KR101286892B1 - 공기 조화 장치의 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 공기 조화 장치의 제어 시스템의 전력 소비를 억제하고, 또한, 비용을 저감하는 것이다. 차량에 탑재되는 공기 조화 장치의 제어 시스템이며, 공기 조화 장치가 구비하는 기기를 제어하는 복수의 차량측 ECU(제어 장치)(60a 내지 60d)와, 복수의 차량측 ECU(60a 내지 60d)를 제어하는 신호 제어 장치(50)를 구비하고, 복수의 차량측 ECU(60a 내지 60d)는, 차량의 각 운전 모드에 대한 온오프의 조합이 공통되는 장치끼리 그룹화되는 동시에, 동일 그룹에 속하는 차량측 ECU(60a 내지 60d)가 공통의 신호선에 의해 접속되고, 신호 제어 장치(50)는, 각 신호선(71, 72)에 차량의 운전 모드에 따른 온오프 신호를 송출한다.

Description

공기 조화 장치의 제어 시스템 {CONTROL SYSTEM FOR AIR CONDITIONING APARATUS}
본 발명은, 공기 조화 장치의 제어 시스템에 관한 것이다.
전기 자동차나 하이브리드차 등에 탑재되는 공기 조화 장치용의 압축기로서는, 하우징 내에 전동 모터가 일체로 내장된 구성의 전동 압축기가 사용되고 있다. 전동 압축기는, 일반적으로 하우징의 외주에 고전압 전원으로부터 공급되는 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하고, 글래스 밀봉 단자를 통하여 전동 모터에 급전하는 인버터 장치가 일체로 내장되어 있어, 압축기 구동용 전동 모터의 회전수가 가변 제어되도록 되어 있다.
종래, 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드차 등에서는, 배터리 충전시에는, 배터리 냉각을 위해 공기 조화 장치용의 전동 압축기를 동작시키는 것이 알려져 있다. 전동 압축기를 동작시키기 위해서는, 인버터 장치의 CPU 기판에 설치되어 있는 제어 통신 회로와, 차량측에 설치되어 있는 차량측 제어 장치가 통신 케이블을 통하여 접속되는 CAN(Controller Area Network) 통신선이 사용되고 있다.
일본 특허 출원 공표 제2004-507395호 공보
그러나, CAN 통신 계통은 1계통이므로, 통신을 확보하기 위해서는 작동시키고 싶은 기기 이외의 기기도 모두 작동시켜야만 해, 불필요하게 전력을 소비한다는 문제가 있었다.
또한, CAN 이외의 다른 신호선에 대해서도, 도 5에 도시된 바와 같이, 1계통의 라인으로 접속되어 있어, CAN의 경우와 마찬가지로, 작동시키고 싶은 기기 이외의 기기도 모두 작동시켜야만 해, 불필요하게 전력을 소비한다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 불필요하게 전력을 소비하는 것을 억제하고, 또한, 비용을 저감할 수 있는 공기 조화 장치의 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.
본 발명의 일 형태는, 차량에 탑재되는 공기 조화 장치의 제어 시스템이며, 상기 공기 조화 장치가 구비하는 기기를 제어하는 복수의 제어 장치와, 복수의 상기 제어 장치를 제어하는 신호 제어 장치를 구비하고, 복수의 상기 제어 장치는, 차량의 각 운전 모드에 대한 온오프의 조합이 공통되는 장치끼리 그룹화되는 동시에, 동일 그룹에 속하는 상기 제어 장치가 공통의 신호선에 의해 접속되고 상기 신호 제어 장치는, 각 상기 신호선에 차량의 운전 모드에 따른 온오프 신호를 송출하는 공기 조화 장치의 제어 시스템이다.
