KR100894008B1 - 자동차의 보조전기가열장치 및 방법 - Google Patents

자동차의 보조전기가열장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 보조전기가열장치 및 방법에 관한 것으로, 하나 또는 그 이상의 스위칭 수단을 구비하고 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하여 배터리 전압을 스위칭하는 스위칭부와, 상기 스위칭 수단의 출력에 각각 연결된 하나 또는 그 이상의 히팅 수단을 구비한 히터부와, 상기 히팅 수단에 연결되어 상기 히터부를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지부와, 배터리 전압의 전압정보를 수신하면 기준전압과 비교하여 상기 전압 정보가 상기 기준전압보다 낮으면 배터리 전압에 비례하는 가열전력을 목표전력을 설정하고, 상기 전압정보가 상기 기준전압보다 높으면 소정의 최대 가열전력을 목표전력으로 설정하여, 상기 설정된 목표전력에 대응되는 PWM 듀티로 상기 PWM 신호를 발생하여 상기 스위칭 수단에 인가하며, 상기 전류 감지부의 감지 전류로부터 실제 소모되는 소비전력을 계산하여 상기 계산된 소비전력과 상기 목표전력에 따라 상기 PWM 신호의 PWM 듀티를 조절하는 제어부를 포함함으로써, 자동차의 배터리 소모가 많아서 배터리 전압이 낮은 경우에는 목표전력을 낮추어서 자동차 배터리의 부하를 줄이고, 배터리 전압이 충분하게 출력될 경우에는 가열 목표전력으로 히팅 할 수 있어 배터리에 무리가 가지 않도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
PTC 히터, 자동차

Description

자동차의 보조전기가열장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ADDITIONAL ELECTRICAL HEATING DEVICE OF VEHICLES}
본 발명은 자동차의 보조전기가열장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 전기가열장치는 자동차의 실내 공기를 데우거나, 수냉식 엔진에서 냉각수를 예열 또는 연료를 가열하기 위하여 사용된다.
전기가열장치는 PTC(Positive Thermister Coefficient) 히터(Heater)로서 자동차용 공조장치의 히터 유닛의 보조수단으로 사용되거나, 단독으로 별도의 난방장치로 하나 또는 다수 개로 구성될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 보조전기가열장치를 나타낸 블록도 이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 자동차의 보조전기가열장치(10)에서 마이크로 프로세서(16)는 파워트랜지스터들(11)에 기 설정된 PTC 히터들(17)의 가열 전력 값에 따른 제어신호를 전력반도체 소자의 파워트랜지스터들(11)에 인가한다.
그러면, 파워트랜지스터들(11)은 마이크로 프로세서(16)의 제어신호에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따른 전류를 PTC 히터들(17)에 인가한다.
이때, PTC 히터들(17)에서는 파워트랜지스터들(11)의 PWM 신호에 따른 전류에 의해 기 설정된 가열 전력이 발생함에 따라 온도가 상승하게 된다.
즉, 마이크로 프로세서(16)는 전력반도체 소자의 파워트랜지스터(11)들을 통해 PTC 히터들(17)에서 예컨대, 1000 내지 2000 와트(W)에 상당한 가열 전력이 발생하도록 제어할 수 있다.
그러나, 종래 기술의 자동차의 전기가열장치에서는 카오디오, 와이퍼, 실내등, 헤드라이트 등의 동작과 같은 외부 환경변환에 따라 PTC 히터에 기 설정된 목표 전력이 발생하지 않을 수 있고, 과도한 전력 소모, 과도한 전력에 의해 자동차의 보조전기가열장치 또는 PTC 히터의 온도가 상승하게 되어 자동차의 보조전기가열장치 또는 PTC 히터가 파손되는 문제점이 있다.
