KR100251413B1

KR100251413B1 - 전기자동차용 워터 펌프의 가변토출을 위한 제어회로

Info

Publication number: KR100251413B1
Application number: KR1019970056709A
Authority: KR
Inventors: 이진혁
Original assignee: 김태구; 대우자동차주식회사
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2000-04-15
Also published as: KR19990034990A

Abstract

본 발명은 전기자동차용 냉각장치에 관한 것으로서, 종래의 전기자동차에서는 냉각용 워터 펌프(50)의 구동력을 발생하는 워터 펌프 모터(51)가 시동과 동시에 일정한 회전속도(RPM)으로 동작하므로 냉각수의 온도가 낮은 경우에는 불필요한 전력의 손실이 발생되는 문제점을 해소하기 위하여 인버터(10)와 모터(20)에서 열이 발생되는 경우 상기 발생된 열에 따라 저항값이 변화하는 온도센서1,2(21,22)를 트랜지스터(23)의 베이스 단자(25)와 컬렉터 단자(24)에 연결하고, 상기 변화된 저항값에 따라 트랜지스터(23)의 출력전압이 변화하여 워터 펌프 모터(51)의 회전속도를 변화시키며, 상기 트랜지스터(23)의 베이스 단자(25)에 오프 셋(offset) 저항(27) R_B를 구비하여 온도가 0℃일 때 온도센서1,2(21,22)의 저항에도 불구하고 미세하게 흐르는 전류에 의해 모터(20)가 오동작을 일으키는 것을 방지함으로써 냉각수의 온도가 저온일때는 온도센서1,2(21,22)의 저항값이 크므로 워터 펌프 모터(51)에 공급되는 구동전압이 작고, 또한 그에 따라 워터 펌프(50)의 토출량이 작게 되어 에너지의 낭비를 줄일뿐만 아니라, 냉각수의 온도가 고온일때는 온도센서1,2(21,22)의 저항값이 작으므로 워터 펌프 모터(51)에 공급되는 구동전압이 크고, 또한 그에 따라 워터 펌프(50)의 토출량이 크게 되어 효율적인 냉각이 되는 효과가 있다.

Description

전기자동차용 워터 펌프의 가변토출을 위한 제어회로

본 발명은 전기자동차용 워터 펌프(water pump)에 관한 것으로서, 모터의 작동을 제어하는 인버터의 내부와 모터의 출력단에 온도센서1,2를 구비하여 상기 인버터 또는 모터에서 열이 발생되는 경우 상기 발생된 열에 따라 저항값이 변화하는 온도센서1,2를 트랜지스터의 베이스 단자와 컬렉터 단자에 연결하고, 상기 변화된 저항값에 따라 트랜지스터 컬렉터 단자의 출력전압이 변화하여 워터 펌프 모터의 회전속도를 변화시키며, 상기 트랜지스터의 베이스 단자에 오프 셋(offset) 저항 R_B를 구비하여 온도가 0℃일 때 온도센서의 저항에도 불구하고 미세하게 흐르는 전류에 의해 워터 펌프 모터가 오동작을 일으키는 것을 방지하는 전기자동차용 워터 펌프의 가변토출을 위한 제어회로에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 가솔린 차량이나 디젤 차량에는 작동중 엔진이 과열되지 않도록 적당한 온도를 유지하는 냉각장치가 구비되어 있다. 혼합기가 실린더에 연소되면서 1500∼2000℃ 정도의 열이 실린더 벽, 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 및 기타 부품에 전달된다. 상기 냉각장치는 부품이 과열되지 않게 열을 흡수하며 기관의 온도를 일정하게 유지하고 엔진의 손상을 방지한다. 엔진의 작동온도는 실린더 헤드 물 자켓부의 냉각수 온도로 표시하며 75∼85℃가 정상 운전 온도이다.

