KR101922971B1

KR101922971B1 - 전기 가열 컴포넌트가 장착된 자동차의 전기 가열 컴포넌트를 제어하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101922971B1
Application number: KR1020137015891A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 부와롱; 뱅상 브론슈위그; 뱅상 르-레이; 에두아르 발렝시엔느
Original assignee: 르노 에스.아.에스.
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2018-11-28
Also published as: EP2655107A1; EP2655107B1; FR2969537A1; FR2969537B1; CN103384606B; WO2012084341A1; CN103384606A; KR20140067960A

Abstract

적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 차량 전력 유닛을 갖춘 자동차에 장착된 전기 가열 컴포넌트를 동작시키는 시스템으로서, 상기 전기 가열 컴포넌트는 열-전달 유체 회로를 포함하며, 상기 동작 시스템은, 상기 전기 가열 컴포넌트에 의해서 빼내진 전류를 제한하기 위한 수단 (2) 그리고 제어 신호를 상기 전기 가열 컴포넌트의 열-전달 유체의 온도 측정치의, 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체용의 온도 데이터의, 상기 전기 가열 컴포넌트의 전력의 측정치의, 그리고 상기 전기 가열 부재용으로 인정된 전력의 함수로서 제어 신호를 방출하기 위해서 협응하는 온도 조정 수단 (3)을 포함한다.

Description

전기 가열 컴포넌트가 장착된 자동차의 전기 가열 컴포넌트를 제어하기 위한 시스템 및 방법{System and method for operating an electrical heating component with which a motor vehicle is equipped}

본 발명의 분야는 실내 온도 제어 시스템들에 관한 것이며, 더 상세하게는 압축기 그리고 가열 유닛을 포함하는 자동차들을 위한 실내 온도 제어 시스템들에 의해서 소비되는 전력을 제한하는 것에 관련된다.

전기 차량 또는 하이브리드 차량에서, 승객 칸은 고-전압의 배터리에 의해서 전력을 공급받는 컴포넌트들에 의해서 가열되는 것이 보통이다. (견인을 위해서 전력이 필요하거나 또는 배터리 충전이 로우 (low) 일 때인) 몇몇의 상황들에서, 열적인 쾌적함을 위해서 소비되는 전력을 제한하는 것이 필요하다. 또한, 가열 유닛들에 의한 전력은 시장이 있는 지역 그리고 기후에 따라서 바뀐다. 그러므로, 가열 유닛들의 전력을 제한하는 것을 다양하게 존재하는 버전들에 적응시키기 위해서 기후의 유형에 종속된 설정을 추가하는 것이 필요하다. 이런 설정의 유형은 관리하기 어렵다.

특허 문서 US 6040561은 고-전압 네트워크 시스템 및 보조 가열 제어를 개시한다. 이 문서는 상기 가열 유닛과 상기 고-전압 네트워크 사이의 관계들을 기술한다. 가열 유닛 제어는 상기 고-전압 네트워크의 전압 레벨의 함수로서 수정된다.

특허 문서 WO 9415805는 압축기를 갖춘 차가운 루프 그리고 가열 유닛들을 갖춘 뜨거운 루프를 포함한다. 소비 전력을 제한하는 것은 쾌적함을 달성하기 위한 파라미터를 조절하는 것과 연관된다.

US 6040561 WO 9415805

본 발명의 목적은 적어도 하나의 전기적인 구동 모터를 포함하는 차량에 채택된 전기 가열 유닛에 의해 소비되는 전력을 제한하기 위한 시스템이다.

본 발명의 다른 목적은 가열 시스템의 전력에 독립적인 전기 가열 유닛에 의해 소비되는 전력을 제한하기 위한 시스템이다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 동력 전달 장치 (powertrain)가 장착된 자동차에 전기 가열 유닛이 갖추어지며, 상기 전기 가열 유닛은 열-전달 유체 회로를 포함한다. 전기 가열 유닛을 제어하기 위한 시스템은 상기 전기 가열 유닛에 의해서 소비되는 전류를 제한하기 위한 수단 그리고 제어 신호를 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체의 온도 측정치의 그리고 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체용의 온도 세트포인트 (setpoint)의 함수로서 전송하기 위해서 협응하는 온도 조정 수단을 포함한다.

본 발명은 상기 가열 유닛의 전력을 제한하고 그리고 상기 가열 유닛의 전력에 그 자체를 자동적으로 적응시키는 이점을 나타낸다.

상기 전력 제한 수단은 상기 제어 신호를 제한하는 것을 상기 전기 가열 유닛의 전력의 측정치의 그리고 상기 전기 가열 유닛용으로 인정된 전력 레벨의 함수로서 결정하기에 적합할 수 있다.

상기 전력 제한 수단은 상기 제어 신호의 백분율을 상기 전기 가열 유닛의 전력의 함수로서 매핑하는 것을 또한 포함할 수 있다.

상기 전력 제한 수단은 상기 매핑 유닛 (16)으로 전송되는 신호를 상기 전기 가열 유닛의 전력의 그리고 상기 매핑을 셋업하기 위해서 사용되는 전기 가열 유닛의 전력의 함수로서 수정할 수 있는 증폭기를 포함할 수 있다.

상기 전력 제한 수단은 PID 제어를 포함할 수 있다.

