KR101469755B1 - 전기자동차용 공조장치 - Google Patents

전기자동차용 공조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차용 공조장치에 관한 것으로서, 난방모드 시에 냉,온풍통로에 대한 온도조절도어의 개도각을 효율적으로 제어함으로써 PTC 히터의 발열량을 줄이고서도 차실내의 난방효율을 높일 수 있고, 따라서 연비개선의 효과를 갖도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 온풍통로를 따라 송풍되는 공기를 가열하는 PTC 히터와, 온풍통로와 냉풍통로의 사이에서 회전운동하면서 온풍통로와 냉풍통로의 개도량을 조절하는 온도조절도어를 포함하는 전기자동차용 공조장치에 있어서, 난방모드 시에, 특정의 목표토출온도가 설정되면, 설정된 목표토출온도에 따라 PTC 히터의 발열량과, 온풍통로에 대한 온도조절도어의 개도각을 제어하는 제어부를 더 포함하며; 제어부는, 온도조절도어의 개도각을 제어할 시에, 목표토출온도보다 더 높은 온도에 대응되는 개도각 데이터를 기준으로 제어한다.

Description

전기자동차용 공조장치{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차용 공조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 난방모드 시에 냉,온풍통로에 대한 온도조절도어의 개도각을 효율적으로 제어함으로써, PTC 히터의 발열량을 줄이고서도 차실내의 난방효율을 높일 수 있고, 따라서 연비개선의 효과를 기대할 수 있는 전기자동차용 공조장치에 관한 것이다.
하이브리드(Hybrid) 차량이나 전기차량은, 엔진의 사용이 제한적이거나 엔진을 사용하지 않으므로, 난방에 필요한 엔진 냉각수가 부족하거나 엔진 냉각수를 얻을 수 없다.
따라서, 하이브리드 차량이나 전기차량(이하, "차량"이라 통칭함)의 공조장치는, 엔진 냉각수 없이도 차실내를 난방할 수 있는 난방장치를 채용하고 있다. 그 일례로서, PTC 히터(Positive Temperature Coefficient Heater) 장치가 있다.
PTC 히터 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공조케이스(1)의 온풍통로(1a)상에 설치되는 PTC 히터(3)와, PTC 히터(3)를 제어하는 제어부(5)를 포함한다.
PTC 히터(3)는, 고전압 PTC이며, PWM(Pulse Width Modulation) 듀티비(Duty Ratio:펄스폭의 넓이) 제어에 의해 발열량이 조절된다. 이러한 PTC 히터(3)는, 차실내로 송풍되는 공기를 가열한다. 따라서, 차실내를 난방한다.
제어부(5)는, 난방모드 시에, 특정의 "목표토출온도"가 설정되면, 설정된 "목표토출온도"에 대응되는 "PWM 듀티비"를 PTC 히터(3)에 출력한다. 따라서, PTC 히터(3)가 "목표토출온도"에 맞춰서 제어될 수 있게 한다.
한편, 제어부(5)는, 특정의 "목표토출온도"가 설정되면, 설정된 "목표토출온도"에 따라 온도조절도어(7)를 동시에 제어하기도 한다.
특히, 온도조절도어(7)를, 미리 설정된 개도각에 따라 온풍통로(1a)의 개방방향으로 제어한다. 따라서, 온풍통로(1a)로 도입되는 공기량을 증가시킨다. 이로써, PTC 히터(3)에 의해 가열되는 공기량을 증가시킨다. 그 결과, 차실내의 난방효율을 높인다.
여기서, 제어부(5)는, "목표토출온도"별 "온도조절도어 개도각"을 저장하고 있다. 따라서, 특정의 "목표토출온도"가 설정되면, 이에 대응되는 "온도조절도어 개도각"을 검출하고, 검출된 "온도조절도어 개도각"에 따라 온도조절도어(7)의 개도각을 제어한다. 이로써, 상기 온도조절도어(7)의 개도각이 "목표토출온도"에 대응되게 제어될 수 있도록 한다.