이와 같은 구성에 따르면, 차량에 탑재되는 공기 조화 장치의 제어 시스템에 있어서, 공기 조화 장치가 구비하는 기기를 제어하는 복수의 제어 장치가 설치되어 있다. 이들 복수의 제어 장치는, 차량의 운전 모드에 대한 작동/정지(온오프)의 조합이 공통되는 장치끼리로 그룹화되어, 동일 그룹에 속하는 제어 장치가 공통의 신호선에 접속된다. 이들 각 그룹의 제어 장치가 접속하는 각 신호선은, 신호 제어 장치에 접속되어 있고, 신호 제어 장치로부터 차량의 운전 모드에 따른 온오프 제어 신호가 신호선을 통해 각 제어 장치에 송신된다.
이와 같이, 차량의 각 운전 모드에 대하여 같은 움직임(작동/정지)을 행하는 제어 장치를 공통의 그룹으로 하고, 이들 그룹은 공통의 신호선에 의해 접속되므로, 작동시키는 제어 장치를 한정할 수 있어, 소비 전력량을 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 신호선은 차량의 운전 모드에 기초하여 그룹화되어 있으므로, 신호 제어 장치가 온오프 신호를 제어함으로써 운전 모드에 따른 기기의 온오프를 간편하게 행하는 것이 가능해진다. 또한, 신호 제어 장치는, 예를 들어, 웨이크 업 제어용 ECU(Electric Control Unit), 자기 진단 기능을 작동시키는 경우의 진단용 ECU 및 용도에 따라 설치한 전용 ECU 등이다. 운전 모드는, 예를 들어, 통상 운전시, 충전시, 동력 회생시, 주행시 및 플러그인에 의해 공기 조화시키고 싶을 때 등이 있다.
본 발명에 따르면, 불필요하게 전력을 소비하는 것을 억제하고, 또한, 비용을 저감할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 인버터 일체형 전동 압축기의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 인버터 일체형 전동 압축기에 내장되는 인버터 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 인버터 장치의 A-A종단면 상당도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 인버터 장치에 대한 차량측의 제어 장치계의 회로도이다.
도 5는 종래의 차량측 제어 장치와 CAN 이외의 신호선의 접속을 도시한 도면이다.
이하에, 본 발명에 관한 공기 조화 장치의 제어 시스템을 인버터 일체형 전동 압축기에 적용한 일 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 인버터 일체형 전동 압축기의 외관 측면도가 도시되어 있다.
인버터 일체형 전동 압축기(1)는, 외관을 구성하는 하우징(2)을 구비하고 있다. 이 하우징(2)은, 도시 생략의 전동 모터가 수용되어 있는 모터 하우징(3)과, 도시 생략의 압축 기구가 수용되어 있는 압축기 하우징(4)과 볼트(5)에 의해 일체로 체결 장착 결합됨으로써 구성되어 있다. 모터 하우징(3) 및 압축기 하우징(4)은, 내압 용기이고 알루미늄 다이캐스트제로 되어 있다.
하우징(2)의 내부에 수용되어 있는 도시 생략의 전동 모터 및 압축 기구는, 모터 축을 통하여 연결되고, 전동 모터의 회전에 의해 압축 기구가 구동되도록 구성되어 있다. 모터 하우징(3)의 일단부측(도 1의 우측)에는, 냉매 흡입 포트(6)가 설치되어 있고, 이 냉매 흡입 포트(6)로부터 모터 하우징(3) 내에 흡입된 저온 저압의 냉매 가스는, 전동 모터의 주위를 모터 축선 L 방향을 따라 유통 후, 압축 기구에 흡입되어 압축된다. 압축 기구에 의해 압축된 고온 고압의 냉매 가스는, 압축기 하우징(4) 내에 토출된 후, 압축기 하우징(4)의 일단부측(도 1의 좌측)에 설치되어 있는 토출 포트(7)로부터 외부로 송출되도록 구성되어 있다.