상기 온도 조정 수단은 상기 제어 신호를 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체의 온도 측정치의, 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체용의 온도 세트포인트의, 그리고 상기 제어 신호 제한의 함수로서 결정하기에 적합할 수 있다.

상기 온도 조정 수단은 PID 제어를 포함할 수 있다.

상기 전력 제한 수단은 상기 온도 조정 수단과 직렬로 연결될 수 있다.

상기 전력 제한 수단은 상기 온도 조정 수단과 병렬로 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 모습에 따라서, 전기 가열 유닛을 포함하는 자동차에 갖추어진 전기 가열 유닛을 위한 제어 방법이 제안되며, 상기 전기 가열 유닛은 열-전달 유체 회로를 포함하며, 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체의 온도 측정치의, 그리고 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체의 온도 세트포인트의 함수로서 제어 신호가 동작된다.

상기 제어 신호를 제한하는 것이 상기 전기 가열 유닛의 전력의 측정치의 그리고 상기 전기 가열 유닛용으로 인정된 전력 레벨의 함수로서 결정될 수 있다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

다른 목적들, 특징들 및 이점들은 비제한적인 예에 의해서 순수하게 주어진 다음의 설명을 읽으면 그리고 첨부된 도면들을 참조하면 나타날 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 전력 제한 수단의 주요 엘리먼트들을 도시한다.
도 2는 다른 실시예에 따른 전력 제한 수단의 주요 엘리먼트들을 도시한다.
도 3은 온도 조정 수단의 일 실시예를 도시한다.
도 4는 전력 제한 수단의 그리고 온도 조정 수단의 직렬 회로 배치를 포함하는 제어 시스템의 주요 엘리먼트들을 도시한다.
도 5는 대안의 실시예에 따른 전력 제한 수단의 주요 엘리먼트들을 도시한다.

자동차용 전기 가열 유닛의 제어 시스템 (1)은 전력 제한 수단 (2) 그리고 온도 조정 수단 (3)을 포함한다. 이 두 수단은 전기 가열 유닛용으로 의도된 제어 신호를 결정하기 위해서 협력한다. "전기 가열 수단"은 자동차의 승객 칸을 뜨겁게 하기 위한 공기를 생산하기 위해서 의도된 공기나 액체의 흐름과 같은 열-전달 유체를 가열할 수 있는 임의의 수단을 의미하는 것으로 이해된다. 상기 가열 유닛들 중에서, 전류가 인가될 때에 뜨거워지는 세라믹을 포함하는 양성의 온도 계수 기기들에 대해서 특히 언급될 것이다. 상기 제어 신호는 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체의 온도 측정치, 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체에 대한 온도 세트포인트 (setpoint), 상기 전기 가열 유닛의 전력 측정치 그리고 상기 전기 가열 유닛에 대해서 인정된 전력 레벨을 고려한다. 도 1, 도 2 및 도 5는 전력 제한 수단 (2)의 다양한 실시예들을 도시하며 그리고 도 3은 온도 조정 수단 (3)의 실시예를 도시한다. 상기 전력 제한 수단 (2)의 그리고 상기 온도 조정 수단 (3)의 실시예들은 병렬 회로 배치에서 협응하도록 의도된 것이다. 도 4는 상기 전력 제한 수단 (2)의 그리고 상기 온도 조정 수단 (3)의 직렬 회로 배치를 포함하는 제어 시스템 (1)의 실시예를 도시한다.

도 1은 상기 전기 가열 유닛에 의해서 소비된 전력을 제한하기 위한 수단 (2)을 보여주며, 이 수단은 상기 전기 가열 유닛의 전력 측정치를 운반하는 제1 입력 (4) 그리고 상기 전기 가열 유닛에 대해서 인정된 전력 레벨을 운반하는 제2 입력을 포함한다. 상기 전력 제한 수단 (2)은 상기 전기 가열 유닛용의 제어 신호 제한을 운반하는 출력 (6)을 포함한다.

상기 전력 제한 수단 (2)은 상기 제1 입력 (4) 및 상기 제2 입력 (5)에 연결된 정규화 수단 (11)을 더 포함하며, 이 정규화 수단의 출력은 참조번호 12의 접속을 경유하여 제1 감산기 (13)로 연결된다. 상기 제1 감산기 (13)의 다른 입력은 상기 제2 입력 (5)으로부터의 지선 (14)에 연결된다. 상기 제1 감산기 (13)는 상기 제2 입력 (5)으로부터 수신한 신호를 상기 정규화 수단 (11)의 출력 신호에서 감산한 것으로부터 발생하는 신호를 자신의 출력단에서 전송한다.

매핑 유닛 (16)은 상기 제1 감산기 (13)로부터의 신호를 참조번호 15의 접속을 경유하여 수신하고 그리고 자신의 출력단에서 참조번호 6의 출력에 연결된다.

상기 정규화 수단 (11)은 제2 감산기 (17)를 포함하며, 이 제2 감산기는 상기 제1 입력 (4)으로부터 수신한 신호에서 상기 제2 입력 (5)으로부터 수신한 신호를 뺀 것에 대응하는 신호를 참조번호 18의 접속을 경유하여 전송한다.