본 발명은 PTC 히터의 소비 전력이 공급 배터리 전압의 목표 전력이 되도록 PWM 신호의 PWM 듀티를 조절하는 자동차의 보조전기가열장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 PTC 히터의 전류에 따른 소비 전력을 계산하고, 소비 전력이 공급 배터리 전압의 목표 전력이 되도록 PWM 신호의 PWM 듀티를 조절하는 자동차의 보조전기가열장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 자동차의 배터리 소모가 많아서 배터리 전압이 낮은 경우에는 PTC 히터의 목표전력을 낮추어서 자동차의 배터리의 부하를 줄이고, 배터리 전압이 충분하게 출력되는 경우에는 목표전력으로 히팅할 수 있어 자동차의 배터리에 무리가 가지 않도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 PTC 히터의 전류를 이용하여 PTC 히터에서 소비되는 소비 전력을 계산하며 소비 전력이 목표전력에 근접하도록 제어함으로써 정확한 PTC 히터의 소비 전력을 제어할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 하나 또는 그 이상의 스위칭 수단을 구비하고 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하여 배터리 전압을 스위칭하는 스위칭부와, 상기 스위칭 수단의 출력에 각각 연결된 하나 또는 그 이상의 히팅 수단을 구비한 히터부와, 상기 히팅 수단에 연결되어 상기 히터부를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지부와, 배터리 전압의 전압정보를 수신하면 기준전압과 비교하여 상기 전압 정보가 상기 기준전압보다 낮으면 배터리 전압에 비례하는 가열전력을 목표전력을 설정하고, 상기 전압정보가 상기 기준전압보다 높으면 소정의 최대 가열전력을 목표전력으로 설정하여, 상기 설정된 목표전력에 대응되는 PWM 듀티로 상기 PWM 신호를 발생하여 상기 스위칭 수단에 인가하며, 상기 전류 감지부의 감지 전류로부터 실제 소모되는 소비전력을 계산하여 상기 계산된 소비전력과 상기 목표전력에 따라 상기 PWM 신호의 PWM 듀티를 조절하는 제어부를 포함한다.
본 발명에서 상기 스위칭 수단은 하나 또는 그 이상의 MOSFET로 이루어지고, 상기 제1 MOSFET 내지 제 N MOSFET(N은 자연수)의 게이트 단자(G)들은 상기 제어부에 연결되고, 드레인 단자(D)들은 배터리 전원부에 연결되며, 소스 단자(S)들은 상기 히터 수단에 각각 연결된다.
또한, 본 발명에서 상기 스위칭 수단은 하나 또는 그 이상의 트랜지스터로 이루어지고, 상기 제1 트랜지스터 내지 제N 트랜지스터(N은 자연수)의 베이스 단자(B)들은 상기 제어부에 연결되고, 컬렉터 단자(C)들은 배터리 전원부에 연결되며, 이미터 단자(E)들은 상기 히터 수단에 각각 연결된다.
또한, 본 발명에서 상기 배터리 전압의 상기 전압정보를 수신하여 전송하는 통신부를 더 포함한다.
또한, 본 발명에서 상기 통신부는 RS-232, RS-422, USB(Universal Serial Bus), IEEE1394 및 CAN(Controller Area Network) 통신 중 하나로 이루어진다.
또한, 본 발명에서 상기 제어부는 상기 전압정보를 수신하는 통신수단을 포함 한다.
또한, 본 발명에서 상기 제어부는 상기 계산된 소비전력이 상기 목표전력보다 크거나 작은 경우에 상기 PWM 신호의 상기 PWM 듀티를 각각 감소 또는 증가시킨다.
또한, 본 발명에서 상기 제어부는 상기 PWM 신호를 하나 또는 그 이상의 상기 스위칭 수단에 개별적으로 인가한다.
또한, 상기 전류 감지부는 하나로 이루어져 상기 하나 또는 그 이상의 히팅 수단과 연결된다.
