KR100836413B1 - 하이브리드 전기자동차용 냉방장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

하이브리드 전기자동차용 냉방장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 전기자동차용 공조시스템에 있어서 고가의 전동구동방식 대신에 종래의 벨트구동방식의 에어컨 컴프레셔를 사용하여 차량 아이들 정지 및 전기차(EV) 주행모드 중에서도 언제든지 차량 냉방성능을 제공할 수 있고, 원가절감을 가능하도록 한 하이브리드 전기자동차용 냉방장치 및 그 구동 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 일축상에 직결된 엔진 및 구동모터와; 엔진 또는 구동모터로부터 발생된 동력을 차륜에 전달하는 동력전달장치와; 동력의 접속 및 차단을 위한 클러치 수단으로서 엔진과 구동모터, 그리고 구동모터와 동력전달장치간에 연결된 동력접속/차단장치와; 전기를 충방전하는 고전압 배터리와; 고전압 배터리에서 출력되는 DC 전압을 스위칭함과 함께 3상 교류전원으로 변환하여 상기 구동모터의 구동 전원으로 공급하는 인버터를 포함하는 하이브리드 전기자동차용 냉방장치에 있어서, 상기 구동모터의 축에 엔진동력 절환용 풀리를 장착하고, 이 엔진동력 절환용 풀리에 벨트 구동식 컴프레서를 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 냉방장치 및 그 구동 방법를 제공한다.
하이브리드 전기자동차, 냉방장치, 컴프레서, 구동모터

Description

하이브리드 전기자동차용 냉방장치 및 그 구동 방법{Airconditioner for HEV and method for driving the same}
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 냉방장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 냉방장치의 주행모드별 구동 방법을 설명하는 작동도,
도 3 및 도 4는 종래의 하이브리드 전기자동차용 냉방장치를 나타내는 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진 12 : 구동모터
14 : 동력전달장치 16 : 차륜
18 : 고전압배터리 20 : 인버터
22 : 벨트 24 : 풀리
26 : 전용 인버터 100,200,300 : 컴프레서
A,B : 동력접속/차단장치
본 발명은 하이브리드 전기자동차용 냉방장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 전기자동차용 공조시스템에 있어서 고가의 전동구동방식 대신에 종래의 벨트구동방식의 에어컨 컴프레셔를 사용하여 차량 아이들 정지 및 전기차(EV) 주행모드 중에서도 언제든지 차량 냉방성능을 제공할 수 있고, 원가절감을 가능하도록 한 하이브리드 전기자동차용 냉방장치 및 그 구동 제어 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 하이브리드 전기자동차는 엔진과, 배터리의 전원으로 구동되는 구동모터로 구성되는 동력원이 구비되며, 전륜에 상기의 동력원을 적절히 조합한 구조를 적용하여 차량의 출발시나 가속시에 배터리의 전압에 의해 동작되는 모터의 동력 보조로 연비 향상을 유도할 수 있는 차량을 말한다.
하이브리드 전기자동차는 첨부한 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 일축상에 직결된 엔진(10) 및 구동모터(12)와; 엔진(10) 또는 구동모터(12)로부터 발생된 동력을 차륜(16)에 전달하는 동력전달장치(14)와; 동력의 접속 및 차단을 위한 클러치 수단으로서 엔진(10)과 구동모터(12), 그리고 구동모터(12)와 동력전달장치(14)간에 연결된 동력접속/차단장치(A,B)와; 전기를 충방전하는 고전압 배터리(18)와; 고전압 배터리(18)에서 출력되는 DC 전압을 스위칭함과 함께 3상 교류전원으로 변환하여 상기 구동모터(12)의 구동 전원으로 공급하는 인버터(20) 등을 포함하여 구성된다.
이러한 하이브리드 전기자동차의 냉방장치에 대한 일 구성예 및 그 동작을 첨부한 도 3을 참조로 설명하면 다음과 같다.
벨트 구동식 에어컨 컴프레서(200)가 엔진(10)의 크랭크축쪽에 벨트(22)로 연결되는 바, 차량의 상시운전시 엔진 동력만을 이용하는 상기 벨트 구동식 에어컨 컴프레서(200)에 의하여 실내의 냉방이 이루어지게 된다.
즉, 엔진(10)의 동력이 동력접속/차단장치(A)가 결합됨과 함께 동력전달장치(14)를 경유하여 차륜에 전달되는 차량의 상시 운전시에만 차량의 냉방성능이 발휘되고 있다.
이에 반하여, 아이들링 정지 및 전기차(EV) 주행모드시에는 엔진이 정지한 상태이므로 차량에 냉방을 공급할 수 없는 단점이 있고, 결국 하이브리드 전기자동차의 모든 운전조건에 대한 냉방성능이 발휘되는 것이 불가능하여 상품성 저하를 초래하는 문제점이 있다.