상기 정규화 수단 (11)은 비교기 (19)를 또한 포함하며, 이 비교기는 참조번호 21의 접속을 경유하여 메모리 (20)로부터 신호를 수신하고 그리고 상기 제2 감산기 (17)에 의해 전송된 신호를 수신한다.

상기 비교기 (19)는 자신의 입력단에서 수신한 상기 신호들 중에서 가장 높은 값에 대응하는 신호를 참조번호 22의 접속을 경유하여 자신의 출력단에서 전송한다. 증폭기 (23)는 상기 접속 (22)으로부터 수신한 입력에 이득에 대응하는 숫자를 곱한 것에 대응하는 신호를 출력단 (12)을 경유하여 전송한다.

이 실시예에서 설명된 상기 전력 제한 수단 (2)은 상기 전기 가열 유닛의 최소 전력에 대응하는 매핑 유닛 (16)을 포함한다. 사용된 상기 전기 가열 유닛이 상기 매핑 (16)을 생성하기 위해서 사용된 전기 가열 유닛의 최대 전력보다 더 큰 전력 레벨일 때에 상기 전력 제한 수단 (2)은 상기 정규화 수단 (11)에 의해 상기 매핑 유닛 (16)을 사용할 수 있다

상기 전기 가열 유닛이 상기 인정된 전력 레벨에 근접한 최대 전력을 나타내면, 상기 측정된 전력 그리고 상기 전력 세트포인트 (setpoint) 사이의 차이는 음 또는 0 (zero)이다. 상기 메모리 (20)에 포함된 파라미터가 0과 같다고 간주하면, 상기 비교기 (19)의 출력에서의 값 그리고 상기 증폭기 (23)의 출력에서의 값은 0이다. 그러므로 상기 매핑 유닛 (16)에 들어가는 전력 값은 상기 제2 입력 (5)으로부터의 전력 세트포인트이다.

상기 전기 가열 유닛이 상기 인정된 전력 레벨보다 더 큰 최대 전력을 나타내면, 상기 측정된 전력 그리고 상기 전력 세트포인트 사이의 차이는 양이다.

상기 메모리 (20)에 포함된 파라미터가 0과 같다고 간주하면, 상기 비교기 (19)의 출력에서의 값 그리고 상기 증폭기 (23)의 출력에서의 값은 0이 아니다 (non-zero). 그러므로 상기 매핑 유닛 (16)에 들어가는 전력 값은 상기 제2 입력 (5)으로부터의 전력 세트포인트에서, 상기 증폭기 (23)의 출력단에서 전송된 값을 뺀 것이다. 상기 매핑 유닛 (16)에 들어가는 신호는 그러므로 감소되어, 레퍼런스 전기 가열 유닛의 전력에 관하여 상기 전기 가열 유닛의 더 높은 전력을 고려하도록 한다.

상기 증폭기 (23)는 상기 측정된 전력의 상기 인정된 전력 레벨로의 수렴을 획득하기 위해서 이득 G를 적용한다. 상기 이득 G는 다음과 같이 추정될 것이다.

전달에 의한 가열은 다음의 식으로 모델링될 수 있다:

이 경우,

PUmes: 상기 전기 가열 유닛의 측정된 전력

PWMmax: 상기 제어 신호 제한

τ: 상기 시스템의 시간 상수

s: 라플라스 변수

K: 상기 전기 가열 유닛의 이득.

상기 전기 가열 유닛의 이득은 상기 전기 가열 유닛의 최대 전력과 상기 제어 신호에 대응하는 전력의 비율을 의미하는 것으로 이해된다.

상기 인정된 전력 레벨에 대한 제한이 있을 때에, 상기 측정된 전류는 다음과 같이 써진다:

이 경우:

PUaut: 상기 전기 가열 유닛에 대한 인정된 전력 레벨.

증폭기를 사용하는 목적은 상기 측정된 전력이 상기 인정된 전력 레벨로 수렴하는 것을 보려는 것이다. 상기 측정된 전력과 상기 인정된 전력 레벨 사이의 비율은 그러므로 값 1을 향하여 수렴해야만 한다.

정적인 상태를 고려하면, 수학식 4는 간략화되어 다음과 같이 된다.

값 1로 향하는 경향인

에 대해서, G는 값 1에 관해 높아야만 한다. 예를 들면, K=50 그리고 C=0.25 이라고 가정하면, 그러면 G=1 이라는 값은 1.85라는

의 비율 값을 주며, G=10의 값은 1.09라는

의 비율 값을 주며 그리고 G=100의 값은 1.01이라는

의 비율 값을 준다.

그러나 너무 높은 G의 값을 취하는 위험이 존재하며, 이는 커다란 제어 점프들을 생성할 수 있으며 이는 상기 시스템의 진동들로 이끌 수 있다. 이전에 주어진 K 그리고 C의 값을 고려하면, G=10의 값은 양호한 값이다.

도 2는 전력 제한 수단 (2)의 다른 실시예를 보여주며, 이 전력 제한 수단은 자신의 입력단에서 상기 제1 입력 (4)에 연결되며 그리고 상기 제2 입력 (5)에 연결되며, 그리고 출력 (6)에 연결된다. 상기 전력 제한 수단 (2)은 제3 감산기 (24)를 포함하며, 이 제3 감산기는 상기 제1 입력 (4)으로부터 수신한 신호와 상기 제2 입력 (2)으로부터 수신한 신호 사이의 차이를 자신의 출력단에서 참조번호 25의 접속을 경유하여 전송한다.