하우징(2)에는, 예를 들어, 모터 하우징(3)의 일단부측(도 1의 우측)의 하부 및 압축기 하우징(4)의 일단부측(도 1의 좌측)의 하부의 2개소와, 압축기 하우징(4)의 상부측 1개소의 합계 3개소에, 설치 다리 8A, 8B, 8C가 설치되어 있다. 인버터 일체형 전동 압축기(1)는, 이 설치 다리 8A, 8B, 8C가 차량의 엔진 룸 내에 설치되어 있는 주행용 원동기의 측벽 등에 브래킷 및 볼트를 통하여 고정 설치됨으로써 차량측에 탑재된다.
모터 하우징(3)의 외주부에는, 그 상부에 박스 형상의 인버터 수용부(9)가 일체로 성형되어 있다. 이 인버터 수용부(9)는, 상면이 개방된 소정 높이의 주위벽에 의해 둘러싸여진 박스 형상으로 되어 있고, 측면에는, 2개의 케이블 취출구(10)가 설치되어 있다. 또한, 인버터 수용부(9)의 상면은, 덮개 부재(11)가 나사 고정됨으로써 밀폐되도록 되어 있다.
인버터 수용부(9)의 내부에는, 차량에 탑재되어 있는 도시 생략의 고전압 전원 유닛 혹은 배터리 등으로부터 고전압 케이블을 통하여 공급되는 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하여, 모터 하우징(3)의 내부에 수용되어 있는 전동 모터에 공급하는 인버터 장치(20)가 수용 설치되어 있다. 도 2에는, 이 인버터 장치(20)의 사시도가 도시되고, 도 3에는, 도 2 중의 A-A 단면 상당도가 도시되어 있다.
인버터 장치(20)는, 도시 생략의 IGBT 등으로 이루어지는 복수개의 반도체 스위칭 소자에 의해 구성되는 스위칭 회로가 실장되는 동시에, 스너버 콘덴서, 방전 저항 등이 실장되어 있는 알루미늄제 판재로 이루어지는 파워계 기판(21)과, 수지제 케이스(22)가 인서트 성형에 의해 일체화된 인버터 모듈(23)을 구비하고 있다. 파워계 기판(21)의 상면에는, 도시 생략의 열경화성 에폭시계 수지가 충전되고, 고전압계의 스위칭 회로는, 절연 및 방습을 위해 수지 봉입되어 있다.
수지제 케이스(22)에는, 파워계 기판(21) 외에, 고전압 전원과 접속되는 P-N 단자(24)나 전동 모터에 3상 교류 전력을 급전하는 U-V-W 단자(25), 어스(26) 및 어스 단자(27), 파워계 기판(21)과 후술의 CPU 기판(30)의 사이를 접속하는 다수의 접속 단자(28) 등이 일체로 인서트 성형되어 있다. 이 수지제 케이스(22)는, 직사각형 형상으로 되어 있고, 인버터 수용부(9)의 케이블 취출구(10)가 설치되어 있는 측면을 따르는 일변에 P-N 단자(24)가 돌출되고, 이것에 인접하는 압축기 하우징(4)측에 가까운 일변에 U-V-W 단자(25)가 돌출되어 있다.
또한, 수지제 케이스(22)의 각 코너 부분에는, 인버터 수용부(9)의 저면에 볼트를 통하여 체결 장착 고정되는 고정 다리부(29)가 일체로 성형되어 있다. 이 고정 다리부(29)에 볼트가 관통 가능한 어스 단자(27)가 설치되어 있고, 볼트를 통하여 수지제 케이스(22)를 인버터 수용부(9)의 저면에 고정함으로써, 파워계 기판(21) 및 후술의 CPU 기판(30)의 그라운드가 하우징 접지되도록 구성되어 있다.
인버터 모듈(23)을 구성하는 수지제 케이스(22)의 상면에는, 수지제 케이스(22)보다도 약간 크게 된 CPU 기판(프린트 기판)(30)이, 다수의 접속 단자(28) 및 어스(26)와 접속된 상태로 배치되어 있다. CPU 기판(30)에는, CPU 등의 저전압으로 동작하는 소자에 의해 구성되는 제어 통신 회로가 실장되어 있고, 파워계 기판(21)에 실장되어 있는 파워계 회로(스위칭 회로)를 제어하도록 구성되어 있다.
