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전기자동차용 히트펌프의 열 부하 조건에 따른 캐빈온도 특성
Characteristic of Cabin Temperature According to Thermal Load Condition of Heat Pump for Electric Vehicle 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.40 no.2 = no.365, 2016년, pp.85 - 91  

박지수 (충남대학교 기계공학과) ,  한재영 (충남대학교 기계공학과) ,  김성수 (충남대학교 메카트로닉스공학과) ,  유상석 (충남대학교 기계공학과)

초록
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내연기관 자동차와 달리 전기자동차는 배터리 폐열이 부족하여 실내 난방을 위해 추가적으로 PTC 히터를 사용하고 있지만 전력소모가 큰 단점이 있다. 최근 이러한 단점을 보완할 수 있는 히트펌프 적용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 히트펌프의 운전특성 해석을 위해 MATLAB/SIMULINK$^{(R)}$환경에서 R134a 히트펌프 모델과 캐빈 모델을 개발하였다. 모델은 여름과 겨울에서 히트펌프의 작동 특성에 따른 실내 온도변화를 나타낼 수 있으며, 모델 검증은 구성품 수준에서 응축기와 증발기의 용량 비교를 수행하였다. 또한 동일한 냉방조건에서 캐빈온도 변화 비교를 통해 캐빈 모델을 검증하였다. 해석 결과 전동압축기 소비전력은 모든 외기온도 조건에서 PTC 히터 보다 낮은 것으로 나타났다. 또한 영하조건에서 히트펌프의 난방용량이 부족한 현상에 대해 폐열회수를 적용하여 효율적인 난방 작동을 할 수 있는 조건을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The Positive Temperature Coefficient (PTC) is used for cabin air heating of a battery electric vehicle, which is different from conventional vehicles. Since the PTC heater consumes a large quantity of power in a parasitic manner, many valuable studies have been reported in the field of alternative h...

주제어

#전기자동차   #히트펌프   #실내 열교환기   #실외 열교환기   #전동압축기   #팽창밸브   #캐빈  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 영하조건에서 히트펌프의 난방용량을 해석하기 위해 MATLAB /SIMULINK®플랫폼을 이용해, 캐빈의 온도변화를 시뮬레이션을 할 수 있는 히트펌프 모델과 캐빈 모델을 개발하고자 한다. 이러한 모델을 바탕으로 외기온도 조건에 따른 냉방과 난방용량을 나타내고 캐빈온도 변화에 대한 결과를 분석하고 영하조건에서 난방을 하기 위해 필요한 추가 열량에 대해서 분석하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
히트펌프 시스템이란 무엇인가? (1)이러한 연비 문제와 난방 요구를 동시에 만족하기 위해 최근에 히트펌프 시스템의 적용 기술에 대한 연구가 활발하다. 히트펌프 시스템은 에어컨으로 사용하는 증기 압축식 냉동 사이클에서 냉매를 역순환하여 난방을 하는 장치를 말한다. 히트펌프시스템은 PTC 히터보다 낮은 전력으로 난방이 가능하고, 단순 냉매 역순환을 통해 냉방과 난방 기능을 할 수 있다는 장점을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.
전기자동차에서 Positive Temperature Coefficient 히터를 채택하여 사용한 이유는 무엇인가? 더욱이 쾌적한 실내환경을 위해 에어컨이나 난방장치를 가동할 경우 전기자동차의 주행거리는 현저히 떨어진다. 특히 겨울철 난방 사용의 경우, 내연기관 자동차에서는 폐열을 회수하여 난방에 사용하였지만 전기자동차의 폐열은 난방을 하기에 충분하지 않아서 별도 장치로 Positive Temperature Coefficient (이하 PTC) 히터를 채택하여 사용한다. 하지만 PTC 히터를 사용할 경우 주행거리가 약 30~50%까지 감소할 수 있다고 보고 되고 있다.
전기자동차의 단점은 무엇인가? 전기자동차는 배터리를 탑재하여 전기에너지로 차량을 운행한다. 하지만 1 회 충전 주행거리가 내연기관 자동차에 비해 짧다는 단점을 가지고 있다. 더욱이 쾌적한 실내환경을 위해 에어컨이나 난방장치를 가동할 경우 전기자동차의 주행거리는 현저히 떨어진다.
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참고문헌 (9)

  1. Park, C.H., Jee, Y.J. and Lee, D.W., 2011, "Development Trends of Heat-pump System for Electric Driven Vehicles," Auto Journal, Vol. 33, No. 12, pp. 29-35. 

  2. Qi, Z., 2014, "Advances on Air Conditioning and Heat Pump System in Electric Vehicles - A Review," Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 38, pp. 754-764. 

    상세보기 crossref

  3. Lee, D.Y., Cho, C.W., Won, J.P., Park, Y.C. and Lee, M,Y., 2013, "Performance Characteristics of Mobile Heat Pump for A Large Passenger Electric Vehicle," Applied Thermal Engineering, Vol. 50, pp. 660-669. 

    상세보기 crossref

  4. Lee, D.W., Oh, D.H. and Jee Y.J., 2014, "Investigation of R134a Heat Pump System for Zero Emission Vehicle," KSAE Conference, pp. 595-600. 

  5. Lustbader, J.A., 2012, "Light Vehicle HVAC Model Development and Validation," NREL FY 2012 Annual Progress Report, pp. 254-260. 

  6. Lee, J.K., Lee, D.H. and Won, J.P., 2007, "A Study on Electrically Controlled R-134a Heat Pump System for a Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV)," KSAE, Vol. 15, No. 3, pp. 124-132. 

  7. Woo, H.S., Ahn, J.H., Oh, M.S.,Kang, H. and Kim, Y.C., 2013, "Study on the Heating Performance Characteristics of a Heat Pump System Utilizing Air and Waste Heat Source for Electric Vehicles," KJACR, Vol. 25, No. 4, pp. 180-186. 

  8. Borgnakke, C. and Sonntag, R.E., 2011, "Fundamentals of thermodynamics", WILEY 

  9. Incropera, F.P., Dewitt, D.P., Bergman, T.L. and Lavine, A.S., 2008, "Fundamentals of heat and mass transfer", WILEY 

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