제1 곱셈기 (26)는 자신의 입력단에서, 참조번호 25로부터의 접속으로부터 신호를 그리고 참조번호 28의 접속을 경유하여 메모리 (27)로부터, PID 유형 비례항 (proportional term)을 포함하는 신호를 수신한다.

제2 곱셈기 (31)는 참조번호 25의 접속으로부터 참조번호 30의 지선 (branch)을 경유하여 상기 제3 감산기 (24)의 출력에서 전송된 신호를 자신의 입력단에서 수신한다. 상기 제2 곱셈기 (31)는 메모리 (32)에 포함된 PID 유형 적분항을 참조번호 33의 접속을 경유하여 또한 수신하며, 그리고 메모리 (34)에 포함된 TS 항을 참조번호 35의 접속을 경유하여 수신한다. 상기 TS 항은 상기 시스템의 시간 함수에 대응한다. 상기 제2 곱셈기 (31)는 자신의 출력단에서 참조번호 36의 접속을 경유하여 신호를 전송한다. 상기 제1 스위치 (37)는 상기 조정 선택을 운반하는 참조번호 38의 접속으로부터의 신호를 자신의 제어 입력단 상에서 수신한다. 더욱이 상기 제1 스위치 (37)는 참조번호 36의 접속에 의해서 운반된 신호를 하나의 스위치 입력 상으로 수신하고, 그리고 메모리 (39)에 저장된 값 0에 대응하는 신호를 참조번호 40의 접속을 경유하여 다른 하나의 스위치 입력 상으로 수신한다. 제어 단자 상으로 수신한 신호에 의존하여, 상기 데이터 신호들 중 하나 또는 다른 하나는 참조번호 41의 접속을 경유하여 출력으로서 전송된다.

제1 가산기 (42)는 참조번호 41의 접속에 의해서 운반된 신호 그리고 참조번호 43의 접속에 의해서 운반된 신호를 자신의 입력단에서 수신한다. 상기 제1 가산기 (42)는 자신의 출력단에서 참조번호 44의 접속 상으로 신호를 전송한다. 상기 접속 (44)으로부터의 지선 (45)은 그 자체가 참조번호 43의 접속으로 연결된 적분 수단 (46)에 연결된다. 상기 지선 (45), 상기 적분 수단 (46) 그리고 상기 접속 (43)은 음의 피드백 루프를 형성한다.

참조번호 6의 상기 출력에 연결된 제2 가산기 (47)는 참조번호 26 및 44의 접속들로부터의 신호들을 자신의 입력단에서 수신한다.

상기 전력 제한 수단 (2)은 상기 전기 가열 유닛의 전력의 측정치가, 상기 전기 가열 유닛에 대한 상기 인정된 전력 레벨로 수렴하는 것을 보장한다. 그것은 상기 첫 번째 실시예의 매핑 유닛 (16)을 대체하는 것을 또한 제공한다.

상기 전력 제한 수단 (2)은 PID 유형 구조에 의존한다. 상기 제1 곱셈기 (26)는 PID 구조의 비례항을 결정하는 것을 제공하며 반면에 상기 제2 곱셈기 (31), 상기 제1 가산기 (42) 및 상기 음의 피드백 루프 (45, 46, 43)는 상기 적분 항을 결정하는 것을 제공한다. 상기 적분항 및 비례항은 참조번호 53의 접속을 경유하여 전송된 상기 전기 가열 유닛용의 상기 제어 신호를 위한 제한하는 신호를 형성하기 위해서 상기 제2 가산기 (47)에 의해서 합산된다.

상기 제1 스위치 (37)가 수신한 상기 조정 선택 신호가 온도 조정에 대응하는 값을 운반하면, 상기 제1 스위치 (37)의 출력단에서 값 0이 전송된다. 그렇지 않으면, 상기 제2 곱셈기 (31)로부터의 값은 상기 제1 스위치 (37)의 출력단에서 전송된다. 이 로직은 상기 전력 제한 수단 (2)이 도 3에 도시된 것과 같은 온도 조정 수단 (3)에 이어질 때에 상기 적분항을 계산하는데 있어서 경제성을 제공한다.

도 3은 세트포인트 온도에서 상기 전기 가열 기기의 열-전달 유체의 온도를 제어할 수 있는 온도 조정 수단 (3)을 보여주며, 상기 전기 가열 유닛용의 제어 신호를 제한하는 것을 특히 고려한다.

상기 온도 조정 수단 (3)은 제3 입력단 (7) 상으로 상기 온도 세트포인트를 수신하고 그리고 제4 입력단 (8) 상으로 상기 온도 측정치를 수신한다. 제4 감산기 (50)는 상기 제3 입력단 (7)으로부터 수신한 신호에서 상기 제4 입력단 (8)으로부터 수신한 신호를 빼는 차이를 실행한다. 상기 제4 감산기 (50)는 자신의 출력단에서 참조번호 51의 접속으로 연결된다. 제3 곱셈기 (52)는 자신의 입력단에서 참조번호 51의 접속에 그리고 메모리 (53)에 저장된 PID 유형 비례 신호를 운반하는 참조번호 54의 접속에 연결된다. 상기 제3 곱셈기 (52)는 자신의 출력단에서 참조번호 55의 접속으로 연결된다.