CPU 기판(30)은, 차량측과의 통신 폼으로서 차내 LAN인 CAN(Controller Area Network)을 구비하고 있다. 이로 인해, CPU 기판(30) 상에는, 제어 통신 회로를 구성하는 CAN 리시버 회로가 설치되어, 차량측에 설치되어 있는 상위 제어 장치, 즉 차량측 ECU(Electric Control Unit)(제어 장치)로부터의 통신 케이블이 접속 가능하게 구성되어 있다. CPU 기판(30) 상에는, CAN 통신용의 CAN 리시버 회로(31)가 설치되어 있고, CPU(33)에 접속되도록 되어 있다.
삭제
다음에, 차량 탑재 공기 조화 장치의 전동 압축기를 제어하는 제어계에 대해 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 차량 탑재 공기 조화 장치의 전동 압축기를 제어하는 제어계로서, 차량측 ECU(제어 장치)(60a 내지 60d)와 신호 제어 장치(50)를 구비하고 있다.
전기 자동차나 하이브리드차 등에서는, 배터리 충전 시에는, 배터리 냉각을 위해 공기 조화 장치용의 전동 압축기를 동작시킨다. 그러나, 신호 제어 장치(50)에 접속되어 있는 모든 차량측 ECU(60a 내지 60d)를 온 상태로 하면 전력이 과잉으로 되어, 불필요한 전력이 발생한다. 환언하면, 모든 차량측 ECU를 온 할 필요는 없고, 일부의 차량측 ECU만을 온 상태로 하면, 배터리 냉각에 필요한 전동 압축기의 운전이 가능해진다. 이에 의해, 본 실시 형태에 있어서는, 차량측 ECU를 2계통으로 나누고, 차량의 운전 모드에 따라 계통마다 온오프를 전환하는 방법에 대해 설명한다.
차량측 ECU(60a 내지 60d)는, 차량의 운전 모드에 대한 기동/정지의 조합이 동일한 ECU끼리 그룹화되는 동시에, 동일 그룹에 속하는 ECU가 공통의 신호선에 의해 서로 접속된다. 각 신호선은, 신호 제어 장치(50)와 접속된다.
구체적으로는, 차량측 ECU(60a, 60b)는 통상 모드의 경우에 기동되고, 충전 모드에 있어서 정지되는 것으로, 제1 신호선(71)에 접속된다. 마찬가지로, 차량측 ECU(60c, 60d)는 충전 모드와 통상 모드의 양쪽의 경우에 기동되어, 제2 신호선(72)에 접속된다.
신호 제어 장치(50)는, 각 신호선에 차량의 운전 모드에 따른 온오프 신호를 송출한다.
구체적으로는, 운전 모드에 따라, 동일 그룹으로서 접속되어 있는 차량측 ECU(60a 내지 60d)에 공통의 온오프 신호를 송출한다. 예를 들어, 제1 신호선(71)은 통상 운전 모드의 경우에 온 되고, 충전 모드의 경우에는 오프된다. 또한, 제2 신호선(72)은 통상 운전 모드의 경우 및 충전 모드의 경우의 양쪽에서 온 된다.
또한, 신호 제어 장치(50)는, 예를 들어, 키리스 엔트리(keyless entry) 등의 통상의 이그니션 회로 이외의 회로로부터의 신호를 전송하기 위한 웨이크 업 제어 ECU이다.
또한, 상기 운전 모드는, 예를 들어, 차량의 통상 운전시, 차량의 충전시, 동력 회생시, 주행시 및 플러그인에 의해 충전을 하고 있을 때에 공조를 행하는 경우 등이다.
다음에, 본 실시 형태의 작용에 대해 설명한다.
