KR101500090B1

KR101500090B1 - 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법

Info

Publication number: KR101500090B1
Application number: KR1020130072762A
Authority: KR
Inventors: 정태영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-03-18
Also published as: KR20150000569A

Abstract

본 발명은 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과부하 및 과전류로부터 전동식 에어컨 컴프레서 및 인버터를 보호할 수 있도록 한 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 전동식 에어컨 컴프레서의 압축 부하가 크고, 인버터에 과전류가 발생될 경우, 인버터의 정지없이 컴프레서의 회전수만을 감소시켜 정격 출력 및 토크를 유지시킬 수 있도록 함으로써, 과부하 및 과전류로부터 에어컨 컴프레서 및 인버터를 보호할 수 있고, 인버터 및 컴프레서의 위험 요소를 줄여 2차 손상을 방지할 수 있는 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법{Method for controlling motor driven airconditioner compressor of green car}

본 발명은 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과부하 및 과전류로부터 전동식 에어컨 컴프레서 및 인버터를 보호할 수 있도록 한 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법에 관한 것이다.

친환경차량(하이브리드 자동차/전기자동차/연료전지 자동차 등)은 충전전력 또는 발전전력을 기반으로 하는 전기에너지로 주행하는 차량이므로, 기존에 엔진과 연동하여 작동하는 기계식 에어컨 컴프레서와 달리 전동식 에어컨 컴프레서가 탑재되고 있다.

또한, 상기 전동식 에어컨 컴프레서는 고전압배터리로부터 출력되는 전원을 인버터를 통하여 공급받아 구동된다.

상기 전동식 에어컨 컴프레서의 작동 중 생성되는 토크를 초과할 정도로 컴프레서의 압축 부하가 큰 경우, 인버터에 과전류가 발생할 수 있다.

이렇게 전동식 에어컨 컴프레서에 압축 과부하가 발생하고, 그에 따라 인버터에 과전류가 발생하면, 컴프레서의 손상 및 인버터의 파손 등이 초래될 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 과부하 및 과전류로부터 전동식 에어컨 컴프레서 및 인버터를 보호하는 제어 로직이 필요하고, 특히 컴프레서 및 인버터의 동작시 위험 요소를 줄여서 2차 손상을 방지하는 동시에 에어컨을 정상 작동시킴으로써, 친환경 차량의 상품성을 높일 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전동식 에어컨 컴프레서의 압축 부하가 크고, 인버터에 과전류가 발생될 경우, 인버터의 정지없이 컴프레서의 회전수만을 감소시켜 정격 출력 및 토크를 유지시킬 수 있도록 함으로써, 과부하 및 과전류로부터 에어컨 컴프레서 및 인버터를 보호할 수 있고, 인버터 및 컴프레서의 위험 요소를 줄여 2차 손상을 방지할 수 있는 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 에어컨이 온되는 동시에 제어 매개변수의 셋팅 및 초기화가 이루어지는 단계와; 컴프레서의 토출측 과압여부 판단을 위한 단계로서, 컴프레서의 정지를 요하는 미리 결정된 값인 토출측 상한치 압력(LPOUT)과 컴프레서의 토출측 압력센서 측정값(SPO)을 비교하여, LPOUT > SPO 이면 인버터 출력주파수의 최대한계치 B값을 결정하는 단계로 진입하고, LPOUT < SPO 이면 컴프레서를 정지시키는 단계와; 컴프레서의 흡입측 냉매의 저압여부를 판단하는 단계로서, 컴프레서 흡입측 압력 하한치로서 미리 결정된 값인 LPIN와, 컴프레서의 흡입측에 구비된 냉매압력센서의 압력 측정값인 SPI를 비교하여, LPIN ≤ SPI 이면 흡입측의 냉매 온도 체크 단계로 진입하고, LPIN ≥ SPI 이면 컴프레서의 흡입측 압력이 너무 낮은 것으로 판정하여 컴프레서를 정지시키는 단계와; 증발기 결빙방지를 위한 단계로서, 컴프레서의 흡입측 온도(STI)와 컴프레서 흡입측 온도 하한치인 TINLWR값을 비교하여, STI > TINLWR 이면 인버터의 타겟 주파수 체크 단계로 진입하고, STI ≤ TINLWR 이면 컴프레서를 정지시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법을 제공한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면 전동식 에어컨 컴프레서의 압축 부하가 크고, 인버터에 과전류가 발생될 경우를 대비하여, 컴프레서의 흡입 및 토출측 압력, 흡입측 냉매 온도 등을 측정하여 인버터의 출력주파수를 조절함으로써, 과부하 및 과전류로부터 에어컨 컴프레서 및 인버터를 보호할 수 있다.