그런데, 이러한 종래의 공조장치는, "목표토출온도"에 따라 온도조절도어(9)의 개도각을 제어하는 과정에서, 냉풍통로(1b)도 동시에 개방되는데, 이러한 경우, 냉풍통로(1b)로 유입되는 공기는 PTC 히터(3)에 의해 가열되지 못한다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 차실내의 난방효율이 저하된다는 문제점이 있다.
그리고 이러한 난방효율의 저하현상을 보상하기 위해서 PTC 히터(3)의 발열량을 높일 수 밖에 없다는 결점이 있으며, 이로써, PTC 히터(3)의 소모전력이 불필요하게 증가된다는 문제점이 있다.
특히, PTC 히터(3)의 소모전력이 불필요하게 증가되므로, 차량의 연비가 현저하게 저하된다는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, "목표토출온도"에 따라 온도조절도어의 개도각을 제어하는 과정에서 냉풍통로의 개도량을 최소화시킬 수 있도록 구성함으로써, 냉풍통로의 개방에 의한 난방효율의 저하현상을 최소화시킬 수 있는 전기자동차용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 냉풍통로의 개방에 의한 난방효율의 저하현상을 최소화시킬 수 있도록 구성함으로써, 난방효율의 저하현상을 보상하기 위한 불필요한 PTC 히터의 작동을 방지할 수 있는 전기자동차용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, PTC 히터의 불필요한 작동을 방지함으로써, 차량의 소비전력 증가를 차단할 수 있고, 따라서, 차량의 연비를 개선시킬 수 있는 전기자동차용 공조장치를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전기자동차용 공조장치는, 온풍통로를 따라 송풍되는 공기를 가열하는 PTC 히터와, 온풍통로와 냉풍통로의 사이에서 회전운동하면서 상기 온풍통로와 냉풍통로의 개도량을 조절하는 온도조절도어를 포함하는 전기자동차용 공조장치에 있어서, 난방모드 시에, 특정의 목표토출온도가 설정되면, 설정된 목표토출온도에 따라 상기 PTC 히터의 발열량과, 상기 온풍통로에 대한 상기 온도조절도어의 개도각을 제어하는 제어부를 더 포함하며; 상기 제어부는, 상기 온도조절도어의 개도각을 제어할 시에, 상기 목표토출온도보다 더 높은 온도에 대응되는 개도각 데이터를 기준으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 목표토출온도별 상기 PTC 히터의 PWM 듀티비를 저장하고 있는 제 1메모리부와; 목표토출온도별 온도조절도어의 개도각을 저장하고 있는 제 2메모리부를 더 포함하며; 상기 제어부는, 특정의 목표토출온도가 설정될 시에, 설정된 목표토출온도에 대응되는 PWM 듀티비를 상기 제 1메모리부에서 검출하고, 검출된 PWM 듀티비에 의거하여 상기 PTC 히터의 발열량을 제어하며; 특정의 목표토출온도가 설정될 시에, 설정된 목표토출온도보다, 미리 정해진 온도크기 만큼 더 높은 온도에 대응되는 온도조절도어 개도각을 상기 제 2메모리부에서 검출하고, 검출된 온도조절도어 개도각에 의거하여 상기 온도조절도어의 개도각을 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부가, 난방모드가 해제될 시에는, 설정된 목표토출온도에 맞는 원래의 온도조절도어 개도각을 검출하고, 검출된 원래의 온도조절도어 개도각에 의거하여 상기 온도조절도어의 개도각을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치에 의하면, "목표토출온도"에 대응하여 온도조절도어의 개도각을 제어할 시에, "목표토출온도"보다 높은 온도값을 기준으로 제어하는 구조이므로, "목표토출온도"에 맞춰서 제어될 때보다, 온풍통로는 더 개방하고 냉풍통로는 닫을 수 있다. 따라서, 냉풍통로의 개도량을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉풍통로의 개도량을 최소화시킬 수 있는 구조이므로, 냉풍통로의 개방에 따른 난방효율의 저하현상을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉풍통로의 개방에 의한 난방효율의 저하현상을 최소화시킬 수 있는 구조이므로, 난방효율의 저하현상을 보상하기 위해 불필요하게 PTC 히터의 발열량을 높이지 않아도 되는 효과가 있다.