또한, 본 발명은 배터리 전압의 전압정보를 수신하면 기준전압과 비교하는 단계와, 상기 전압정보가 기준전압보다 낮으면 상기 기준전압보다 낮은 배터리 전압에 비례하는 가열전력을 목표전력을 설정하고, 상기 전압정보가 상기 기준전압보다 높으면 소정의 최대 가열전력을 목표전력으로 설정하는 단계와, 상기 설정된 목표전력에 대응되는 PWM 듀티로 PWM 신호를 발생하여 스위칭부에 인가하는 단계와, 실제 소모되는 소비전력을 계산하여 상기 계산된 소비전력과 상기 목표전력에 따라 상기 PWM 신호의 PWM 듀티를 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 PWM 신호의 PWM 듀티를 조절하는 단계에서, 상기 계산된 소비전력이 상기 목표전력보다 크거나 작은 경우에 상기 PWM 신호의 PWM 듀티를 각각 감소 또는 증가시킨다.
또한, 본 발명에서 상기 스위칭부에 인가하는 단계에서, 상기 PWM 듀티의 상기 PWM 신호를 상기 스위칭부의 하나 또는 그 이상의 스위칭 수단에 개별적으로 인가한다.
또한, 본 발명에서 상기 PWM 신호의 상기 PWM 듀티를 조절하는 단계에서, 전류 감지부의 감지 전류와 배터리 전압으로부터 하나 또는 그 이상의 히터부의 히팅 수단에서 실제 소모되는 상기 소비전력을 계산한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
실시예
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 전기가열장치를 나타낸 블록도 이다.
도 2에서 나타낸 바와 같이, 자동차의 전기가열장치(200)는 통신부(204), 스위칭부(206), PTC 히터부(214), 전류 감지부(222) 및 제어부(224)를 포함한다.
통신부(204)는 RS-232, RS-422, USB(Universal Serial Bus), IEEE1394, CAN(Controller Area Network) 통신 등으로 이루어질 수 있고, 차량에 장착된 배터리 전원부(300)에서 공급되는 배터리 전압에 따른 전압정보를 수신하여 제어부(224)에 전송한다.
스위칭부(206)는 전력반도체 소자의 제1 MOSFET(208), 제2 MOSFET(210) 및 제3 MOSFET(212)를 포함하고, 제1 MOSFET(208) 내지 제3 MOSFET(212)의 드레인 단 자(D)들은 배터리 전원부(300)에 연결되고, 게이트 단자(G)들은 제어부(224)에 연결되며, 소스 단자(S)들은 PTC 히터부(214)의 일측에 연결된다.
한편, 제1 MOSFET(208) 내지 제3 MOSFET(212)는 드레인 단자(D)를 통해 배터리 전원부(300)로부터 배터리 전압을 공급받고 아울러, 게이트 단자(G)로 제어부(224)의 PWM 신호를 선택적으로 인가받아 스위칭 동작한 전압을 소스 단자(S)를 통해 PTC 히터부(214)에 인가한다.
또한, 스위칭부(206)는 도 5에서 나타낸 바와 같이, 전력반도체 소자의 제1 파워 트랜지스터(208), 제2 파워 트랜지스터(210) 및 제3 파워 트랜지스터(212)들로 이루어질 수 있고, 제1 파워 트랜지스터(208) 내지 제3 파워 트랜지스터(212)의 컬렉터 단자(C)들은 배터리 전원부(300)에 연결되고, 베이스 단자(B)들은 제어부(224)에 연결되며, 이미터 단자(E)들은 PTC 히터부(214)의 일측에 연결될 수도 있다.
여기서, 도 5는 본 발명에 따른 제1 파워 트랜지스터 내지 제3 파워 트랜지스터로 이루어진 스위칭부를 나타낸 블록도이다.
제1 파워 트랜지스터(208) 내지 제3 트랜지스터(212)는 컬렉터 단자(C)를 통해 배터리 전원부(300)로부터 배터리 전압을 공급받고 아울러, 베이스 단자(B)로 제어부(224)의 PWM 신호를 선택적으로 인가받아 스위칭 동작한 전압을 이미터 단자(E)를 통해 PTC 히터부(214)에 인가한다.
