KR102009079B1 - 차량용 보조 히터 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량에 설치되는 메인 히터 장치가 가동되기 전에 1차적으로 유입되는 공기를 효율적으로 가열하여 차량 내의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있는 차량용 보조 히터 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치는, 차량 실내로 가열된 공기를 제공하기 위한 메인 히터에 가열 공기를 공급하는 차량용 보조 히터 장치에 있어서, 상기 차량 실내 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 차량 외부에서 유입된 공기가 상기 메인 히터에 도달하기 전에 가열되도록 상기 메인 히터 전단에 설치되는 공기 가열 수단; 상기 공기 가열 수단에서 열이 발생하도록 하는 인덕션 코일 모듈; 상기 온도 센서의 측정값에 따라 상기 인덕션 코일 모듈의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 공진형 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해, 차량 내에서 제한된 전력을 효율적으로 활용하여 차량의 실내 공기를 효과적으로 상승시킬 수 있다.

Description

차량용 보조 히터 장치{Auxiliary Heater Apparatus In A Car}
본 발명은 차량용 보조 히터 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 차량에 설치되는 메인 히터 장치가 가동되기 전에 1차적으로 유입되는 공기를 효율적으로 가열하여 차량 내의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있는 차량용 보조 히터 장치에 관한 것이다.
일반적인 차량의 난방 과정은 시동 후 엔진 연소열에 의해 엔진 온도가 올라가고 이 엔진열을 식혀주기 위한 냉각수가 들어가게 된다. 그리고 이 냉각수가 엔진 블럭을 순환 하면서 엔진 온도를 냉각시켜 주게 되고 열교환을 통해 냉각수 온도는 올라가게 된다. 온도가 올라간 상태의 냉각수는 라디에이터가 팬을 돌려 대기 중의 공기로 다시 식혀주게 되면서 결국 해당 공기의 온도는 올라가게 되며 이러한 과정이 반복적으로 일어나면서 차량 내에 따뜻한 공기가 유입되면서 난방이 이루어질 수 있다.
즉, 차량 내 난방은 이 냉각수 라인들 중 일부를 가져와서 메인히터 코어에 넣어주게 되고, 이 히터코어에 공조기 팬을 돌려 대기 중의 공기를 불어 넣어주게 되면 냉각수 온도에 의해 데워진 따뜻한 공기가 실내로 유입되며, 바람이 메인히터 코어에 들어온 냉각수들을 지나치면서 공기 온도가 올라가 따듯한 바람이 차량 실내에 유입된다.
또한, 차량 이용에 있어서, 동절기에는 차량 이용자가 편안함을 느끼기 부족할 정도로 차량 내부의 온도가 내려가게 되는 경우가 빈번하게 발생하는데, 이런 경우 차량 내에 설치된 히터 장치를 가동함으로써 차량 내에 온도를 상승시킬 수 있다.
그러나 상기 차량 내에 설치된 히터 장치의 경우 일반적으로 차량 엔진이 예열된 상태에서만 따뜻한 공기를 제공할 수 있어서 엔진 예열까지 일정 시간이 소요된다는 점에서 문제점이 있다.
특히 가솔린 연료를 이용하는 차량의 경우에는 차량 엔진 예열이 빠른 반면, 디젤 연료를 이용하는 차량의 경우에는 그 특성상 차량 엔진 예열이 느린 측면이 있다. 이렇게 디젤 연료가 적용되는 엔진이 장착된 차량에 설치되는 히터 장치는 엔진 예열 시간이 필수적으로 요구된다는 점에서 실내 공기 온도를 일정 수준으로 올리기 위해서는 한계점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 보통 디젤 엔진 차량에는 보조 히터 장치를 구비하고 있는데, 대표적인 보조 히터 장치 방식으로 PTC(Positive Temperature Coefficient) 방식이 있다.
PTC 히터는, 메인 히터 코어 뒤쪽에 추가로 전기 가열 장치를 설치하여 메인 히터 측으로 공기가 유입되기 전에 이 공기를 전기 가열 장치로 1차로 히팅해주는 공기 보조 가열 장치이다.