기관을 냉각시키는 방식에는 주행중 받는 공기로 냉각시키는 공냉식과 냉각수를 사용하여 엔진 내부를 냉각시키는 수냉식이 있다. 상기 공냉식은 기관을 직접 대기와 접촉시켜 열을 냉각시키는 방식이며 냉각수의 누출 및 동결 등의 염려가 없으며 구조가 간단하고 취급이 용이한 장점이 있으며, 실린더 및 실린더 헤드의 바같쪽에 냉각핀을 설치하여 주행중에 받는 공기로서 냉각하는 자연 통풍식과, 엔진 앞쪽에 설치된 냉각팬의 회전으로 강제로 공기를 냉각핀에 접촉시켜 냉각하는 강제 통풍식이 있다. 또한, 상기 수냉식은 냉각수를 순환시켜 엔진을 냉각시키는 방식이며, 냉각수를 순환시키는 방법에 따라 자연 순환식과 강제 순환식으로 분류할 수 있다. 먼저 자연 순환식은 냉각수를 대류에 의하여 순환하는 방식으로 고성능 엔진에는 부적합하여 사용하지 않는다. 또한, 강제 순환식은 물 펌프를 이용하여 실린더 블록과 실린더 헤드에 설치된 물 재킷 내에 냉각수를 순환시켜 냉각시키는 방식으로 냉각수의 순환이 빠르고 엔진의 냉각이 완전하므로 냉각효과가 크다.

한편, 종래의 열기관 자동차는 연소작용으로 인해 배출되는 배기가스의 공기오염이 심각하기 때문에 전기자동차가 연구개발되고 있는데, 이러한 전기자동차는 모터의 회전력에 의해 차량을 구동하므로 종래의 냉각장치와는 다른 구성을 하고 있다.

근래에 개발되고 있는 전기자동차는 구동장치의 동력원으로서 전기를 사용하고 있으므로 밧데리의 중요성은 더욱 강조되고 있는 실정이며 자동차 관련 연구소에서는 밧데리의 소형화, 밧데리의 경량화 등을 위해 수많은 연구와 실험이 수행되고 있으나, 아직까지는 차량의 총중량에서 밧데리의 중량이 차지하는 비중이 크며, 밧데리의 안전성도 미흡한 실정이다.

도 1에 도시된 바와 같이 전기자동차용 구동장치는 모터(20)가 사용되고 있으며, 상기 모터(20)는 밧데리(도시되지 않음)의 기전력을 공급받으며 인버터(10)의 제어에 의해 차량의 구동력을 발생한다. 상기 모터(20)는 시동과 동시에 소정의 회전속도(RPM)으로 회전하여 차량의 구동력을 발생시키므로 모터(20)에서는 차량이 구동되는 동안 열이 발생되고, 상기 모터(20)에서 발생되는 열을 적정온도로 냉각시키지 못하면 모터(20)에 손상을 주게 된다. 따라서 전기자동차에서는 상기 모터(20)의 일측 소정부위에 설치된 물 통로(도시되지 않음)를 통해 냉각수를 순환시키고, 상기 냉각수가 모터(20)에서 발생된 열을 흡수하여 라디에이터(30)를 통해 열을 방출함으로써 모터(20)에서 발생된 열을 냉각한다. 상기 물 통로와 라디에이터(30)의 냉각수는 워터 펌프(50)를 통해 순환되며, 열에 의해 증발됨으로써 부족되는 냉각수는 물 탱크(surge tank)(40)에서 보충된다.

그러나, 종래의 전기자동차에서는 상기 냉각용 워터 펌프(50)의 구동력을 발생하는 워터 펌프 모터(51)가 시동과 동시에 일정한 회전속도(RPM)으로 동작하므로 냉각수의 온도가 낮은 경우에는 불필요한 전력의 손실이 발생되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 모터의 작동을 제어하는 인버터의 내부와 모터의 출력단에 온도센서1,2를 구비하여 상기 인버터 또는 모터에서 열이 발생되는 경우 상기 발생된 열에 따라 저항값이 변화하는 온도센서1,2를 트랜지스터의 베이스 단자와 컬렉터 단자에 연결하고, 상기 변화된 저항값에 따라 트랜지스터 컬렉터 단자의 출력전압이 변화하여 워터 펌프 모터의 회전속도를 변화시키며, 상기 트랜지스터의 베이스 단자에 오프 셋(offset) 저항 R_B를 구비하여 온도가 0℃일 때 온도센서의 저항에도 불구하고 미세하게 흐르는 전류에 의해 워터 펌프 모터가 오동작을 일으키는 것을 방지하는 전기자동차용 워터 펌프의 가변토출을 위한 제어회로를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 전기자동차의 냉각장치에서 냉각수의 흐름을 개략적으로 나타낸 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 워터 펌프의 가변토출을 위한 제어회로에서 냉각수의 흐름을 개략적으로 나타내는 도시도,

도 3은 본 발명에 의한 워터 펌프의 가변토출을 위한 제어회로를 개략적으로 나타낸 회로도이다.