한편, PTC 히터부(214)는 제1 PTC 히터 수단(216), 제2 PTC 히터 수단(128) 및 제3 PTC 히터 수단(220)을 포함하고, 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히 터 수단(220)들의 일측은 제1 MOSFET(208)(또는 제1 파워 트랜지스터) 내지 제3 MOSFET(212)(또는 제3 파워 트랜지스터)의 소스 단자(S)(또는 이미터 단자(E))에 각각 연결되고, 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)의 다른 일측은 전류 감지부(222)에 연결된다.
이때, 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에서는 스위칭부(206)로부터 선택적으로 공급받는 전압에 의해 선택적으로 소비전력(P)이 발생한다.
전류 감지부(222)는 PTC 히터부(214)의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)의 일측에 연결되고 다른 일측은 제어부(224)에 연결되어 적어도 하나 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에 흐르는 전류를 감지한다.
이러한, 전류 감지부(222)는 저항(Shunt)으로 이루어져 저항에 걸리는 전압에 따른 전류를 감지하도록 구성할 수도 있다.
한편, 제어부(224)는 통신부(204)로부터 배터리 전원부(300)에서 공급되는 배터리 전압에 따른 전압정보를 수신하면, 전압정보가 기준전압(Px)보다 큰지 비교판단하고, 비교판단 결과 전압정보가 기준전압(Px)보다 작은 경우에 배터리 전압에 따른 가열전력(Py)을 목표전력(Py)으로 설정하며 그에 해당하는 PWM 듀티를 계산하고 계산된 PWM 듀티를 갖는 PWM 신호를 스위칭부(206)에 인가하며, 비교판단 결과 전압정보가 기준전압(Px)보다 큰 경우에 배터리 전압에 따른 최대 가열전력(Pmax)을 목표전력(Pmax)으로 설정하며 그에 해당하는 PWM 듀티를 계산하고 계산된 PWM 듀티를 갖는 PWM 신호를 스위칭부(206)에 인가한다.
여기서, 제어부(224)의 PWM 신호는 하나 또는 그 이상의 제1 MOSFE(208)(또는 제1 파워 트랜지스터) 내지 제3 MOSFET(212)(또는 제3 파워 트랜지스터)의 게이트 단자(G)(또는 베이스 단자(B))에 선택적으로 인가된다.
또한, 제어부(224)는 전류 감지부(222)로부터 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에서 흐르는 전류를 피드백 받아 공급 배터리 전압 또는 감지 전류에 따른 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에 대하여 소비전력(P)을 계산한 후, 소비전력(P)이 공급 배터리 전압에 대응되는 목표전력(가열전력(Py) 또는 최대 가열전력(Pmax))에 해당하는지 비교판단하고, 비교판단 결과 소비전력(P)이 목표전력(가열전력(Py) 또는 최대 가열전력(Pmax))에 해당하지 않는 경우에 소비전력(P)이 목표전력(가열전력(Py) 또는 최대 가열전력(Pmax))보다 큰지 비교판단하며, 비교판단 결과 소비전력(P)이 목표전력(가열전력(Py) 또는 최대 가열전력(Pmax))보다 작은 경우에 소비전력(P)이 목표전력(가열전력(Py) 또는 최대 가열전력(Pmax))이 되도록 PWM 듀티가 증가된 PWM 신호를 스위칭부(206)에 선택적으로 인가하고, 비교판단 결과 소비전력(P)이 목표전력(가열전력(Py) 또는 최대 가열전력(Pmax))보다 큰 경우에는 소비전력(P)이 목표전력(가열전력(Py) 또는 최대 가열전력(Pmax))이 되도록 PWM 듀티가 감소된 PWM 신호를 스위칭부(206)에 선택적으로 인가한다.
여기서, 제어부(224)는 도 4a 및 도 4b에서 나타낸 바와 같이, 기준전압(Px), 기준전압(Px)보다 작은 배터리 전압에 대하여 비례적으로 설정된 가열전 력(Py=ax+b)(a,b는 자연수, x는 변수) 및 기준전압(Px)보다 큰 배터리 전압에 대하여 설정된 최대 가열전력(Pmax)을 포함하는 목표전력을 저장하는 저장수단(미도시)을 포함하는 것이 바람직하다.