또한, 컴프레서의 과압 발생시 인버터의 정지 없이 컴프레서의 구동모터 회전수만을 조절하여 컴프레서를 작동 유지시킴으로서, 차량의 에어컨 성능 및 고객 만족도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 순서를 나타낸 제어 공정도,
도 2는 본 발명에 따른 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법을 구체적으로 나타낸 순서도,
도 3은 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서의 토출압력 대비 인버터 주파수를 나타낸 컴프레서 구동 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

친환경 차량에는 전동식 냉매 컴프레서가 탑재되어 있고, 이 컴프레서를 구동하는데 필요한 전기를 공급하기 위하여 고전압배터리로부터의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터가 구비되어 있다.

상기 인버터는 직류전압을 입력 받아 에어컨 컴프레서의 부하에 대해 3상의 교류전압을 출력하는 장치로서, 차량 시동신호 입력시 출력을 준비하고 있다가, 에어컨 인에이블 신호가 입력되는 동시에 상위제어기인 VCU로부터 캔(CAN)통신에 의해 작동/정지(RUN/STOP) 등의 명령이 들어오면, 교류전압을 출력한다.

상기 인버터에서 직류를 교류로 변환할 때 생성되는 교류의 주파수를 조절함으로써, 컴프레서에 내장된 구동모터의 회전속도를 조절할 수 있고, 그에 따라 컴프레서의 회전속도를 조절할 수 있다.

그러나, 에어컨 작동 중, 상기 컴프레서의 토출측 또는 흡입측에 과압(과부하)이 걸려서 컴프레서의 소모동력이 급격히 증가하는 경우, 인버터와 컴프레서의 구동모터의 보호를 위하여 컴프레서의 작동을 정지시켜 에어컨 작동을 중지하는 것이 불가피하다.

상기 인버터는 에어컨 운전조작 버튼에서 보내주는 신호 즉, 언로드-하이(UNLOAD_HI(UV_H)) 또는 언로드-로(UNLOAD_LO(UV_L))에 따라 출력전압과 주파수의 크기를 제어하는 바, 언로드-하이가 입력되면 출력전압을 약 66%로 제한하고, 반면에 언로드-로가 입력되면 약 33%로 제한하여 동작하지만, 이러한 언로드 신호만으로는 액상냉매의 유입, 컴프레서의 흡입 및 토출측의 과도한 압력차 등에 의해 컴프레서에 과부하가 걸릴 수 있으므로, 인버터 출력을 제한하여 운전할 필요가 있다.

이를 위해, 본 발명은 전동식 에어컨 컴프레서의 압축 부하가 크고, 인버터에 과전류가 발생될 경우, 인버터의 정지없이 컴프레서의 구동모터 회전수만을 감소시켜 정격 출력 및 토크를 유지시킬 수 있도록 함으로써, 과부하 및 과전류로부터 에어컨 컴프레서 및 인버터를 보호할 수 있고, 에어컨을 지속적으로 작동 유지시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

여기서, 본 발명에 따른 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법을 첨부한 도 1 내지 도 3을 참조로 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상위제어기(VCU: Vehicle Control Unit)의 에어컨 시스템 오류 체크 단계(S101)와 함께 에어컨이 온되는 단계(S102)와, 제어 매개변수의 셋팅 및 초기화 단계(S103)가 진행된다.

상기 제어 매개변수들은 아래와 같다.