PTC 히터가 디젤 차량에 적용됨에 따라 안정적인 온도 유지 및 초기 시동 시에도 따뜻한 공기를 차내로 빨리 불어 넣어줄 수 있게 되었다. 즉 PTC 히터는 차량 내로 유입되는 공기의 온도를 상승시켜 차량의 난방 성능을 보완해 주기 위한 보조 히터 장치에 해당한다.
차량에 PTC 히터를 적용한 종래기술로 한국공개특허공보 제2006-0093401호의 '디젤차량의 PTC 히터 제어방법'발명은, PTC 히터를 ECU가 제어함에 있어서 외기온 센서 및 워터 센서의 존재를 별도로 요구하지 않는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 종래기술은 PTC 히터를 안정적으로 제어하기 위한 기술에 해당된다.
다만, 상기 PTC 히터가 적용된 종래기술은 비교적 고전압이 필요로 하는 전기히터 방식을 채택하여 전압이 제한된 차량 환경에 적합하지 않고(특히 전기 자동차의 경우), 전력 손실도 많이 발생하여 전반적으로 안정성 및 전력 측면에서 비효율적인 문제점이 있다.
이러한 상황에서 상기 PTC 히터 방식의 보조 히터 장치를 효과적으로 보완하거나 대체할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다 할 것이다.
한국공개특허공보 제2006-0093401호(2006.08.25 공개)
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 차량에 설치되는 메인 히터 장치가 가동되기 전에 1차적으로 유입되는 공기를 효율적으로 가열하여 차량 내의 온도를 효과적으로 상승시킬 수 있는 차량용 보조 히터 장치를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치는, 차량 실내로 가열된 공기를 제공하기 위한 메인 히터에 가열 공기를 공급하는 차량용 보조 히터 장치에 있어서, 상기 차량 실내 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 차량 외부에서 유입된 공기가 상기 메인 히터에 도달하기 전에 가열되도록 상기 메인 히터 전단에 설치되는 공기 가열 수단; 상기 공기 가열 수단에서 열이 발생하도록 하는 인덕션 코일 모듈; 상기 온도 센서의 측정값에 따라 상기 인덕션 코일 모듈의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 공진형 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인덕션 코일 모듈의 인덕션 코일부는, 상기 차량 외부에서 유입되는 공기가 통과하는 통로 상에 설치되는 상기 공기 가열 수단에 접촉하여 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기 가열 수단의 일 측면에는, 상기 인덕션 코일부의 패턴에 대응하는 소정의 패턴 구조가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기 가열 수단은, 중앙에 빈 공간을 가지고 상기 중앙을 감싸는 형상으로 이루어지며, 상기 중앙의 빈 공간을 상기 외부에서 유입되는 공기가 통과하면서 가열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기 가열 수단의 전단에 설치되어 외부에서 유입되는 공기가 통과하면서 가열되도록 하는 예비 가열 수단을 포함하고, 상기 예비 가열 수단은, 하나 이상의 바(bar) 형상의 가열 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기 가열 수단은, 외부에서 유입되는 공기가 들어오는 입구보다 상기 메인 히터 측으로 공기를 배출하는 출구의 단면적이 작은 벤추리관 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공진형 DC/DC 컨버터는, 펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation) 듀티(duty) 제어기와 공진주파수 추적 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공진형 DC/DC 컨버터는, 컴퍼레이터(comparator)를 더 포함하고, 상기 컴퍼레이터는, 상기 펄스 폭 변조 듀티 제어기의 출력값과 상기 공진주파수 추적 제어기의 출력값을 비교하여 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인덕션 코일 모듈은, 상기 인덕션 코일부의 동작을 위해 병렬로 연결되는 제1 트랜지스터 스위치부 및 제2 트랜지스터 스위치부를 포함하고,상기 제1 트랜지스터 스위치부 및 제2 트랜지스터 스위치부는, 상기 제어신호에 따라 각각 온/오프되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인덕션 코일 모듈은, 상기 인덕션 코일부와 병렬로 연결되는 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함하고, 상기 펄스 폭 변조 듀티 제어기와 공진주파수 추적 제어기는, 상기 제1 커패시터 또는 제2 커패시터에 형성되는 전압을 입력으로 하여 상기 컴퍼레이터로의 입력값을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량 내에서 제한된 전력을 효율적으로 활용하여 차량의 실내 공기를 효과적으로 상승시킬 수 있다.