차량에 탑재된 고전압 전원 유닛으로부터 고전압 케이블을 거쳐 전동 압축기(1)의 인버터 장치(20)에 공급된 직류 전력은, P-N 단자(24)를 거쳐 파워계 기판(21)의 스위칭 회로에 입력되고, CPU 기판(30)의 제어 회로에 의해 제어되는 반도체 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 제어 지령 주파수의 3상 교류 전력으로 변환된 후, U-V-W 단자(25)로부터 글래스 밀봉 단자를 거쳐 모터 하우징(3) 내의 전동 모터에 급전된다.
CPU 기판(30) 상에 설치되어 있는 제어 통신 회로에 의해, 차량측에 설치되어 있는 차량측 ECU와 신호 제어 장치로부터 전송되는 신호에 기초하여, 인버터 장치(20)가 컨트롤 된다.
이에 의해, 전동 압축기(1)의 전동 모터가 회전 구동되어, 압축 기구가 동작된다. 압축 기구의 동작에 의해, 냉매 흡입 포트(6)로부터 저온 저압의 냉매 가스가 모터 하우징(3) 내에 흡입된다. 이 냉매는, 전동 모터의 주위를 모터 축선 L 방향으로 압축기 하우징(4)측으로 유동되어 압축 기구에 흡입되고, 고온 고압 상태로 압축된 후, 토출 포트(7)를 거쳐 전동 압축기(1)의 외부로 송출된다.
이 동안에, 냉매 흡입 포트(6)로부터 모터 하우징(3) 내에 흡입되고, 모터 축선 L 방향으로 유동되는 저온 저압의 냉매 가스에 의해 모터 하우징(3)의 하우징 벽을 통하여 인버터 수납부(9)의 저면에 밀착되어 설치되어 있는 인버터 장치(20)의 파워계 기판(21)이 냉각된다. 이에 의해, 파워계 기판(21)에 실장되어 있는 반도체 스위칭 소자 등의 발열 부품이 강제 냉각되어, 인버터 장치(20)의 내열 성능을 확보할 수 있다.
전기 자동차나 플러그인 HEV차 등에 있어서는, 배터리의 충전시, 배터리를 냉각하기 위해 공기 조화 장치용의 전동 압축기(1)를 운전시킨다.
계속하여, 배터리의 충전시, 배터리를 냉각하기 위해 공기 조화기용의 전동 압축기를 운전시키는 작용에 대해 설명한다.
제1 신호선(71)과 접속되는 차량측 ECU(60a) 및 차량측 ECU(60b)는, 통상 모드의 운전시에 기동되는 것으로, 예를 들어, 공기 조화기를 에어컨으로서 사용하는 경우에 사용된다. 이로 인해, 차량이 통상 모드에서 운전하는 경우에만, 신호 제어 장치(50)로부터 온 신호가 전송된다.
또한, 제2 신호선(72)과 접속되는 차량측 ECU(60c) 및 차량측 ECU(60d)는, 통상 모드의 운전 외에, 전동 압축기만을 동작시키는 경우에 기동된다. 이로 인해, 통상 모드 및 충전 모드의 경우에 신호 제어 장치(50)에 의해 온 신호가 전송된다.
예를 들어, 차량을 플러그인에 의해 충전하는 경우에는, 신호 제어 장치(50)는, 제1 신호선은 오프 상태인 채로, 제2 신호선에만 온 신호를 송출한다. 이에 의해, 차량을 플러그인에 의해 충전하는 경우에는, 제2 신호선에 접속된 차량측 ECU(60c) 및 차량측 ECU(60d)만이 온 된다.
이와 같이, 충전 모드인 경우에는, 전동 압축기만을 동작시키면 되므로, 제1 신호선은 오프인 채로 제2 신호선만 온 시킨다. 이에 의해, 필요 없는 전기를 기동시킬 필요 없이, 전동 컴프레서를 동작시킬 수 있으므로, 불필요한 전력의 소비를 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 관한 발명에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 적절하게 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기한 실시 형태에서는, 인버터 수용부(9)를 모터 하우징(3)과 일체 성형한 예에 대하여 설명했지만, 반드시 일체로 형성할 필요는 없고, 별체를 이루는 인버터 수용부(9)를 일체로 조립 장착한 구성으로 해도 된다. 또한, 압축 기구에 대해서는, 특별히 제한되는 것은 아니고, 어떤 형식의 압축 기구를 사용해도 된다.