AL : 언로딩 로우(Low) 신호시 미리 설정된 인버터 출력주파수

AM = 언로딩 중간(Mid) 신호시 미리 설정된 인버터 출력주파수

AH = 언로딩 하이(High) 신호시 미리 설정된 인버터 출력주파수

SPO = 컴프레서 토출측 압력센서 측정값

STI = 컴프레서 흡입측 냉매온도센서 측정값

SPI = 컴프레서 흡입측 압력센서 측정값

POUT2 = 컴프레서 감속 시작시 토출측 압력

POUT3 = 컴프레서 감속 종료시 토출측 압력

LPOUT = 컴프레서 정지시 토출측 상한치 압력(컴프레서의 정지를 요하는 토출측 압력)

LPIN = 컴프레서 정지시 흡입측 하한치 압력(컴프레서의 정지를 요하는 흡입측 압력)

B : 인버터 출력주파수 상한치

TINLWR = 컴프레서 흡입측 온도 하한치(증발기 결빙 방지용)

이어서, 언로딩 신호를 체크하는 단계(S104)가 선행된다.

즉, 상기 인버터의 타켓 주파수를 업데이트하고자, 언로딩 신호를 체크하는 바, 이때의 언로딩 신호는 LOW, MID, HIGH 중에서 선택된다.

상기 언로딩 신호의 체크 결과, 언로딩 신호가 LOW이면 AL값으로서 30Hz(30%)를 타켓 주파수로 설정하고, MID이면 AM값으로서 40Hz(40%)를 타켓 주파수로 설정하며, HIGH이면 AH값으로서 50Hz(100%)를 타켓 주파수로 설정한다(S105).

이어서, 상기 컴프레서의 토출측에 구비된 압력센서의 압력 측정값(SPO)을 읽는 단계(S106)와 함께 컴프레서의 흡입측에 구비된 압력센서의 압력 측정값(SPI)과, 컴프레서의 흡입측에 구비된 냉매온도센서의 온도 측정값(STI)도 읽어 들인다.

다음으로, 상기 컴프레서의 토출측의 과압여부 판단을 위하여, 컴프레서의 정지를 요하는 미리 결정된 값인 토출측 상한치 압력(LPOUT)과, 컴프레서의 토출측 압력센서 측정값(SPO)을 비교한다(S107).

비교 결과, LPOUT > SPO 이면 컴프레서의 토출측이 과압상태가 아니므로, 다음 단계인 B값 결정 단계(S108)로 진입하고, 반면 LPOUT < SPO 이면 컴프레서의 토출측에 과압이 걸린 상태이므로, 컴프레서를 정지시킨다(S109).

이때, 컴프레서의 정지 후, SPO 값을 다시 읽은 다음, 다시 SPO 값과 LPOUT값을 비교하여, LPOUT ≥ SPO 이면 컴프레서의 토출측 과압상태가 해소된 상태이므로 컴프레서를 온시키는 단계로 돌아간다(S110).

다음으로, LPOUT > SPO 이면 인버터 출력주파수의 최대한계치(상한치)인 B값을 결정한다(S108).

상기 인버터 출력주파수 상한치를 나타내는 B값을 결정하기 위하여, 우선 컴프레서의 토출측 압력인 SPO와, 컴프레서의 토출측 과압 방지를 위하여 컴프레서가 감속을 시작하는 미리 설정된 토출측 압력값인 POUT2를 비교하고, 그 비교 결과 SPO ≤ POUT2 이면 AH값을 출력주파수 상한치 B값으로 설정한다.

따라서, 인버터의 출력주파수는 상한치 B값 즉, AH값으로 출력되어, 컴프레서의 구동모터가 구동되도록 한다(S111).

주기적으로, 상기와 같은 방법을 이용하여 인버터 출력주파수의 최대한계치(상한치)인 B값을 새로운 최대한계치 B값을 의미하는 "NEW"값으로 재결정한다(S112).

이때, 상기 NEW값이 B값보다 크면 이전의 B값을 그대로 사용하고, 반면 B값이 NEW값보다 크면 새로운 B값인 NEW값을 사용하도록 하며, 예를 들어 인버터의 새로운 출력주파수 NEW값은 언로딩 중간(Mid) 신호시 미리 설정된 인버터 출력주파수(AM) 또는 언로딩 로우(Low) 신호시 미리 설정된 인버터 출력주파수(AL) 등의 수준으로 설정된다(S113).