제4 곱셈기 (57)는 자신의 입력단에서, 참조번호 51의 접속으로부터의 지선 (56)에, PID 유형 적분항을 포함하는 메모리 (58)로부터의 접속 (59)에, 그리고 그리고 TS 항을 포함하는 메모리 (60)로부터의 접속 (61)에 연결된다. 상기 제4 곱셈기 (57)는 자신의 출력단에서 참조번호 62의 접속에 연결된다.

제2 스위치 (63)는 자신의 제어 입력단을 경유하여 참조번호 64의 접속에, 제1 데이터 입력단을 경유하여 참조번호 62의 접속에, 그리고 값 0을 포함하는 메모리 (65)로부터의 접속 (66)에 제2 데이터 입력단을 경유하여 연결된다. 상기 제2 스위치 (63)는 자신의 출력단에서 참조번호 67의 접속에 연결된다.

제3 가산기 (68)는 참조번호 67의 접속에 의해서 운반된 신호 그리고 참조번호 69의 접속에 의해서 운반된 신호를 자신의 입력단에서 수신한다. 상기 제3 가산기 (68)는 자신의 출력단에서 참조번호 70의 접속 상으로 신호를 전송한다. 상기 접속 (70)으로부터의 지선 (71)은, 그 자체가 참조번호 69의 접속에 연결된 적분 수단 (72)에 연결된다. 상기 지선 (71), 상기 적분 수단 (72) 그리고 상기 접속 (69)은 음의 피드백 루프를 형성한다.

자신의 출력단에서 참조번호 74의 접속에 연결된 제4 가산기 (73)는 참조번호 55 및 70의 접속들로부터의 신호들을 자신의 입력단에서 수신한다.

제2 비교기 (75)는 자신의 입력단에서, 참조번호 74의 접속에 그리고 상기 전기 가열 유닛용의 상기 제어 신호 제한을 운반하는 참조번호 76의 접속에 연결된다. 상기 제2 비교기 (75)는 상기 전기 가열 유닛용의 상기 제어 신호 값을 참조번호 77의 출력을 경유하여 전송한다.

제3 비교기 (80)는 자신의 입력단에서 참조번호 78의 지선을 경유하여 참조번호 74의 접속에 연결되며 그리고 참조번호 77의 지선을 경유하여 참조번호 76의 상기 접속에 연결된다. 상기 제3 비교기 (80)는 참조번호 81의 상기 접속을 경유하여 자신의 출력단에서 조정 선택 신호를 전송한다. 참조번호 64의 상기 접속은 참조번호 81의 접속으로부터의 지선이다.

상기 온도 조정 수단 (3)의 동작은, 그 동작이 PID 유형 구조에 의존하여 상기 온도 측정이 상기 온도 세트포인트 상에서 조정되는 것을 가능하게 하는 한은, 상기 전력 제한 수단 (2)과 유사하다. 상기 가산기 (52)는 상기 비례항을 결정하는 것을 제공하며, 그리고 상기 곱셈기 (57), 상기 가산기 (68) 그리고 상기 음의 피드백 루프 (71, 72, 69)는 상기 적분항을 결정하는 것을 제공한다.

더욱이, 상기 적분항을 계산하는 것에 전용된 상기 수단의 일부는 상기 조정 선택을 운반하는 상기 제어 입력 상에서 수신된 신호에 의존하여 상기 적분항을 무효로 하는 것을 제공하는 제2 스위치 (63)를 포함한다.

상기 제2 스위치 (63)에 의해서 수신된, 상기 제어 입력 상의 신호가 전력 조정에 대응하는 값을 운반하면, 상기 제2 스위치 (63)의 출력단에서 값 0이 전송된다. 그렇지 않으면, 상기 곱셈기 (57)로부터의 값이 상기 제2 스위치 (63)의 출력단에서 전송된다. 이 로직은 상기 전력 제한 수단이 상기 온도 조정 수단에 이어질 때에 상기 적분항을 계산하는데 있어서 경제성을 제공한다.

상기 제2 비교기 (75)는 상기 제4 가산기 (73)를 경유하여 상기 온도 조정으로부터 수신된 값으로부터의 최소 값에 대응하는 상기 전기 가열 유닛용의 제어 신호 그리고 상기 접속 (76)을 경유하여 수신된 상기 전기 가열 유닛용 제어 신호에 대한 제한 값을 전송하는 것을 제공한다. 상기 온도 조정 수단으로부터의 값이 상기 전력 제한 수단으로부터의 값보다 더 작으면, 상기 전력 제한 수단으로부터 수신된 상기 전기 가열 유닛용 제어 신호를 제한하는 것은 그래서 상기 온도 조정 수단으로부터의 값에 의해서 자신의 순번에서 제한된다.

