【０５４６】
前記駆動遅延時間によれば、除霜モードから暖房モードに切替える時間を遅延させることができるので、前記フレッシュフォギングを防止することができる。
【０５４７】
そして、前記暖房運転転換ステップ(Ｓ３００)は、前記決定された駆動遅延時間が経過したか否かを判断するステップをさらに含むことができる(Ｓ３７０)。
【０５４８】
前記制御部３００は、前記タイマー３２０を通じて伝達される時間感知情報を利用して前記決定された駆動遅延時間が経過したか否かを判断することができる。
【０５４９】
そして、前記制御部３００は、前記決定された駆動遅延時間が経過したと判断されると、前記暖房モードで運転を始めることができる(Ｓ３８０)。
【０５５０】
即ち、前記制御部３００は、暖房モードに合わせて全ての弁ポジションを制御して、前記駆動遅延時間が経過すると、前記圧縮機１００を起動(ON)させて暖房モードで運転を始めることができる。一例として、前記制御部３００は、前記決定された駆動時間が経過すると、上述したＳ１０ステップに復帰することができる。
【０５５１】
従って、前記ヒートポンプ１の運転が急激に除霜モードから暖房モードに転換されないので、前記フレッシュフォギングを防止し、電気自動車の安全性を向上させることができる。
【０５５２】
図１４は本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの着霜による暖房能力変化を示す実験グラフであり、図１５は本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの着霜による蒸発器の出口圧力(Pevapout)の変化を示す実験グラフである。
【０５５３】
図１４を参照すると、前記ヒートポンプ１は、暖房モードで運転を始めた直後から暖房能力(Heating Capa.)が持続的に上昇し、最高点となる約１２００(sec)から着霜発生と着霜成長によって減少し始める。
前記図１４において、点線は、暖房モードで運転される圧縮機１００の動力(Comp.power)を示す。
【０５５４】
図１４及び図１５を参照すると、前記暖房能力(Heating Capa.)が最高点である時の約１２００(sec)において、室外熱交換センサー３７０によって感知される蒸発器の出口圧力(Pevapout)は約１８８ｋＰａと一定に維持した後、前記暖房能力の減少とともに減少することを確認することができる。
【０５５５】
そして、前記暖房能力の減少の傾きが緩和される時点(約２７００sec)から前記蒸発器の出口圧力(Pevapout)は約１１４ｋＰａと一定に維持されることを確認することができる。
【０５５６】
前記減少の傾きが緩和される時点は、前記着霜成長が最大値に進行された場合であると理解することができる。
【０５５７】
従って、図１１で上述した第２インデックスの設計圧力は、前記暖房能力が最高点である時の蒸発器の出口圧力(Pevapout)と、前記暖房能力の減少の傾きの緩和時点の蒸発器の出口圧力(Pevapout)の差である６０〜８０ｋＰａに設定される。即ち、前記第２インデックスの設計圧力は、好ましくは７０ｋＰａに設定することができる。
【０５５８】
従って、前記第２インデックスが設計圧力より高い場合、着霜発生の可能性が非常に高いものとして、着霜判断に対する信頼性を向上させることができる。
【０５５９】
また、図１５を参照すると、前記着霜の影響で蒸発器の出口圧力(Pevapout)の変化に応じて、圧縮機１００の吸込温度(Ts)と吸込圧力(ＰＳ)も類似するグラフ傾向を有することが分かる。
【０５６０】
従って、圧縮機１００の吐出温度(Td)を一定範囲内に維持するために、圧縮機１００の仕事は、前記着霜が発生した場合により増加することになり、電力消耗が増加することになる。結局、正確な着霜判断及び除霜モード運転は電力消耗を最小化し、バッテリー２０の１回充電当りの電気自動車の走行距離を向上させることができる。
【０５６１】
一方、図１４及び図１５は、室外温度を−５℃〜２℃に設定した実験条件を基準とする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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