이와 같이, 컴프레서의 토출측 과압상태를 체크하여 인버터의 출력주파수를 타켓 주파수 즉, 최대한계치(상한치)로 조절함으로써, 컴프레서의 토출측 과부하 및 그에 따른 인버터에 과전류가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 컴프레서와 인버터를 보호할 수 있다.

다음으로, 컴프레서의 흡입측 냉매의 저압여부를 판단하는 단계가 진행된다(S114).

즉, 컴프레서의 정지를 요하는 흡입측 압력인 컴프레서 흡입측 압력 하한치로서 미리 결정된 값인 LPIN와, 컴프레서의 흡입측에 구비된 냉매압력센서의 압력 측정값인 SPI를 비교한다.

비교결과, LPIN ≤ SPI 이면 컴프레서의 흡입측 압력이 하한치 이상이므로 다음 단계인 흡입측의 냉매 온도 체크 단계(S117)로 진입하고, 반면 LPIN ≥ SPI 이면 컴프레서의 흡입측 압력이 너무 낮은 것으로 판정하여 컴프레서를 정지시킨다(S115).

이때, 컴프레서의 정지 후 SPI값을 다시 읽은 다음, 다시 LPIN값과 비교하는 단계를 진행하여(S116), SPI > LPIN를 만족하면 흡입측의 저압상태가 해소된 것으로 판정하여 컴프레서를 재시동하는 단계(S102)로 돌아간다.

한편, LPIN ≤ SPI 인 경우, 인버터의 새로운 출력 주파수 제한값(새로운 지령 주파수, freq_ref)은 포화증기압 선도에 의한 아래의 수식1로 결정될 수 있다.

수식1 : freq_ref= (freq_ref1-AL)*(DP-PILWR)/(PIHIGH-PILWR) + AL

수식1에서, freq_ref1은 상기한 컴프레서의 토출측 압력에 의하여 결정된 인버터 주파수 지령값, PIHIGH는 가변속 구동에서의 압력마진(컴프레서 감속시작 시점에서 포화증기압 곡선 대비 흡입측 압력의 마진값), PILWR는 운전영역에서의 압력마진(컴프레서의 가동중지 시점에서 포화증기압 곡선 대비 흡입측 압력의 마진값), EPC는 포화증기압(컴프레서 흡입측에서 계측된 온도로 계산한 냉매의 포화증기압 계산치)를 나타내고, 또한 DP는 EPC에서 SPI를 차감한 값(EPC - SPI)으로서 DP값이 (+)이면 냉매가 기체상태, (-)이면 액체상태를 나타낸다.

따라서, 포화증기압 EPC에서 컴프레서 흡입측 측정압력 SPI를 뺀 값인 DP값을 PIHIGH값과 비교하여, 비교결과 DP < PIHIGH 이면 상기 수식1을 통해 얻어진 인버터의 새로운 지령 주파수로 에어컨 컴프레서를 제어한다.

다음으로, 컴프레서의 흡입측 온도(STI)와, 증발기 결빙방지를 위해 미리 설정한 컴프레서 흡입측 온도 하한치인 TINLWR값을 비교하는 단계가 진행된다(S117).

비교 결과, STI > TINLWR 이면 컴프레서 흡입측 온도가 증발기 결빙방지를 위한 온도하한선 이상이므로, 인버터의 타겟 주파수 체크 단계(119)로 진입하고, 반면에 STI ≤ TINLWR 이면 에어컨을 계속 가동할 경우 증발기의 결빙 위험이 있으므로 컴프레서를 정지시킨다(S118).

이어서, 상기 인버터이 타겟 주파수 체크 단계로서, 상술한 바와 같은 단계를 거쳐 결정된 타겟 출력주파수(B)가 컴프레서의 가동범위 내에 있는지 여부를 확인한다(S119).

즉, 상기 인버터의 타켓 출력주파수(B)가 에어컨 로우 작동시 인버터 주파수(AL)보다 크고, 에어컨 하이 작동시 인버터 주파수(AH) 보다 작음을 만족시키면 타켓 출력주파수(B)를 인버터의 최종 타켓 주파수로 적용하여, 인버터가 컴프레서의 회전속도를 조절하도록 한다(S121).