비교기 (80)는 상기 제4 가산기 (73)를 경유하여 상기 온도 조정으로부터 수신된 값 그리고 상기 접속 (76)을 경유하여 수신된 상기 전기 가열 유닛용 제어 신호에 대한 제한 값을 비교하여 상기 조정 선택 신호를 생성하는 것을 제공한다. 상기 접속 (76)을 경유하여 수신된 상기 전기 가열 유닛용의 상기 제어 신호에 대한 제한 값이 상기 제5 가산기 (73)를 경유하여 상기 온도 조정으로부터 수신된 값보다 작거나 또는 동일하면, 상기 조정 선택은 전력 조정에 대응하며, 그렇지 않다면 상기 조정 선택은 온도 조정에 대응한다.

도 4는 온도 조정 수단 (3)을 포함하며, 그 온도 조정 수단의 출력은 전력 제한 수단 (2)의 입력에 연결된다.

상기 온도 조정 수단 (3)은 제3 입력단 (7) 상으로 상기 온도 세트포인트를 그리고 제4 입력단 (8) 상으로 상기 온도 측정치를 수신한다. 제4 감산기 (50)는 상기 제3 입력단 (7)으로부터 수신된 신호에서 상기 제4 입력단 (8)으로부터 수신된 신호를 빼는 차이를 실행한다. 상기 제4 감산기 (50)는 자신의 출력단에서 참조번호 51의 접속에 연결된다. 제3 곱셈기 (52)는 자신의 입력단에서 참조번호 51의 접속에 연결되며 그리고 메모리 (52)에 저장된 PID 유형 비례 신호를 운반하는 참조번호 54의 접속에 연결된다. 상기 제3 곱셈기 (52)는 자신의 출력단에서 참조번호 55의 상기 접속에 연결된다.

제4 곱셈기 (57)는 자신의 입력단에서, 참조번호 51의 접속으로부터의 지선 (56)에, PID 유형 적분항을 포함하는 메모리 (58)로부터의 접속 (59)에, 그리고 TS 항을 포함하는 메모리 (60)로부터의 접속 (61)에 연결된다. 상기 제4 곱셈기 (57)는 자신의 입력단에서 참조번호 62의 접속에 연결된다.

제2 스위치 (63)는 자신의 제어 입력을 경유하여 참조번호 64의 접속에 연결되며, 제1 데이터 입력을 경유하여 참조번호 62의 접속에 연결되며, 그리고 제2 데이터 입력을 경유하여 값 0을 포함하는 메모리 (65)로부터의 접속 (66)에 연결된다. 상기 제2 스위치 (63)는 자신의 출력단에서 참조번호 67의 접속에 연결된다.

제3 가산기 (68)는 자신의 입력단에서, 참조번호 67의 접속에 의해서 운반된 신호를 그리고 참조번호 69에 의해서 운반된 신호를 수신한다. 상기 제3 가산기 (68)는 자신의 출력단에서 참조번호 70의 접속 상으로 신호를 전송한다. 참조번호 70의 접속으로부터의 지선 (71)은, 참조번호 69의 접속에 그 자체가 연결된 적분 수단 (72)에 연결된다. 상기 지선 (71), 상기 적분 수단 (72) 그리고 참조번호 69의 접속은 음의 피드백 루프를 형성한다.

자신의 출력단에서 참조번호 74의 접속에 연결된 제4 가산기 (73)는 참조번호 55 및 참조번호 70의 접속들로부터의 신호들을 자신의 입력단에서 수신한다.

제2 비교기 (75)는 자신의 입력단에서, 참조번호 74의 접속에 그리고 상기 전기 가열 유닛용의 제어 신호 제한을 운반하는 참조번호 76의 접속에 연결된다. 상기 제2 비교기 (75)는 상기 전기 가열 유닛용의 제어 신호를 상기 출력 (77)을 경유하여 전송한다.

제3 비교기 (80)는 자신의 입력단에서, 참조번호 78의 지선을 경유하여 참조번호 74의 접속에 그리고 참조번호 79의 지선을 경유하여 참조번호 76의 접속에 연결된다. 상기 제3 비교기 (80)는 자신의 출력단에서 참조번호 64의 접속에 연결된다.

상기 전력 제한 수단 (2)은 자신의 입력단에서, 상기 제1 입력 (4)을 경유하여 참조번호 77의 접속에 연결되며 그리고 상기 제2 입력 (4)에 연결된다. 상기 진력 제한 수단 (2)은 출력 (6)으로 연결된다. 상기 전력 제어 수단 (2)은 제3 감산기 (24)를 포함하며, 이 제3 감산기는 상기 제1 입력 (4)으로부터 수신된 신호와 상기 제2 입력 (5)으로부터 수신된 신호 사이의 차이를 참조번호 25의 접속을 경유하여 자신의 출력단에서 전송한다.

제1 곱셈기 (26)는 참조번호 25의 접속으로부터의 신호를 그리고 PID 유형 비례항을 포함하는 메모리 (27)로부터의 신호를 참조번호 28의 접속을 경유하여 자신의 입력단에서 수신한다. 이 제1 곱셈기 (26)는 자신의 출력단에서 참조번호 29의 접속을 경유하여 신호를 전송한다.

제2 곱셈기 (31)는 참조번호 25의 접속으로부터의 지선 (30)을 경유하여 상기 제3 감산기 (24)의 출력단에서 전송된 신호를 자신의 입력단에서 수신한다. 상기 제2 곱셈기는 메모리 (32)에 포함된 POD 유형 적분항을 참조번호 33의 접속을 경유하여, 그리고 메모리 (34)에 포함된 TS 항을 참조번호 35의 접속을 경유하여 또한 수신한다. 상기 제2 곱셈기 (31)는 자신의 출력단에서 참조번호 36의 접속을 경유하여 신호를 전송한다.