또한, 인덕션 코일이 공기 통로에 형성되는 공기 가열 수단에 접촉하도록 하여 공기 가열 수단이 열을 효과적 발생시킬 수 있도록 할 수 있다.
또한, 공기 가열 수단에서 발생되는 열의 양을 안정적으로 제어할 수 있어서 차량 전체의 안정성을 보장할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치를 이루는 구성 중 인덕션 코일 모듈을 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치 구성 중 제어부를 이루는 공진형 DC/DC 컨버터를 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 작동 과정을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치 구성 중 공진형 DC/DC 컨버터를 이루는 펄스 폭 변조 듀티 제어기와 공진주파수 추적 제어기의 제어 과정을 도시한 순서도이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치에 관하여 첨부된 도면을 기초로 상세하게 설명하면서 구체적인 실시예를 함께 살펴본다.
먼저 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 전체 구성에 대해 도 1을 기초로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치는 크게 메인 히터 장치(41), 공기 가열 수단(50)의 동결을 방지하기 위한 인덕션 코일 모듈(100) 및 제어부로 이루어진다.
메인 히터 장치(41)는 디젤 엔진에서 발생하는 열을 이용하여 차량 내부에 유입되는 공기의 온도를 상승시키는 기능을 수행한다.
또한, 차량의 실내 온도를 측정하는 온도 센서(60)가 구비될 수 있는데, 도 1에서와 같이 차량 실내의 일 측에 설치될 수 있다. 이러한 온도 센서(60)를 통해 측정한 차량 실내의 온도값은 제어부로 전송되어 차량 실내에 대한 온도 제어의 기초 정보가 된다.
또한, 인덕션 코일 모듈(100)은 공기 가열 수단(50)이 열을 발생할 수 있도록 소정의 전자기장을 형성하여 공기 가열 수단(50)이 차량 실내로 유입되는 공기를 가열하도록 하고 이를 통해 최종적으로 차량 내부의 온도가 상승할 수 있도록 구비될 수 있다.
또한, 인덕션 코일 모듈(100)의 공기 가열 수단(50)의 일 측면에 접촉하여 설치될 수 있는데, 바람직하게는 공기 가열 수단(50)의 하부면에 접촉하여 설치될 수 있다.
또한, 인덕션 코일부는, 도 1에 도시된 바와 같이, 구체적으로 공기 가열 수단(50)의 하부면 중에서 중앙부에 접촉하여 설치될 수 있다. 이는 공기 가열 수단(50)의 하부에 열이 발생하면 열이 상부로 이동하게 되고 이에 따라 공기 가열 수단(50)을 통과하는 공기를 효과적으로 가열하기 위함이다.
또한, 공기 가열 수단(50)는 도 1에 도시된 바와 같이 인덕션 코일부와 접하는 부분에 인덕션 코일부의 패턴에 상응하는 소정의 패턴이 형성될 수 있는데, 이는 인덕션 코일부에서 유도된 자기장에 의해 공기 가열 수단(50)에서 효과적으로 와전류(eddy current)가 형성되고 이를 통해 열이 발생할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 공기 가열 수단(50)에서 인덕션 코일부와 접하는 부분은 인덕션 코일부에 형성된 패턴과 대응하는 소정의 패턴이 형성되는 것이 바람직하며, 이를 통해 인덕션 코일에 적은 전력이 제공되어도 공기 가열 수단(50)에서는 높은 열이 발생할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 공기 가열 수단(50)는 인덕션 코일부에서 생성되는 자기장을 통해 발생하는 와전류가 효과적으로 유지되도록 하기 위해 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 구성에 대해 도 2를 기초로 설명한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 공기 가열 수단(50)의 전단(실외에서 외부 공기가 들어오는 방향)에는 예비적으로 공기를 가열하기 위해 예비 가열 수단(70)이 구비될 수 있다. 이는 보다 효과적이고 효율적으로 유입 공기를 가열하여 차량의 실내에 제공하기 위함이다.
또한, 예비 가열 수단(70)은 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 공기가 흐르는 경로 상에 공기와의 접촉이 극대화되도록 바(bar) 형상의 가열 유닛(71)이 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 외부에서 유입되는 공기가 흐르는 방향과 소정의 각도를 이루거나 수직이 되도록, 가열 유닛(71)이 하나 이상 형성될 수 있다.