또한, 차량 실내에 에어컨 수동조작버튼을 이용할 경우, 엔진 구동이 계속 이루어짐에 따라 하이브리드 전기자동차의 아이들링 정지 및 전기차(EV) 주행이 불가능한 단점이 있다.
상기한 하이브리드 전기자동차의 냉방장치에 대한 다른 구성예 및 그 동작을 첨부한 도 4를 참조로 설명하면 다음과 같다.
벨트 구동 및 전동구동식 겸용 에어컨 컴프레서(300)가 엔진(10)의 크랭크축쪽에 벨트(22)로 연결되는 바, 차량의 상시 운전시에 에어컨 컴프레서(300)가 벨트 를 통해 구동되면서 냉방 공급 동작이 상기한 일 구성예의 동작과 동일하게 이루어진다.
반면, 엔진(10)과 동력접속/차단장치(A)가 떨어지는 아이들 정지 혹은 동력전달장치(14)쪽의 동력접속/차단장치(B)만이 결합되어 상기 구동모터(12)의 동력만으로 운전되는 전기차(EV) 주행모드의 경우에는 상기 에어컨 컴프레서(300)의 엔진동력절환용 풀리(24)를 해체시킨 후, 에어컨 컴프레서(300)내의 전동기와 연결된 전용 인버터(26)가 상기 고전압배터리(18)의 전기에너지를 전동기에 공급하여 에어컨 컴프레서(300)가 운전되도록 함으로써, 결국 아이들 정지 및 EV 주행모드에서도 상기 컴프레셔(300)가 작동하여 실내에 냉방 공급이 지속적으로 이루어진다.
그러나, 고가의 벨트 및 전동구동식 에어컨 컴프레서, 에어컨 컴프레서의 전동기와 연결되는 별도의 인버터, 고전압배터리와 별도의 인버터간에 연결되는 배선라인 등이 추가되어 구조가 복잡하고 원가 상승으로 인한 가격경쟁력 저하되는 문제점이 있다.
즉, 엔진동력을 이용하는 벨트 구동식과 전동기을 이용하는 전동식을 혼합한 혼합 구동 방식의 에어컨 컴프레서 구성은 하이브리드 전기자동차의 모든 운전조건에 대하여 양호한 냉방성능을 제공할 수 있으나, 벨트와 전동구동의 절환을 위하여 종래의 벨트구동식보다 복잡한 풀리 구조를 구비해야 하고, 컴프레서 구동용 전동기 제어를 위한 고가의 인버터를 필요로 하며, 별도의 고전압 라인/케이블을 구비해야 하기 때문에 냉방시스템의 구조가 복잡해지고 차량가격이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 하이브리드 전기자동차용 공조시스템에 있어서 고가의 전동구동방식 대신에 종래의 벨트구동방식의 에어컨 컴프레셔를 구동모터의 회전축상에 풀리로 연결함으로써, 엔진동력 및 구동모터를 보조 동력원으로 주행하는 상시 운전시 뿐만아니라 차량 아이들 정지와 전기차(EV) 주행 중에서도 언제든지 냉방성능을 발휘할 수 있고, 그에따른 원가절감을 가능하도록 한 하이브리드 전기자동차용 냉방장치 및 그 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일구현예는: 일축상에 직결된 엔진 및 구동모터와; 엔진 또는 구동모터로부터 발생된 동력을 차륜에 전달하는 동력전달장치와; 동력의 접속 및 차단을 위한 클러치 수단으로서 엔진과 구동모터, 그리고 구동모터와 동력전달장치간에 연결된 동력접속/차단장치와; 전기를 충방전하는 고전압 배터리와; 고전압 배터리에서 출력되는 DC 전압을 스위칭함과 함께 3상 교류전원으로 변환하여 상기 구동모터의 구동 전원으로 공급하는 인버터를 포함하는 하이브리드 전기자동차용 냉방장치에 있어서, 상기 구동모터의 축에 엔진동력 절환용 풀리를 장착하고, 이 엔진동력 절환용 풀리에 벨트 구동식 컴프레서를 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 냉방장치를 제공한다.