제1 가산기 (42)는 자신의 입력단에서, 참조번호 36의 접속에 의해서 운반된 신호 그리고 참조번호 43의 접속에 의해서 운반된 신호를 수신한다. 상기 제1 가산기 (42)는 자신의 출력단에서 참조번호 44의 접속 상으로 신호를 전송한다. 참조번호 44의 접속으로부터의 지선 (45)은, 참조번호 43의 접속에 그 자체가 연결된 적분 수단 (46)으로 연결된다. 상기 지선 (45), 상기 적분 수단 (46) 그리고 참조번호 43의 접속은 음의 피드백 루프를 형성한다.

자신의 출력단에서 참조번호 6의 접속으로 연결된 제2 가산기 (47)는 자신의 입력단에서 참조번호 29 및 44의 접속들로부터의 신호들을 수신한다.

상기 전력 제한 수단 (2)이 상기 온도 조정 수단 (3)의 출력단에 배치되기 때문에, 그 전력 제한 수단은 상기 온도 조정 수단 (3)의 출력을 제어한다. 그러므로 상기 적분항을 무효로 하기 위해서 제1 스위치 (37)에 도움을 청할 필요가 없으며, 이는 도 2에 도시된 상기 전력 제어 수단 (2)에서와는 같지 않다.

도 4에 도시된 제어 시스템은, 타임스케일 (timescale)들을 분리시킴으로써 두 개의 제어 루프들을 조율하는 것을 간략하게 하는 것은 물론이며 모든 전력 피크들을 제한하고, 전력 제어를 위한 빠른 루프 그리고 온도 제어를 위해 빠른 느린 루프에 의해서 상기 시스템을 안정시키는 이점을 나타낸다.

도 5는 도 2에 도시된 실시예의 변이를 보여준다.

도 5에 도시된 전력 제한 수단 (2)은 도 2에 도시된 전력 제한 수단 (2)에 대응한다. 그러므로, 상기 전력 제한 수단 (2)의 구조 및 동작은 설명을 간결하게 하기 위해서 여기에서는 다시 설명되지 않는다.

제어된 증폭기 (83)는 자신의 입력단에서, 참조번호 82의 지선을 경유하여 상기 제2 입력 (5)에 연결된다. 상기 증폭기 (83)는 자신의 출력단에서, 참조번호 84의 접속을 경유하여 매핑 유닛 (16)에 연결된다. 상기 매핑 유닛 (16)은 자신의 출력단에서, 참조번호 85의 접속을 경유하여 스위치 (86)의 스위치된 입력에 연결된다. 상기 스위치 (86)는 자신의 출력단에서 참조번호 86의 접속에 연결된다. 참조번호 87의 접속으로부터의 지선 (88)은 비교 수단 (89)의 입력에 연결된다. 상기 비교 수단 (89)은 자신의 입력단에서, 참조번호 90, 92 및 94의 접속들을 경유하여 메모리들 (91, 93, 95)에 서로 연결된다. 상기 비교 수단 (89)은 참조번호 96의 양방향 접속을 경유하여 재프로그램가능 메모리, 예를 들면, EEPROM 유형 메모리와 연결된다. 상기 비교 수단 (89)은 자신의 출력단에서, 참조번호 98의 접속을 경유하여 상기 증폭기 (83)의 제어 단자로 그리고 참조번호 99의 접속을 경유하여 상기 스위치 (86)의 제어 단자로 연결된다.

상기 비교 수단 (89)은 상기 출력 (87)을 경유하여 전송된 신호를, 대응하는 전력 값들과 함께 메모리들 (91, 93)에 저장된 두 개의 문턱값 값들과 비교한다. 상기 출력 (87)을 경유하여 전송된 상기 신호가 첫 번째 문턱값보다 더 크면, 상기 전기 가열 유닛은 상기 첫 번째 문턱값과 함께 저장된 전력 값과 같은 전력을 나타낸다고 가정된다. 상기 출력 (87)을 경유하여 전송된 상기 신호가 세 번째 메모리 (95)에 저장된 값보다 더 큰 기간을 통해서 두 번째 문턱값보다 더 크면, 상기 전기 가열 유닛은 상기 두 번째 문턱값과 함께 저장된 전력 값과 동일한 전력을 나타낸다고 가정된다.

두 경우들에서, 기억된 전력 값이 상기 재프로그램가능 메모리 (97) 저장된다.

상기 기억된 전력 값이 상기 첫 번째 문턱값과 함께 저장된 상기 전력에 대응하면, 1과 동일한 이득 값이 상기 제어된 이득 증폭기 (83)로 전송된다.

상기 기억된 전력 값이 상기 첫 번째 문턱값과 함께 저장된 상기 전력에 대응하면, 상기 첫 번째 문턱값을 상기 두 번째 문턱값으로 나눈 비율과 동일한 이득 값이 상기 제어된 이득 증폭기 (83)로 전송된다.

