R290(프로판) 냉매를 사용한 전기 자동차용 이차 루프 히트펌프 시스템의 성능 평가를 위한 해석 모델 개발

Abstract

전기자동차는 객실 냉난방 및 차량 열관리를 위해 배터리 전력을 사용하게 된다. 이는 전기자동차의 1충전 주행거리를 크게는 약 50%까지 감소시킨다. 따라서 차량 열관리 성능을 개선하면서 에너지 소모 를 최소화하는 히트펌프 시스템 개발이 필요하다. 현재 전기 자동차의 히트펌프 시스템에는 HFC(Hydrofluorocarbons) 계열 냉매인 R134a를 주로 사용하고 있다. 하지만 HFC 계열의 냉매는 지구온 난화지수(GWP : Global Warming Potential)가 높기 때문에 교토의정서와 키갈리 개정의정서가 발의되 면서 규제를 만족할 수 있는 대체 냉매의 필요성이 증가 하고 있다. 본 연구에서는 대체 냉매 중 R290 을 이용한 이차 루프 히트펌프 시스템(Secondary Loop Heat Pump System)의 모델을 개발하였다. 가연 성인 R290 냉매를 차량의 히트펌프 시스템으로 사용하기 위해서는 가연성 냉매의 실내 유입을 방지하 기 위해 추가적인 냉각수 회로를 사용하는 이차루프 시스템의 개발이 필요하다. 본 논문에서는 차량용 이차 루프 히트펌프 시스템 모델의 성능 평가, 시스템 구조 및 제어전략 최적화를 위해 시스템의 특성 과 성능을 평가할 수 있는 시스템 모델을 개발하였다. 시스템 모델은 동적 상황에서 성능과 특성을 모 사할 수 있도록 GT-Suite 환경에서 개발하였으며, 단품 및 시스템 시험 결과를 이용하여 검증하였다. 개발된 모델을 이용하여 R290 냉매를 사용한 히트펌프 시스템의 특성을 분석하고 컴포넌트의 파라미터 스터디를 통해 시스템 성능을 평가하였다.