즉, 목표전력은 자동차 배터리 전원부(300)에서 공급되는 배터리 전압에 따라 저장수단에 기 설정되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 도 4a는 본 발명에 따른 배터리 전압에 대응되는 PTC 히터의 목표전력을 도시한 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 전압에 대응되는 PTC 히터의 목표전력을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차의 보조전기가열방법을 설명하기 흐름도이다.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 자동차의 보조전기가열장치(200)에서 배터리 전원부(300)는 자동차 전원 온(On)됨에 따라 배터리 전압을 스위칭부(206)의 제1 MOSFET(208)(또는 제1 파워 트랜지스터) 내지 제3 MOSFET(212)(제3 파워 트랜지스터)의 드레인 단자(D)(또는 컬렉터 단자(C))에 공급하고 아울러, 공급되는 배터리 전압에 따른 전압정보를 통신부(204)에 전송한다.
여기서, 스위칭부(206)는 제1 MOSFET(208), 제2 MOSFET(210) 및 제3 MOSFET(212)(또는 제1 파워 트랜지스터, 제2 파워 트랜지스터 및 제3 파워 트래진스터)를 포함하고, 제1 MOSFET(208)(제1 파워 트랜지스터) 내지 제3 MOSFET(212)(제3 파워 트랜지스터)의 드레인 단자(D)(또는 컬렉터 단자(C))들은 배터리 전원부(300)에 연결되고, 게이트 단자(G)(또는 베이스 단자(B))들은 제어부(224)에 연결되며, 소스 단자(S)(또는 이미터 단자(E))들은 PTC 히터부(214)의 일측에 연결된다.
이때, 통신부(204)는 배터리 전원부(300)에서 공급되는 배터리 전압의 전압정보를 수신하여 제어부(224)에 전송한다.
여기서, 통신부(204)는 RS-232, RS-422, USB(Universal Serial Bus), IEEE1394, CAN(Controller Area Network) 통신 등으로 이루어질 수 있다.
이때, 제어부(224)는 통신부(204)로부터 배터리 전원부(300)에서 공급되는 배터리 전압에 따른 전압정보를 수신하고(S301), 전압정보가 기준전압(Px)보다 큰지 비교판단 한다(S302).
여기서, 제어부(224)는 상기한 도 4a 및 도 4b에서 나타낸 바와 같이, 기준전압(Px), 기준전압(Px)보다 작은 배터리 전압에 대하여 비례적으로 설정된 가열전력(Py=ax+b)(a,b는 자연수, x는 변수) 및 기준전압(Px)보다 큰 배터리 전압에 대하여 설정된 최대 가열전력(Pmax)을 포함하는 목표전력을 저장하는 저장수단(미도시)을 포함하는 것이 바람직하다.
즉, 저장수단(미도시)에는 기준전압(Px) 및 배터리 전압에 따른 목표전력이 기 설정되어 있는 것이 바람직하다.
만일, 상기한 단계(S302)에서 비교판단 결과 전압정보가 기준전압(Px) 예컨대, 27[V] 또는 13.5[V]의 기준전압(Px)보다 작은 경우에, 제어부(224)는 전압정보(예컨대, 23.5[V] 또는 11.75[V])에 해당하는 PTC 히터부(214)의 가열전력(Py)(예컨대, 500[W])을 목표전력(Py)으로 설정한다(S303).
다음, 제어부(224)는 목표전력(Py) 및 공급 배터리 전압에 따른 PWM 신호의 PWM 듀티를 계산하고(S304), PWM 듀티를 갖는 PWM 신호를 하나 또는 그 이상의 제1 MOSFE(208)(또는 제1 파워 트랜지스터) 내지 제3 MOSFET(212)(또는 제3 파워 트랜지스터)의 게이트 단자(G)(또는 베이스 단자(B))에 선택적으로 인가한다(S305).