삭제
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 하이브리드 전기자동차의 구동모터 축에 엔진동력 절환용 풀리를 이용하여 벨트 구동식 컴프레서를 연결함으로써, 실내 냉방이 이루어지는 단계는 3가지 경우로 발생되며, 이 3가지 경우는 엔진의 동력 주동력을 하고, 구동모터를 보조동력으로 하는 상시 운전모드에서 상기 엔진의 동력이 동력접속/차단장치 및 엔진동력 절환용 풀리를 통하여 전달됨과 함께 상기 벨트 구동식 컴프레서의 구동이 이루어져, 에어컨이 작동함과 함께 실내 냉방이 이루어지는 단계와; 엔진 및 구동모터의 동력이 차륜에 전달되지 않는 아이들 운전모드에서 상기 구동모터의 회전 구동과 동시에 상기 벨트 구동식 컴프레서의 구동이 이루어져, 에어컨이 작동함과 함께 실내 냉방이 이루어지는 단계와; 엔진의 동력이 차단되고, 구동모터의 동력만으로 주행이 이루어지는 EV모드에서 상기 구동모터의 회전 구동과 동시에 상기 벨트 구동식 컴프레서의 구동이 이루어져, 에어컨이 작동함과 함께 실내 냉방이 이루어지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 냉방장치의 구동 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 엔진과 전기 구동모터의 두 가지 구동원과, 전기 구동모터의 전기에너지를 공급/축적하는 고전압배터리와, 전기 구동모터의 구동전력을 제어하는 모터제어기를 포함한 인버터 등을 포함하는 하이브리드 전기자동차에 있어서, 전체 주행모드에서 냉방장치의 운전이 가능하도록 전기 구동모터측 일단에 엔진동력 절 환용 풀리를 장착하고, 이 풀리에 벨트구동방식의 에어컨 컴프레셔가 연결되도록 함으로써, 차량의 상시운전시에는 엔진의 동력을, 아이들 정지 혹은 EV 주행 중에서는 전기 구동모터의 구동력을 이용하여 에어컨 컴프레서가 구동되도록 하여, 항상 양호한 차량 냉방성능을 유지 및 제공할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 냉방장치를 설명하는 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 냉방장치는 기존에 엔진의 크랭크 축쪽에 연계되어 장착되던 벨트구동방식의 에어컨 컴프레서가 구동모터의 일측쪽 축과 연계되는 구조를 갖는다.
즉, 본 발명의 냉방장치는 상기 구동모터(12)의 축에 엔진동력 절환용 풀리(24)를 장착하고, 이 엔진동력 절환용 풀리(24)에 벨트 구동식 컴프레서(100)를 연결하여서 달성된다.
이와 같이, 상기 벨트 구동식 에어컨 컴프레셔(100)가 구동모터(12)의 일단에 장착된 엔진동력 절환용 풀리(24)와 연결되어져, 엔진(10) 동력 혹은 구동모터(12)의 동력으로 에어컨 컴프레셔(100)가 구동되어, 후술하는 바와 같이 전체 주행 모드에서 에어컨의 작동이 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 냉방장치의 주행 모드별 작동상태를 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 하이브리드 전기자동차는 일축상에 직결된 엔진(10) 및 구동모터(12)와, 엔진(10) 또는 구동모터(12)로부터 발생된 동력을 차륜(16)에 전 달하는 동력전달장치(14)와, 동력의 접속 및 차단을 위한 클러치 수단으로서 엔진(10)과 구동모터(12), 그리고 구동모터(12)와 동력전달장치(14)간에 각각 연결된 동력접속/차단장치(A,B)와, 전기를 충방전하는 고전압 배터리(18)와, 고전압 배터리(18)에서 출력되는 DC 전압을 스위칭함과 함께 3상 교류전원으로 변환하여 상기 구동모터(12)의 구동 전원으로 공급하는 인버터(20) 등을 포함하여 구성되어 있고, 본 발명의 냉방장치로서 상기 구동모터(12)의 축에 장착된 엔진동력 절환용 풀리(24)와, 이 엔진동력 절환용 풀리(24)에 벨트(22)로 연결된 벨트 구동식 컴프레서(100)가 포함된다.
하이브리드 전기자동차의 주요 주행모드는 주지된 바와 같이, 모터 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle)모드와, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 상기 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 보조모드인 HEV(hybrid electric vehicle)모드로 대별되며, 그 밖에 엔진 동력 및 모터 동력이 차단된 아이들 모드 등을 포함한다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 냉방장치의 주행모드별 구동 방법을 설명하는 작동도이고, 표 1은 종래 및 본 발명의 각 주행모드별 컴프레서 작동 여부를 설명하고 있으며, 이들을 참조로 주행모드별 냉방장치의 구동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
Figure 112007011324530-pat00001
1) 상시 운전모드
상시 운전모드는 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 상기 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle)모드로서, 상기 동력접속 및 차단장치(A)의 결속으로 엔진(10) 및 구동모터(12)의 동력이 동력전달장치(14)를 경유하여 차륜(16)에 전달되는 동력전달계통을 이루며, 이러한 상시 운전모드에서 상기 엔진(10)의 동력이 동력접속/차단장치(A) 및 엔진동력 절환용 풀리(24)를 통하여 전달되어 상기 벨트 구동식 컴프레서(100)의 구동이 이루어지고, 따라서 에어컨이 작동함과 함께 실내 냉방이 이루어지게 된다.