*도면중 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 인버터 20: 모터 21: 온도센서1 22: 온도센서2 23: 트랜지스터 24: 컬렉터 단자 25: 베이스 단자 26: 이미터 단자 27: 오프셋 저항 28: 이미터 저항 30: 라디에이터 40: 물 탱크 50: 워터 펌프 51: 워터 펌프 모터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부에 온도에 반비례하여 변화하는 저항값을 갖는 온도센서1을 구비하고 있으며 차량의 시동장치와 구동장치를 작동시키기 위한 제어신호를 발생하는 인버터와, 상기 인버터의 제어신호에 따라 소정의 회전력을 발생하여 구동장치에 구동력을 전달하는 모터와, 상기 모터의 출력단에 구비되어 있으며 온도에 반비례하여 변화하는 저항값을 갖는 온도센서2와, 상기 온도센서1,2는 베이스 단자와 컬렉터 단자 사이에 구비되어 있으며 베이스 단자의 입력단에 미세전류에 의한 오동작을 방지하기 위한 오프셋 저항 R_B를 구비하고 있고 이미터 단자의 출력단에 워터 펌프를 작동하기 위한 워터 펌프 모터가 연결되어 있는 트랜지스터와, 상기 인버터와 모터에서 발생된 열에 의해 뜨거워진 냉각수를 공기와 접촉하게 함으로써 냉각하는 라디에이터와, 상기 라디에이터의 냉각수가 순환되기 위한 원동력을 발생시키는 워터 펌프 및 열에 의해 증발됨으로써 부족되는 냉각수를 보충하는 물 탱크로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 차량의 시동장치(도시되지 않음)와 구동장치(도시되지 않음)를 작동시키기 위한 제어신호를 발생하는 인버터(10)의 내부에는 온도에 반비례하여 변화하는 저항값을 갖는 온도센서1(21)이 구비되어 있으며, 상기 온도센서1(21)은 온도가 낮을수록 저항값이 크고 온도가 높을수록 저항값이 작은 특성을 가지고 있다. 또한, 차량의 내부에 구비되어 있으며 밧데리(도시되지 않음)의 기전력을 이용하여 구동력을 발생하는 모터(20)는 상기 인버터(10)의 제어신호에 따라 소정의 회전력을 발생하여 구동장치에 구동력을 전달하며, 상기 모터(20)의 출력단에는 온도센서2(22)가 구비되어 있으며, 온도센서2(22)도 상기 인버터의 내부에 구비된 온도센서1(21)과 마찬가지로 온도가 낮을수록 저항값이 크고 온도가 높을수록 저항값이 작은 특성을 가지고 있다.

운전자가 전기자동차를 구동하기 위해 인버터(10)를 작동시키면 모터(20)는 차량의 구동력을 발생하기 위해 일정한 속도로 회전하게 된다. 상기 인버터(10)와 모터(20)는 차량의 구동에 따라 발열되고, 온도센서1,2(21,22)에서는 상기 인버터(10)와 모터(20)에서 발생되는 열에 따라 저항값이 변화한다. 상기 인버터(10)와 모터(20)에서 발생된 열은 모터(20)의 일측 소정부위에 설치된 물 통로(도시되지 않음)를 통해 순환되는 냉각수에서 흡수하고, 상기 냉각수에서 흡수된 열은 라디에이터(30)에서 대기와 접촉하여 방출됨으로써 모터(20)에서 발생된 열이 냉각된다. 상기 물 통로와 라디에이터(30)의 냉각수는 워터 펌프(50)를 통해 순환되며, 열에 의해 증발됨으로써 부족되는 냉각수는 물 탱크(surge tank)(40)에서 보충된다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 온도센서1,2(21,22)는 피앤피(PNP)형 트랜지스터(23)의 베이스 단자(25)와 컬렉터 단자(24)의 사이에 연결되어 있으며, 상기 피앤피형 트랜지스터(23)의 베이스 단자(25)의 입력단에는 온도가 0℃일 때 온도센서1,2(21,22)의 저항값이 매우 큼에도 불구하고 미세하게 흐르는 전류에 의해 워터 펌프 모터(51)가 작동되는 것을 방지하기 위한 오프셋(offset) 저항(27) R_B가 구비되어 있다.