또한, 가열 유닛(71)은 공기 흐름 통로의 상하에 설치되는 베이스 면에 수직이고 공기 흐름 통로의 중심 방향으로 서로 마주 보며 형성될 수 있다. 이렇게 가열 유닛(71)이 공기 흐름 통로 상에 설치됨으로 인해서 공기 가열 수단(50)으로 유입되는 공기를 예비적으로 가열한 상태로 만들 수 있어서, 보다 효과적으로 차량 실내의 온도를 상승시킬 수 있다.
또한, 예비 가열 수단(70)에 제공되는 전력은 다양하게 적용될 수 있는데, 바람직하게는 차량에 구비되는 배터리를 주 전력으로 하여 예비 가열 수단(70)이 외부로부터 유입되는 공기를 예비적으로 가열할 수 있다.
다음으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 구성에 대해 도 3을 기초로 설명한다. 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치는, 도 1 또는 도 2에 도시된 공기 가열 수단(50)과 다른 형상을 갖는다. 즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 공기 가열 수단(50)은 벤추리관 타입으로 이루어질 수 있다. 벤추리관은 입구의 직경보다 출구의 직경이 작게 형성된 관의 형상을 말하는 것으로, 공기 가열 수단(50)의 형상을 벤추리관 타입으로 형성함에 따라, 외부로부터 유입되는 공기를 공기 가열 수단(50) 내에서 정체시켜 공기 가열 수단(50)에서 공기를 가열해주는 시간을 증가시킬 수 있어서 전체적으로 차량 실내로 흐르는 공기의 온도를 더 높게 해줄 수 있다.
이상에서 도 2 내지 도 3를 통해 살펴본 본 발명의 실시예들은 도 1의 실시예에 비해, 차량 히터 장치 전체에서 소비되는 전력을 최소화 시킬 수 있는 구조에 대한 것으로 짧은 시간 내에 보다 효과적으로 차량 내부의 온도를 상승시킬 수 있는 효과를 달성할 수 있다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 인덕션 코일 모듈에 대해 보다 상세하게 살펴본다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치를 이루는 구성 중 인덕션 코일 모듈을 도시한 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인덕션 코일 모듈(100)은 크게 전원부(110), 인덕션 코일부(130) 및 기타 회로 구성으로 이루어진다.
전원부(110)는 차량에 구비되는 배터리로 실시될 수 있으며 도 4에 도시된 바와 같이 일 실시예로 24V 배터리가 될 수 있다. 이러한 전원부(110)의 전원을 통해 기타 회로 구성에 포함되는 스위치(151, 152) 및 인덕션 코일부(130)가 동작할 수 있다.
또한, 인덕션 코일부(130)는 전원부(110)의 전원을 통해 소정의 자기장을 형성하는 부분으로, 이렇게 형성된 자기장을 통해 공기 가열 수단(50)에 와전류가 형성되도록 할 수 있고 결국 공기 가열 수단(50)에서는 와전류를 통해 열이 발생할 수 있고 이를 통해 차량 실내로 유입되는 공기를 가열할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 기타 회로 구성에 포함되는 스위치부(151, 152)는 제어부의 제어신호에 따라 각각 온/오프될 수 있고, 이러한 온/오프 동작에 따라 인덕션 코일부(130)가 동작할 수 있다. 또한, 스위치부는 효율적인 스위칭 동작을 위해 트랜지스터로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 트랜지스터 스위치부(151)와 제2 트랜지스터 스위치부(152) 각각은 게이트(GATE)에 인가되는 신호에 따라 온 또는 오프될 수 있다.