여기서, 스위칭부(206)의 제1 MOSFET(208)(또는 제1 파워 트랜지스터) 내지 제3 MOSFET(212)(또는 제3 파워 트랜지스터)는 제어부(224)의 계산된 PWM 듀티를 갖는 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하여 소스 단자(S)(또는 이미터 단자(E))를 통해 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에 전압을 공급한다.
이때, 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에서는 스위칭부(206)에 의해 공급되는 전압에 의해 소비전력(P)이 발생한다.
여기서, 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)의 일측은 제1 MOSFET(208)(또는 제1 파워 트랜지스터) 내지 제3 MOSFET(212)(또는 제3 파워 트랜지스터)의 소스 단자(S)(또는 이미터 단자(E))에 각각 연결되고, 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)의 다른 일측은 전류 감지부(222)에 연결된다.
이때, 전류 감지부(222)는 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에서 흐르는 전류를 감지한다.
이 후, 제어부(224)는 전류 감지부(222)를 통해 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)의 전류를 피드백(feedback) 받 고(S306), 감지 전류 및 공급 배터리 전압으로부터 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)의 소비전력(P)을 계산한다(S307).
다음, 제어부(224)는 계산된 PTC 히터부(214)의 소비전력(P)이 전압정보 예컨대, 23.5[V] 또는 11.75[V]의 전압정보에 대응하는 가열전력(Py)의 목표전력(Py)(예컨대, 500W)에 해당하는지 비교판단 한다(S308).
만일, 상기한 단계(S308)에서 비교판단 결과 소비전력(P)이 목표전력(예컨대, 500[W])인 경우에, 제어부(224)는 상기한 단계 (S305)를 수행한다.
만일, 상기한 단계(S308)에서 비교판단 소비전력(P)이 목표전력(Py)이 아닌 경우에, 제어부(224)는 소비전력(P)이 목표전력(Py)보다 큰지 비교판단한다(S309).
만일, 상기한 단계(S309)에서 비교판단 결과 소비전력(P)이 목표전력(Py)보다 큰 경우에, 제어부(224)는 소비전력(P)이 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에 해당하는 목표전력(Py)(예컨대, 500[W])이 될 수 있도록 PWM 신호의 PWM 듀티를 감소시킨다(S310).
다음, 제어부(224)는 상기한 단계(S305)를 수행한다.
또한, 상기한 단계(S309)에서 비교판단 결과 소비전력(P)이 목표전력(Py)보다 작은 경우에, 제어부(224)는 소비전력(P)이 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에 해당하는 목표전력(Py)(예컨대, 500[W])이 될 수 있도록 PWM 신호의 PWM 듀티를 증가시킨다(S311).
다음, 제어부(224)는 상기한 단계(S305)를 수행한다.
그리고, 상기한 단계(S302)에서 비교판단 결과 전압정보가 기준전압(Py) 예 컨대, 27[V] 또는 13.5[V]의 기준전압(Py)보다 큰 경우에, 제어부(224)는 기준전압(Py)보다 큰 전압정보(Py)(예컨대, 29[V] 또는 15[V])에 해당하는 PTC 히터부(214)의 최대 가열전력(Pmax)(예컨대, 1000[W])을 목표전력(Pmax)으로 설정한다(S312).
다음, 제어부(224)는 목표전력(Pmax) 및 공급 배터리 전압에 따른 PWM 신호의 PWM 듀티를 계산하고(S304), PWM 듀티를 갖는 PWM 신호를 하나 또는 그 이상의 제1 MOSFE(208)(또는 제1 파워 트랜지스터) 내지 제3 MOSFET(212)(또는 제3 파워 트랜지스터)의 게이트 단자(G)(또는 베이스 단자(B))에 선택적으로 인가한다(S305).