상기에서 설명된 비교 관계가 유효하기 위해서, 상기 첫 번째 문턱값은 상기 두 번째 문턱값보다 커야만 한다.

이득 값이 상기 비교 수단 (89)에 의해서 상기 증폭기 (83)로 전송될 때에, 상기 전력 제한 수단 (2)에서의 계산을 보존하기 위해서 참조번호 99의 접속에 의해서 상기 스위치 (86)로 로직 값이 전송된다. 상기 증폭기 (93)로 어떤 값도 전송되지 않으면, 상기 전력 제한 수단 (2)에 의해서 전송된 상기 값을 고려하기 위해서 상기 스위치 (86)로 다른 로직 값이 전송된다. 이는 상기 비교 수단 (89)이 신뢰성있는 비교를 수행하기 위해서 충분한 값을 가지고 있지 않을 때에 첫 번째의 몇몇 반복 동안에 보통 있는 경우이다.

그래서 상기 제어 시스템은 온도 조정 수단 그리고 소비된 전력 제한 수단의 덕분에 전기 가열 유닛의 전기 소모를 제한하는 것을 제공한다. 상기 제어 시스템은 상이한 전력 등급을 나타내는 가열 유닛들에 또한 적응될 수 있다.

Claims

전기 배터리에 연결된 적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 동력 전달 장치 (powertrain)가 장착된 자동차에 갖추어진 전기 가열 유닛을 위한 제어 시스템으로서,
상기 전기 가열 유닛은 열-전달 유체 회로를 포함하는 배터리에 의해서 전력을 공급받으며,
상기 제어 시스템은,
상기 전기 가열 유닛에 의해서 소비되는 전력을 제한하기 위한 전력 제한 수단 (2); 그리고
제어 신호를 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체의 온도 측정치의 그리고 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체용의 온도 세트포인트 (setpoint)의 함수로서 전송하기 위해서 협응하는 온도 조정 수단 (3)을 포함하며,
상기 전력 제한 수단 (2)은 상기 제어 신호를 제한하는 것을 상기 전기 가열 유닛의 전력 측정치의 그리고 상기 전기 가열 유닛용으로 인정된 전력 레벨의 함수로서 결정할 수 있으며,
상기 전력 제한 수단 (2)은 상기 제어 신호를 상기 전기 가열 유닛의 전력의 함수로서 매핑하는 매핑 유닛 (16)을 포함하며,
상기 전력 제한 수단 (2)은, 상기 매핑 유닛 (16)으로 전송되는 신호를 상기 전기 가열 유닛의 전력의 그리고 상기 매핑을 셋업하기 위해서 사용되는 전기 가열 유닛의 전력의 함수로서 수정할 수 있는 증폭기 (23)를 포함하고,
상기 전력 제한 수단은 PID 제어를 포함하며,
상기 시스템은 제어된 증폭기 (83) 및 비교 수단 (89)을 포함하고,
상기 비교 수단 (89)은 상기 전기 가열 유닛의 제어 신호 제한을 저장된 전력 문턱값과 비교하며, 그리고 그 비교의 결과에 따라 상기 PID 제어 및 상기 제어된 증폭기 (83)에 연결된 스위치 (86)의 스위칭 상태를 제어하며, 그럼으로써 상기 전기 가열 유닛을 제어하며 그리고 상기 제어된 증폭기 (85)의 이득 값이 결정 - 상기 제어된 증폭기 (83)는 상기 전기 가열 유닛용으로 인정된 전력에 따라 전기 가열 유닛의 제어 신호의 제한을 허용하도록 구성됨 - 되는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 온도 조정 수단 (3)은,
상기 제어 신호를 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체의 온도 측정치의, 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체용의 온도 세트포인트의, 그리고 상기 제어 신호 제한의 함수로서 결정할 수 있는, 제어 시스템.
제6항에 있어서,
상기 온도 조정 수단 (3)은 PID 제어를 포함하는, 제어 시스템.
제1항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 제한 수단 (2)은 상기 온도 조정 수단 (3)과 직렬로 연결된, 제어 시스템.
제1항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 제한 수단 (2)은 상기 온도 조정 수단 (3)과 병렬로 연결된, 제어 시스템.
전기 가열 유닛을 포함하는 자동차에 갖추어진 전기 가열 유닛을 위한 제어 방법으로서,
상기 전기 가열 유닛은 열-전달 유체 회로를 포함하며,
상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체의 온도 측정치의, 그리고 상기 전기 가열 유닛의 열-전달 유체의 온도 세트포인트의 함수로서 제어 신호가 동작되며,
상기 전기 가열 유닛의 전력 측정 결과 및 상기 전기 가열 유닛의 인정된 전력 레벨에 따라 상기 제어 신호의 제한이 결정되며,
제어 신호의 제한은 상기 제어 신호를 상기 전기 가열 유닛의 전력의 함수로서 매핑하는 매핑 유닛 (16)에 의해, 또는 전기 가열 유닛에 전송된 제어 신호의 제한을 저장된 전력 임계값과 비교한 결과에 기반하여 더 결정되며,
제어 신호의 제한은 PID를 계산함으로써 또는 상기 전기 가열 유닛용으로 인정된 전력 및 비교 결과에 종속하는 이득을 계산함으로써 더 결정되는, 제어 방법.
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