이상 설명해 온 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 제어 시스템에 있어서, 신호 제어 장치는, 소비하는 전력량에 기초하여 그룹화되어 있는 차량측 제어 장치에 대해, 출력하는 온오프 신호를 다르게 하므로, 작동시키는 차량측 제어 장치를 한정할 수 있고, 소비 전력량을 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 신호선은 소비 전력량에 기초하여 그룹화되어 있으므로, 신호 제어 장치가 온오프 신호를 제어함으로써 기기의 온오프를 간편하게 행하는 것이 가능해진다.
또한, 전자 제어 유닛과 신호 제어 장치가 온오프 신호를 전송하는 신호선에 의해 접속된다. 이에 의해, 예를 들어, 기기간의 통신을 가능하게 하는 통신선을 추가해, 상기 통신선에 의해 제어를 행하는 경우와 비교하면, 기판을 소형화할 수 있는 동시에, 비용을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 제어 시스템에 있어서, 신호선은 2계통 설치되어 있었지만, 신호선의 계통수는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 3계통이어도, 4계통이어도 되는 것으로 한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 공기 조화 장치의 제어 시스템에 있어서, 신호 제어 장치(50)는, 웨이크 업 ECU이었지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 차량측 ECU(60a 내지 60d)에 접속되는 기기(시스템)가 정상인지 여부를 체크하는 자기 진단 기능을 작동시키는 경우의 진단용 ECU이어도 되고, 차량측 ECU가 구동시키는 기능에 따라 설치되는 전용의 ECU로 하는 것으로 해도 된다.
1 : 인버터 일체형 전동 압축기
20 : 인버터 장치
21 : 파워계 기판
30 : CPU 기판
60a , 60b, 60c, 60d : 차량측 ECU
71 : 제1 신호선
72 : 제2 신호선

Claims (4)

  1. 차량에 탑재되는 공기 조화 장치의 제어 시스템이며,
    상기 공기 조화 장치가 구비하는 기기를 제어하는 복수의 제어 장치와,
    복수의 상기 제어 장치를 제어하는 신호 제어 장치를 구비하고,
    복수의 상기 제어 장치는, 차량의 각 운전 모드에 대한 온오프의 조합이 공통되는 장치끼리 그룹화되는 동시에, 동일 그룹에 속하는 상기 제어 장치가 공통의 신호선에 의해 접속되고,
    상기 신호 제어 장치는, 각 상기 신호선에 차량의 운전 모드에 따른 온오프 신호를 송출하는 공기 조화 장치의 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 그룹이 제1 신호선에 접속되는 복수의 상기 제어 장치를 포함하는 제1 그룹과, 제2 신호선에 접속되는 복수의 상기 제어 장치를 포함하는 제2 그룹을 포함하고,
    상기 제1 신호선 또는 상기 제2 신호선의 한쪽이, 통상 운전 모드의 경우에 온 되고, 충전 모드의 경우에 오프되는, 공기 조화 장치의 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 그룹이 제1 신호선에 접속되는 복수의 상기 제어 장치를 포함하는 제1 그룹과, 제2 신호선에 접속되는 복수의 상기 제어 장치를 포함하는 제2 그룹을 포함하고,
    상기 제1 신호선 또는 상기 제2 신호선의 한쪽이, 통상 운전 모드의 경우 및 충전 모드인 경우의 양쪽에서 온 되는, 공기 조화 장치의 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 신호선 또는 상기 제2 신호선의 다른 쪽이, 통상 운전 모드의 경우 및 충전 모드인 경우의 양쪽에서 온 되는, 공기 조화 장치의 제어 시스템.
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