상기 피앤피형 트랜지스터(23)의 출력단자인 이미터 단자(26)에는 출력전압을 발생하는 이미터 저항(28) R_E가 구비되어 있으며, 상기 출력전압은 워터 펌프(50)를 작동시키는 워터 펌프 모터(51)를 구동시킨다. 상기 온도센서1,2(21,22)가 온도에 따라 저항값이 변화하므로 온도가 높으면 상기 온도센서1,2(21,22)의 저항값이 작아지고, 따라서 베이스 전류

I_B

는 증가하며, 온도가 낮아지면 온도센서1,2(21,22)의 저항값이 증가하고 따라서 베이스 전류

I_B

는 감소하게 된다. 즉, 상기 출력전압

V_E=βI_B×R_E

로 표시되며

β

는 트랜지스터의 전류증폭률이므로, 상기 인버터(10)와 모터(20)의 온도가 높아 온도센서1,2(21,22)의 저항값이 작아지면 베이스 전류

I_B

는 증가되고, 따라서 출력전압이 증가되므로 워터 펌프 모터(51)의 회전속도는 증가되며, 인버터(10)와 모터(20)의 온도가 낮아 온도센서1,2(21,22)의 저항값이 높아지면 베이스 전류

I_B

는 감소되고, 따라서 출력전압이 감소되므로 워터 펌프 모터(51)의 회전속도는 감소한다.

위와 같이, 본 발명에 의한 전기자동차용 워터 펌프의 가변토출을 위한 제어회로는 모터(20)의 작동을 제어하는 인버터(10)의 내부와 모터(20)의 출력단에 온도센서1,2(21,22)를 구비하고, 상기 인버터(10) 또는 모터(20)에서 열이 발생되는 경우 상기 발생된 열에 따라 저항값이 변화하는 온도센서1,2(21,22)를 트랜지스터(23)의 베이스 단자(25)와 컬렉터 단자(24)에 연결하고, 상기 변화된 저항값에 따라 트랜지스터(23)의 출력전압이 변화하여 워터 펌프 모터(51)의 회전속도를 변화시키며, 상기 트랜지스터(23)의 베이스 단자(25)에 오프 셋(offset) 저항(27) R_B를 구비하여 온도가 0℃일 때 온도센서1,2(21,22)의 저항에도 불구하고 미세하게 흐르는 전류에 의해 모터(20)가 오동작을 일으키는 것을 방지함으로써 냉각수의 온도가 저온일때는 온도센서1,2(21,22)의 저항값이 크므로 워터 펌프 모터(51)에 공급되는 구동전압이 작고, 또한 그에 따라 워터 펌프(50)의 토출량이 작게 되어 에너지의 낭비를 줄일뿐만 아니라, 냉각수의 온도가 고온일때는 온도센서1,2(21,22)의 저항값이 작으므로 워터 펌프 모터(51)에 공급되는 구동전압이 크고, 또한 그에 따라 워터 펌프(50)의 토출량이 크게 되어 효율적인 냉각이 되는 효과가 있다.

Claims

전기자동차용 냉각장치에 있어서,

내부에 온도에 반비례하여 변화하는 저항값을 갖는 온도센서1(21)을 구비하고 있으며 차량의 시동장치(도시되지 않음)와 구동장치(도시되지 않음)를 작동시키기 위한 제어신호를 발생하는 인버터(10)와, 상기 인버터(10)의 제어신호에 따라 소정의 회전력을 발생하여 구동장치에 구동력을 전달하는 모터(20)와, 상기 모터(20)의 출력단에 구비되어 있으며 온도에 반비례하여 변화하는 저항값을 갖는 온도센서2(22)와, 상기 온도센서1,2(21,22)는 베이스 단자(25)와 컬렉터 단자(24) 사이에 구비되어 있으며 베이스 단자(25)의 입력단에 미세전류에 의한 오동작을 방지하기 위한 오프셋 저항(27) R_B과 이미터 단자(26)의 출력단에 출력전압을 발생하는 이미터 저항(28) R_E를 구비하고 있으며 이미터 단자(26)의 출력단에 워터 펌프(50)를 작동하기 위한 워터 펌프 모터(51)가 연결되어 있는 트랜지스터(23)와, 상기 인버터(10)와 모터(20)에서 발생된 열에 의해 뜨거워진 냉각수를 공기와 접촉하게 함으로써 냉각하는 라디에이터(30)와, 상기 라디에이터(30)의 냉각수가 순환되기 위한 원동력을 발생시키는 워터 펌프(50) 및 열에 의해 증발됨으로써 부족되는 냉각수를 보충하는 물 탱크(surge tank)(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 워터 펌프의 가변토출을 위한 제어회로.