또한, 불필요하게 PTC 히터의 발열량을 높이지 않아도 되는 구조이므로, 차량의 소비전력 증가를 방지할 수 있고, 따라서, 차량의 연비를 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전기자동차용 공조장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치의 작동예를 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 공조장치는, 차실내를 난방하는 PTC 히터 장치(10)를 구비하며, PTC 히터 장치(10)는, PTC 히터(20)를 구비한다.
PTC 히터(20)는, 공조케이스(1)의 온풍통로(1a)상에 설치되며, "PWM 듀티비" 제어에 의해 발열량이 조절된다.
이러한 PTC 히터(20)는, 차실내로 송풍되는 공기를 가열한다. 따라서, 차실내를 난방한다.
그리고 본 발명의 PTC 히터 장치(10)는, 제 1메모리부(30)와 제 2메모리부(40)와 제어부(50)를 구비한다.
제 1메모리부(30)는, "목표토출온도"별 "PWM 듀티비"를 저장하고 있다. 여기서, 제 1메모리부(30)에 저장된 "PWM 듀티비"들은 "목표토출온도"에 비례하도록 구성된다.
제 2메모리부(40)는, "목표토출온도"별 "온도조절도어 개도각"을 저장하고 있다. 여기서, 제 2메모리부(40)에 저장된 "온도조절도어 개도각"들은 온풍통로(1a)에 대한 온도조절도어(60)의 개도각으로서, "목표토출온도"에 비례하도록 구성된다.
제어부(50)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, 난방모드 시에, 특정의 "목표토출온도"가 설정되면, 이에 대응되는 "PWM 듀티비"를 제 1메모리부(30)에서 검출하고, 검출된 "PWM 듀티비"에 의거하여 PTC 히터(20)의 발열량을 제어한다.
따라서, PTC 히터(20)를 "목표토출온도"에 맞춰서 제어한다. 이로써, PTC 히터(20)가 높은 온도의 열을 방출하면서 차실내로 송풍되는 공기를 가열할 수 있게 한다. 그 결과, 차실로 토출되는 공기의 온도가 "목표토출온도"에 도달할 수 있게 한다.
한편, 제어부(50)는, 특정의 "목표토출온도"가 설정될 시에, 이에 대응하는 "온도조절도어 개도각"을 제 2메모리부(40)에서 검출하는데, 이때, 설정된 "목표토출온도"보다, 몇도(℃) 높은 온도에 대응되는 "온도조절도어 개도각"을 검출하도록 구성된다.
그리고 검출된 "온도조절도어 개도각"에 의거하여 온도조절도어(60)의 개도각을 제어한다. 이로써, 온도조절도어(60)의 개도각이 "목표토출온도"보다 몇도(℃) 높은 온도에 맞춰서 제어될 수 있게 한다.
그 결과, 온도조절도어(60)의 개도각은, "목표토출온도"에 맞춰서 제어될 때(X)보다, 온풍통로(1a)의 개방방향으로 더 이동(Y)하게 된다. 이로써, 온도조절도어(60)는, "목표토출온도"에 맞춰서 제어될 때(X)보다, 온풍통로(1a)는 더 개방하고, 냉풍통로(1b)는 더 닫아주게 된다.
따라서, 온풍통로(1a)를 통과하는 공기량은 증가시키고, 냉풍통로(1b)를 통과하는 공기량은 최소화시킨다. 이에 따라, PTC 히터(20)에 의해 가열되는 공기량은 증가시키고, PTC 히터(20)에 의해 가열되지 못하는 공기량은 최소화시킨다.
그 결과, 차실내의 난방효율을 향상시킬 수 있다. 특히, PTC 히터(20)에 의해 가열되는 공기량을 증가시키므로, PTC 히터(20)의 발열량을 줄이고서도, 차실내로 토출되는 공기의 온도를 "목표토출온도"에 도달시킬 수 있다.