여기서, 스위칭부(206)의 제1 MOSFET(208)(또는 제1 파워 트랜지스터) 내지 제3 MOSFET(212)(또는 제3 파워 트랜지스터)는 제어부(224)의 계산된 PWM 듀티를 갖는 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하여 소스 단자(S)(또는 이미터 단자(E))를 통해 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에 전압을 공급한다.
이때, 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에서는 스위칭부(206)에 의해 공급되는 전압에 의해 소비전력(P)이 발생한다.
다음, 전류 감지부(222)는 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에서 흐르는 전류를 감지한다.
이 후, 제어부(224)는 전류 감지부(222)를 통해 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)의 전류를 피드백(feedback) 받고(S306), 감지 전류 및 공급 배터리 전압으로부터 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)의 소비전력(P)을 계산한다(S307).
다음, 제어부(224)는 계산된 PTC 히터부(214)의 소비전력(P)이 전압정보 예컨대, 29[V] 또는 15[V]의 전압정보에 해당하는 최대 가열전력(Pmax)의 목표전력(Pmax)(예컨대, 1000W)에 해당하는지 비교판단 한다(S308).
만일, 상기한 단계(S308)에서 비교판단 결과 소비전력(P)이 목표전력(Pmax)(예컨대, 1000[W])인 경우에, 제어부(224)는 상기한 단계 (S305)를 수행한다.
만일, 상기한 단계(S308)에서 비교판단 소비전력(P)이 목표전력(Pmax)이 아닌 경우에, 제어부(224)는 소비전력(P)이 목표전력(Pmax)보다 큰지 비교판단 한다(S309).
만일, 상기한 단계(S309)에서 비교판단 결과 소비전력(P)이 목표전력(Pmax)보다 큰 경우에, 제어부(224)는 소비전력(P)이 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에 해당하는 목표전력(Pmax)(예컨대, 1000[W])이 될 수 있도록 PWM 신호의 PWM 듀티를 감소시킨다(S310).
다음, 제어부(224)는 상기한 단계(S305)를 수행한다.
또한, 상기한 단계(S309)에서 비교판단 결과 소비전력(P)이 목표전력(Pmax)보다 작은 경우에, 제어부(224)는 소비전력(P)이 하나 또는 그 이상의 제1 PTC 히터 수단(216) 내지 제3 PTC 히터 수단(220)에 해당하는 목표전력(Pmax)(예컨대, 1000[W])이 될 수 있도록 PWM 신호의 PWM 듀티를 증가시킨다(S311).
다음, 제어부(224)는 상기한 단계(S305)를 수행한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 자동차의 보조전기가열 방법에 의하면, 자동차의 배터리 소모가 많아서 배터리 전압이 낮은 경우에는 PTC 히터의 목표전력을 낮추어서 자동차의 배터리의 부하를 줄이고, 배터리 전압이 충분하게 출력되는 경우에는 목표전력으로 히팅할 수 있어 자동차의 배터리에 무리가 가지 않도록 하는 효과를 얻을 수 있고, PTC 히터의 전류를 이용하여 PTC 히터에서 소비되는 소비 전력을 계산하며 소비 전력이 목표전력에 근접하도록 제어함으로써 정확한 PTC 히터의 소비 전력을 제어할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 보조전기가열장치를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 전기가열장치를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 자동차의 보조전기가열방법을 설명하기 흐름도.