2) 아이들 정지시,
엔진(10) 및 구동모터(12)의 동력이 차륜(16)에 전달되지 않는 아이들 운전모드에서도 상기 구동모터(12)의 회전 구동과 함께 엔진동력 절환용 풀리(24)와 벨트(22)로 연결된 상기 벨트 구동식 컴프레서(100)의 구동이 이루어져, 에어컨이 작동함과 함께 실내 냉방이 이루어지게 된다.
즉, 고전압배터리(18)의 에너지로부터 발생된 구동모터(12)의 동력이 엔진동력 절환용 풀리(24)를 통하여 컴프레서(100)를 작동시킴으로써, 에어컨이 작동함과 함께 실내 냉방이 이루어지게 된다.
3) EV 주행모드
EV(electric vehicle) 주행모드는 동력접속/차단장치의 단락으로 엔진 동력이 차단되고, 구동모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 주행모드로서, 상기 구동모터(12)의 회전 구동과 동시에 그 구동력이 엔진동력 절환용 풀리(24)를 통하여 상기 벨트 구동식 컴프레서(100)로 전달되어, 에어컨이 작동함과 함께 실내 냉방이 이루어지게 된다.
이와 같이, 하이브리드 전기자동차의 전체 주행모드에서 에어컨 작동이 가능하게 된다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차용 냉방장치 및 그 구동 방법에 의하면,
1) 고가의 별도 장치를 추가함 없이 전기 구동모터측 일단에 기존의 에어컨 컴프레셔 엔진동력절환용 풀리를 장착함으로써, 하이브리드 전기자동차의 전체 주행모드별로 차량의 냉방이 이루어질 수 있는 장점을 제공한다.
2) 종래와 달리, 하이브리드 전기자동차의 운전조건별로 엔진 혹은 구동모터의 동력을 이용하여, 하이브리드 전기자동차의 냉방을 상시 공급할 수 있는 장점이 있다.
3) 종래와 달리, 본 발명의 냉방장치는 동일 부품으로 간단히 구성할 수 있으므로, 상당한 원가절감이 가능한 잇점이 있다.

Claims (2)

  1. 일축상에 직결된 엔진 및 구동모터와; 엔진 또는 구동모터로부터 발생된 동력을 차륜에 전달하는 동력전달장치와; 동력의 접속 및 차단을 위한 클러치 수단으로서 엔진과 구동모터, 그리고 구동모터와 동력전달장치간에 연결된 동력접속/차단장치와; 전기를 충방전하는 고전압 배터리와; 고전압 배터리에서 출력되는 DC 전압을 스위칭함과 함께 3상 교류전원으로 변환하여 상기 구동모터의 구동 전원으로 공급하는 인버터를 포함하는 하이브리드 전기자동차용 냉방장치에 있어서,
    상기 구동모터의 축에 엔진동력 절환용 풀리를 장착하고, 이 엔진동력 절환용 풀리에 벨트 구동식 컴프레서를 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 냉방장치.
  2. 하이브리드 전기자동차의 구동모터 축에 엔진동력 절환용 풀리를 이용하여 벨트 구동식 컴프레서를 연결함으로써, 실내 냉방이 이루어지되,
    상기 실내 냉방 단계는:
    ⅰ) 엔진의 동력 주동력을 하고, 구동모터를 보조동력으로 하는 상시 운전모드에서 상기 엔진의 동력이 동력접속/차단장치 및 엔진동력 절환용 풀리를 통하여 전달됨과 함께 상기 벨트 구동식 컴프레서의 구동이 이루어져, 에어컨이 작동함과 함께 실내 냉방이 이루어지는 단계와;
    ⅱ) 엔진 및 구동모터의 동력이 차륜에 전달되지 않는 아이들 운전모드에서 상기 구동모터의 회전 구동과 동시에 상기 벨트 구동식 컴프레서의 구동이 이루어져, 에어컨이 작동함과 함께 실내 냉방이 이루어지는 단계와;
    ⅲ) 엔진의 동력이 차단되고, 구동모터의 동력만으로 주행이 이루어지는 EV모드에서 상기 구동모터의 회전 구동과 동시에 상기 벨트 구동식 컴프레서의 구동이 이루어져, 에어컨이 작동함과 함께 실내 냉방이 이루어지는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차용 냉방장치의 구동 방법.
KR1020070012490A 2007-02-07 2007-02-07 하이브리드 전기자동차용 냉방장치 및 그 구동 방법 KR100836413B1 (ko)

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