이로써, PTC 히터(3)의 소모전력이 줄이고서도 공기의 토출온도를 "목표토출온도"에 맞출 수 있게 된다. 이에 따라, 차량의 연비를 현저하게 개선시킬 수 있다.
한편, 제어부(50)는, "목표토출온도"에 대응하여 "온도조절도어 개도각"을 제 2메모리부(40)에서 검출할 시에, 약 2∼3℃정도 높은 온도에 대응되는 "온도조절도어 개도각"을 검출하도록 구성되는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, "목표토출온도"에 대응하여 "온도조절도어 개도각"을 제 2메모리부(40)에서 검출할 시에, 2℃ 높은 온도에 대응되는 "온도조절도어 개도각"을 검출하도록 구성되는 것이 좋으며, 이러한 2℃는 제어부(50)에 미리 설정되어 있다.
그리고 제어부(50)는, "목표토출온도"에 따라 PTC 히터(20)의 발열량과 온도조절도어(60)의 개도각을 제어하되, 온도조절도어(60)의 개도각을 우선적으로 제어한 다음, 이후에 PTC 히터(20)의 발열량을 제어하도록 구성된다.
이는, "목표토출온도"에 대응하여 온도조절도어(60)의 개도각을 먼저 고정적으로 세팅한 다음, PTC 히터(20)의 제어를 통해 "목표토출온도"에 맞추기 위함이며, 이는, "목표토출온도"에 맞추기 위해 온도조절도어(60)를 빈번하게 제어하는 것을 방지하기 위함이다.
이로써, 온도조절도어(60)의 빈번한 작동을 줄일 수 있고, 그 결과, 온도조절도어(60)의 빈번한 작동에 의한 작동 노이즈 발생을 저감시킬 수 있다.
또한, 제어부(50)는, "난방모드"가 해제되고, "냉방모드"로 진입할 시에는, 설정된 "목표토출온도"에 따라 "온도조절도어 개도각"을 제 2메모리부(40)에서 검출할 때, 상기 "목표토출온도"에 맞는 원래의 "온도조절도어 개도각"을 정확하게 검출하도록 구성된다.
따라서, 냉방모드 시에는, 온도조절도어(60)의 개도각이 원래의 "목표토출온도"대로 정확히 맞춰서 제어될 수 있게 한다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동예를 도 2와 도 3을 참조하여 설명한다.
먼저, "난방모드" 상태에서(S101), "목표토출온도"가 설정되면(S103), 제어부(50)는, "목표토출온도"에 대응되는 "PWM 듀티비"를 제 1메모리부(30)에서 검출한다(S105).
그리고 검출된 "PWM 듀티비"에 의거하여 PTC 히터(20)의 발열량을 제어한다(S107).
그러면, PTC 히터(20)는 높은 온도의 열을 방출하면서 차실내로 송풍되는 공기를 가열한다. 이로써, 차실로 토출되는 공기의 온도는 "목표토출온도"로 제어된다(S109).
한편, 제어부(50)는, "목표토출온도"가 설정되면(S103), "목표토출온도"에 대응되는 "온도조절도어 개도각"을 제 2메모리부(40)에서 검출하는데, 이때, 설정된 "목표토출온도"보다, 몇도(℃) 높은 온도에 대응되는 "온도조절도어 개도각"을 검출한다(S111).
그리고 검출된 "온도조절도어 개도각"에 의거하여 온도조절도어(60)의 개도각을 제어한다(S113).
그러면, 온도조절도어(60)는, "목표토출온도"보다 몇도(℃) 높은 온도에 맞춰서 제어되면서 "목표토출온도"에 맞춰서 제어될 때(X)보다, 온풍통로(1a)를 더 개방하게 된다(S115).
따라서, 온풍통로(1a)를 통과하는 공기량은 증가시키고, 냉풍통로(1b)를 통과하는 공기량은 최소화시킨다. 그 결과, PTC 히터(20)에 의해 가열되는 공기량을 증가시킨다. 이에 따라, 차실내의 난방효율을 증가시킨다.