도 4a는 본 발명에 따른 배터리 전압에 대응되는 PTC 히터의 목표전력을 도시한 그래프.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 전압에 대응되는 PTC 히터의 목표전력을 도시한 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 제1 파워 트랜지스터 내지 제3 파워 트랜지스터로 이루어진 스위칭부를 나타낸 블록도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
200: 자동차용 보조전기가열장치 204 : 통신부
206 : 스위칭부 208 : 제1 MOSFET
210 : 제2 MOSFET 212 : 제3 MOSFET
214 : PTC 히터부 216 : 제1 PTC 히터수단
218 : 제2 PTC 히터수단 220 : 제3 PTC 히터수단
222 : 전류 감지부 224 : 제어부
300 : 배터리 전원부

Claims (13)

  1. 하나 또는 그 이상의 스위칭 수단을 구비하고 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하여 배터리 전압을 스위칭하는 스위칭부와,
    상기 스위칭 수단의 출력에 각각 연결된 하나 또는 그 이상의 히팅 수단을 구비한 히터부와,
    상기 히팅 수단에 연결되어 상기 히터부를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지부와,
    배터리 전압의 전압정보를 수신하여 기준전압과 비교하여 상기 전압 정보가 상기 기준전압보다 낮으면 배터리 전압에 비례하는 가열전력을 목표전력으로 설정하고, 상기 전압정보가 상기 기준전압보다 높으면 소정의 최대 가열전력을 목표전력으로 설정하여, 상기 설정된 목표전력에 대응되는 PWM 듀티로 상기 PWM 신호를 발생하여 상기 스위칭 수단에 인가하며, 상기 전류 감지부의 감지 전류로부터 실제 소모되는 소비전력을 계산하여 계산된 소비전력이 상기 목표전력보다 크거나 작은 경우에 상기 PWM 신호의 상기 PWM 듀티를 각각 감소 또는 증가시키는 제어부를 포함하는 자동차용 보조전기 가열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은 하나 또는 그 이상의 MOSFET로 이루어지고,
    상기 제1 MOSFET 내지 제 N MOSFET(N은 자연수)의 게이트 단자(G)들은 상기 제어부에 연결되고, 드레인 단자(D)들은 배터리 전원부에 연결되며, 소스 단자(S) 들은 상기 히터 수단에 각각 연결되는 자동차용 보조전기 가열장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은 하나 또는 그 이상의 트랜지스터로 이루어지고,
    상기 제1 트랜지스터 내지 제N 트랜지스터(N은 자연수)의 베이스 단자(B)들은 상기 제어부에 연결되고, 컬렉터 단자(C)들은 배터리 전원부에 연결되며, 이미터 단자(E)들은 상기 히터 수단에 각각 연결되는 자동차용 보조전기 가열장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 전압의 상기 전압정보를 수신하여 전송하는 통신부를 더 포함하는 자동차용 보조전기 가열장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 통신부는 RS-232, RS-422, USB(Universal Serial Bus), IEEE1394 및 CAN(Controller Area Network) 통신 중 하나로 이루어지는 자동차용 보조전기 가열장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 PWM 신호를 하나 또는 그 이상의 상기 스위칭 수단에 개별적으로 인가하는 자동차용 보조전기 가열장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전류 감지부는
    하나로 이루어져 상기 하나 또는 그 이상의 히팅 수단과 연결되는 자동차용 보조전기 가열장치.
  10. 배터리 전압의 전압정보를 수신하여 기준전압과 비교하는 단계와,
    상기 전압정보가 기준전압보다 낮으면 상기 기준전압보다 낮은 배터리 전압에 비례하는 가열전력을 목표전력으로 설정하고, 상기 전압정보가 상기 기준전압보다 높으면 소정의 최대 가열전력을 목표전력으로 설정하는 단계와,
    상기 설정된 목표전력에 대응되는 PWM 듀티로 PWM 신호를 발생하여 스위칭부에 인가하는 단계와,
    실제 소모되는 소비전력을 계산하여 계산된 소비전력이 상기 목표전력보다 크거나 작은 경우에 상기 PWM 신호의 PWM 듀티를 각각 감소 또는 증가시키는 단계를 포함하는 자동차용 보조전기가열방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭부에 인가하는 단계에서,
    상기 PWM 듀티의 상기 PWM 신호를 상기 스위칭부의 하나 또는 그 이상의 스위칭 수단에 개별적으로 인가하는 자동차용 보조전기가열방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 PWM 신호의 상기 PWM 듀티를 조절하는 단계에서,
    전류 감지부의 감지 전류와 배터리 전압으로부터 하나 또는 그 이상의 히터부의 히팅 수단에서 실제 소모되는 상기 소비전력을 계산하는 자동차용 보조전기가 열방법.
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