반면, 상기 인버터의 타켓 출력주파수(B)가 에어컨 로우 작동시 인버터 주파수(AL)보다 크고, 에어컨 하이 작동시 인버터 주파수(AH) 보다 작음을 만족시키지 못하면, 에어컨 시스템에 이상이 있는 것이므로 컴프레서를 정지시킨다(S120).

Claims

삭제
에어컨이 온되는 동시에 제어 매개변수의 셋팅 및 초기화가 이루어지는 단계와;
컴프레서의 토출측 과압여부 판단을 위한 단계로서, 컴프레서의 정지를 요하는 미리 결정된 값인 토출측 상한치 압력(LPOUT)과 컴프레서의 토출측 압력센서 측정값(SPO)을 비교하여, LPOUT > SPO 이면 인버터 출력주파수의 최대한계치 B값을 결정하는 단계로 진입하고, LPOUT < SPO 이면 컴프레서를 정지시키는 단계와;
컴프레서의 흡입측 냉매의 저압여부를 판단하는 단계로서, 컴프레서 흡입측 압력 하한치로서 미리 결정된 값인 LPIN와, 컴프레서의 흡입측에 구비된 냉매압력센서의 압력 측정값인 SPI를 비교하여, LPIN ≤ SPI 이면 흡입측의 냉매 온도 체크 단계로 진입하고, LPIN ≥ SPI 이면 컴프레서의 흡입측 압력이 너무 낮은 것으로 판정하여 컴프레서를 정지시키는 단계와;
증발기 결빙방지를 위한 단계로서, 컴프레서의 흡입측 온도(STI)와 컴프레서 흡입측 온도 하한치인 TINLWR값을 비교하여, STI > TINLWR 이면 인버터의 타겟 주파수 체크 단계로 진입하고, STI ≤ TINLWR 이면 컴프레서를 정지시키는 단계;
를 포함하고,
상기 인버터 출력주파수의 최대한계치 B값을 결정하는 단계는:
컴프레서의 토출측 압력인 SPO와, 컴프레서가 감속을 시작하는 미리 설정된 토출측 압력값인 POUT2를 비교하는 과정과, 비교 결과 SPO ≤ POUT2 이면 AH값을 출력주파수 상한치 B값으로 결정하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 인버터의 출력주파수가 AH값으로 출력되어, 컴프레서의 구동모터가 구동되도록 한 후, 이전의 B값을 새로운 B값을 의미하는 "NEW"값으로 재결정하는 단계를 더 진행하되,
상기 NEW값이 B값보다 크면 이전의 B값을 그대로 사용하고, B값이 NEW값보다 크면 새로운 B값인 NEW값을 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 LPIN와 SPI를 비교하여 LPIN ≤ SPI 인 경우, 인버터의 새로운 출력 주파수 제한값(freq_ref)이 포화증기압 선도에 의한 아래의 수식1로 결정되고, DP값을 PIHIGH값과 비교하여, 비교결과 DP < PIHIGH 이면 아래 수식1을 통해 결정된 인버터의 새로운 지령 주파수로 에어컨 컴프레서를 제어하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법.
수식1 : freq_ref= (freq_ref1-AL)*(DP-PILWR)/(PIHIGH-PILWR) + AL
freq_ref1: 컴프레서의 토출측 압력에 의하여 결정된 인버터 주파수 지령값,
PIHIGH: 가변속 구동에서의 압력마진
PILWR: 운전영역에서의 압력마진
DP: 포화증기압(EPC)에서 SPI를 차감한 값
청구항 2에 있어서,
상기 인버터의 타켓 주파수 체크 단계는:
인버터의 타켓 출력주파수(B)가 에어컨 로우 작동시 인버터 주파수(AL)보다 크고, 에어컨 하이 작동시 인버터 주파수(AH) 보다 작음을 만족시키면 타켓 출력주파수(B)를 인버터의 최종 타켓 주파수로 적용하는 과정과;
인버터의 타켓 출력주파수(B)가 에어컨 로우 작동시 인버터 주파수(AL)보다 크고, 에어컨 하이 작동시 인버터 주파수(AH) 보다 작음을 만족시키지 못하면, 에어컨 시스템에 이상이 있는 것이므로 컴프레서를 정지시키는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량용 전동식 에어컨 컴프레서 제어 방법.