위의 설명에서, 제어부(50)가, PTC 히터(20)의 발열량를 제어한 다음, 이후에 온도조절도어(60)의 개도각을 제어하는 것으로 설명되어 있지만, 이는, 본 발명의 작동을 쉽게 이해시키기 위한 설명일 뿐, 실제로는, 온도조절도어(60)의 개도각을 우선적으로 제어한 다음, PTC 히터(20)의 발열량을 제어하도록 구성된다.
이러한 구성의 본 발명에 의하면, "목표토출온도"에 대응하여 온도조절도어(60)의 개도각을 제어할 시에, "목표토출온도"보다 높은 온도값을 기준으로 제어하는 구조이므로, "목표토출온도"에 맞춰서 제어될 때보다, 온풍통로(1a)는 더 개방하고 냉풍통로(1b)는 닫을 수 있다. 따라서, 난방모드 시에 냉풍통로(1b)의 개도량을 최소화시킬 수 있다.
또한, 난방모드 시에 냉풍통로(1b)의 개도량을 최소화시킬 수 있는 구조이므로, 냉풍통로(1b)의 개방에 따른 난방효율의 저하현상을 최소화시킬 수 있다.
또한, 냉풍통로(1b)의 개방에 의한 난방효율의 저하현상을 최소화시킬 수 있는 구조이므로, 난방효율의 저하현상을 보상하기 위해 불필요하게 PTC 히터(20)의 발열량을 높이지 않아도 된다.
또한, 불필요하게 PTC 히터(20)의 발열량을 높이지 않아도 되는 구조이므로, 차량의 소비전력 증가를 방지할 수 있고, 따라서, 차량의 연비를 개선시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
1: 공조케이스 1a: 온풍통로
1b: 냉풍통로 10: PTC 히터 장치
20: PTC 히터(Heater) 30: 제 1메모리부
40: 제 2메모리부 50: 제어부
60: 온도조절도어

Claims (4)

  1. 온풍통로(1a)를 따라 송풍되는 공기를 가열하는 PTC 히터(20)와, 온풍통로(1a)와 냉풍통로(1b)의 사이에서 회전운동하면서 상기 온풍통로(1a)와 냉풍통로(1b)의 개도량을 조절하는 온도조절도어(60)를 포함하는 전기자동차용 공조장치에 있어서,
    난방모드 시에, 특정의 목표토출온도가 설정되면, 설정된 목표토출온도에 따라 상기 PTC 히터(20)의 발열량과, 상기 온풍통로(1a)에 대한 상기 온도조절도어(60)의 개도각을 제어하는 제어부(50)를 더 포함하며;
    상기 제어부(50)는, 상기 온도조절도어(60)의 개도각을 우선적으로 제어한 다음, 이후에 상기 PTC 히터(20)의 발열량을 제어하고, 상기 온도조절도어(60)의 개도각을 제어할 시에, 상기 목표토출온도보다 더 높은 온도에 대응되는 개도각 데이터를 기준으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    목표토출온도별 상기 PTC 히터(20)의 PWM 듀티비를 저장하고 있는 제 1메모리부(30)와;
    목표토출온도별 온도조절도어(60)의 개도각을 저장하고 있는 제 2메모리부(40)를 더 포함하며;
    상기 제어부(50)는, 특정의 목표토출온도가 설정될 시에, 설정된 목표토출온도에 대응되는 PWM 듀티비를 상기 제 1메모리부(30)에서 검출하고, 검출된 PWM 듀티비에 의거하여 상기 PTC 히터(20)의 발열량을 제어하며;
    특정의 목표토출온도가 설정될 시에, 설정된 목표토출온도보다, 미리 정해진 온도크기 만큼 더 높은 온도에 대응되는 온도조절도어 개도각을 상기 제 2메모리부(40)에서 검출하고, 검출된 온도조절도어 개도각에 의거하여 상기 온도조절도어(60)의 개도각을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(50)가,
    난방모드가 해제될 시에는, 설정된 목표토출온도에 맞는 원래의 온도조절도어 개도각을 검출하고, 검출된 원래의 온도조절도어 개도각에 의거하여 상기 온도조절도어(60)의 개도각을 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
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