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전기자동차에서의 히트펌프 공조 및 열관리 기술 동향

설비저널 = The magazine of the Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea v.44 no.11 , 2015년, pp.18 - 24  
송찬호 (한국기계연구원 열공정극한기술연구실 ) ;  윤석호 ( 한국기계연구원 열공정극한기술연구실)
초록이 없습니다.

본문요약 

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문제 정의
  • 1) 여기서는 전기자동차에 적용되는 히트펌프에 의한 공조 시스템과 열관리 시스템에 대하여 최근 다루었던 연구동향에 대해 기술하고자 한다.

    따라서 배터리 및 구동모터를 포함한 고전압 핵심부품들의 효율적인 열관리 기술은 전기구동자동차에서 해결해야 하는 중요한 과제이다.1) 여기서는 전기자동차에 적용되는 히트펌프에 의한 공조 시스템과 열관리 시스템에 대하여 최근 다루었던 연구동향에 대해 기술하고자 한다.

  • 배터리의 열관리 시스템에 대해서는 당 저널의지난 집중기획에서 다루었기 때문에 본 원고에서는 특이한 접근 방식에 대해 소개하고자 한다.

    배터리의 열관리 시스템에 대해서는 당 저널의지난 집중기획에서 다루었기 때문에 본 원고에서는 특이한 접근 방식에 대해 소개하고자 한다. 일본 닛산(Nissan) 社에서는 전기자동차 리프(Leaf)에 그림 9와 같이 냉각 시스템이 없는 배터리팩을 장착하였다.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PTC 히터
전기자동차 난방에 적용하는 PTC 히터의 단점은?
전기소모량이 많으므로 차량의 성능이 더욱 나빠지게 된다

그림 2는 한 예로 전기자동차에서 공조를 위한 전기 사용 시 이에 따라 변화하는 운전 거리의 관계를 나타내고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 냉난방 공조를 위한 전기소모는 가능하면 줄여주어야 전기자동차의 성능이 향상되는데 특히 난방에 있어서 현재 적용하고 있는 PTC 히터는 전기소모량이 많으므로 차량의 성능이 더욱 나빠지게 된다. 이에 대해 히트펌프는 공기를 열원으로 하는 매우 효과적인 난방 기술로서 난방열량은 공기로부터 흡수하는 열량과 배터리에서 공급되는 전기에너지를 합한 값이 된다.

내연엔진 차량
내연엔진 차량에서 냉난방은 무엇을 이용했는가?
냉방은 증기압축기 에어컨, 난방은 엔진열을 이용

기존 내연엔진 차량에서 냉방은 증기압축기 에어컨, 난방은 엔진열을 이용하였으나 전기자동차에서는 증기압축기 히트펌프 시스템 하나로 증발기와 내부 응축기를 활용하여 온습도 조절을 수행하게 된다.

증기압축기 히트펌프 시스템
본 연구에서 적용한 증기압축기 히트펌프 시스템의 냉방 운전 작동원리는?
냉방운전에서는 외부 열교환기와 내부 열교환기는 응축기 역할을 하고 실내 증발기에서 공기를 냉각시키는데 내부 댐퍼에 의해 실내로 유입되는 공기가 실내 응축기를 통과하지 못하도록 하고 있다. 따라서 최대한 증발기 능력이 반영되어 차량 내의 냉방이 가능하도록 한다. 이때의 외부 열교환기 앞의 전자팽창장치는 완전 개방된다

냉방운전에서는 외부 열교환기와 내부 열교환기는 응축기 역할을 하고 실내 증발기에서 공기를 냉각시키는데 내부 댐퍼에 의해 실내로 유입되는 공기가 실내 응축기를 통과하지 못하도록 하고 있다. 따라서 최대한 증발기 능력이 반영되어 차량 내의 냉방이 가능하도록 한다. 이때의 외부 열교환기 앞의 전자팽창장치는 완전 개방된다. 난방운전에서는 실내 증발기는 사용하지 않고 외부 열교환기와 내부 열교환기가 사용되는데 이때 외부 열교환기는 증발기로, 내부 열교환기는 응축기로 사용되고 내부 댐퍼는 실내 유입 공기가 내부 열교환기를 통과하도록 개폐된다.

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