또한, 스위치부(151, 152)는 도 4에 도시된 바와 같이 인덕션 코일부(130)와 병렬로 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 기타 회로 구성에 포함되는 커패시터부는 도 4에 도시된 바와 같이 인덕션 코일부(130)와 병렬로 연결될 수 있고, 두 개의 커패시터(171, 172)로 구성될 수 있다. 즉, 제1 커패시터(171)와 제2 커패시터(172)의 배치를 통해 제어부에 소정의 피드백 신호(전압값)를 보낼 수 있고, 이러한 피드백 신호를 기초로 제어부는 공진형 DC/DC 컨버터를 포함하여 제1 트랜지스터 스위치부 및 제2 트랜지스터 스위치부의 온/오프 동작을 제어한다. 그리고, 이러한 제1 트랜지스터 스위치부 및 제2 트랜지스터 스위치부의 온/오프 동작을 통해 인덕션 코일부(130)가 소비 전력 측면 및 회로의 안정성 측면에서 유리한 자기장을 형성할 수 있다. 이러한 스위칭 동작에 대해서는 도 5 내지 도 7를 기초로 이하에서 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치 구성 중 제어부를 이루는 공진형 DC/DC 컨버터를 도시한 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제어부는 공진형 DC/DC 컨버터(200)를 포함할 수 있다. 또한, 공진형 DC/DC 컨버터(200)는 펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation) 듀티(duty) 제어기(230), 공진주파수 추적 제어기 및 컴퍼레이터(comparator, 290)를 포함할 수 있다.
여기서 펄스 폭 변조 듀티 제어기(230)는 제1 트랜지스터 스위치부(151) 및 제2 트랜지스터 스위치부(152)의 작동 효율을 향상시키기 위해 제1 제어 신호를 발생시킨다. 구체적으로 제1 트랜지스터 스위치부(151) 및 제2 트랜지스터 스위치부(152)의 스위칭 동작 과정에서 낭비될 수 있는 전력량이 최소가 되도록 스위칭 동작을 위한 제1 제어 신호를 발생시킨다.
또한, 공진주파수 추적 제어기(260)는 공진형 DC/DC 컨버터(200)의 스위칭 동작 제어 신호가 안정적으로 이루어질 수 있도록 제2 제어 신호를 발생시킨다. 구체적으로 공진주파수 추적 제어기(260)는 공진 상태의 주파수를 추적하고 이러한 주파수를 이용하여 제어가 이루어질 수 있도록 제2 제어 신호를 생성한다.
또한, 컴퍼레이터(290)는 펄스 폭 변조 듀티 제어기(230)에서 생성되는 출력값(제1 제어 신호)와 공진주파수 추적 제어기(260)에서 생성되는 출력값(제2 제어 신호)을 비교하여 제1 트랜지스터 스위치부(151) 및 제2 트랜지스터 스위치부(152)의 스위칭 동작을 위한 제어신호를 생성한다. 또한, 컴퍼레이터(290)는 구체적으로 비교기 또는 OP Amp 형태로 실시될 수 있다.
또한, 펄스 폭 변조 듀티 제어기(230)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 커패시터(171) 또는 제2 커패시터(173) 양단에 형성된 전압값(Vout)을 기초로 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 그리고 공진주파수 추적 제어기(260)도 상기 전압값(Vout) 및 기준 전압값(Vout_REF))을 기초로 제2 제어 신호를 생성한다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 전체적인 동작 과정에 대해 도 6를 기초로 이하에서 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치의 작동 과정을 도시한 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치는 먼저 온도 센서를 통해 차량 실내 온도를 측정한다(S501). 그리고 측정한 온도가 소정의 기준 온도 이하인지를 판단한다(S502). 여기서 소정의 기준 온도는 차량 실내에서 운전자 등이 추위를 느낄 수 있는 소정의 온도값이 될 수 있다. 만약 기준 온도 이하가 아닌 경우에는 아직 차량 내의 운전자 등이 추위를 느끼지 않는 상태이므로 계속적인 온도 측정이 이루어질 수 있도록 한다(S501로 복귀).
만약 기준 온도 이하인 경우에는, 공기 가열 수단(50)을 인덕션 코일 모듈로 가열한다(S503). 즉 차량 내에 있는 운전자 등의 불편을 해소하기 위해 가열 과정으로 들어간다. 그런 후에 인덕션 코일 모듈을 구성하는 제1 커패시터 또는 제2 커패시터의 출력 전압(Vout)을 측정한다(S504). 이러한 출력 전압은 효율적인 인덕션 코일 모듈 제어를 위해 제어부로 피드백되는 기초 신호에 해당한다.
출력 전압(Vout)을 기초로 펄스 폭 변조 듀티 제어기 및 공진주파수 추적 제어기가 각각 제어 신호를 생성하도록 한다(S505). 이렇게 생성된 제어 신호에 따라 제1 트랜지스터 스위치부 및 제2 트랜지스터 스위치부의 온/오프 동작을 제어한다(S506). 마지막으로 상기 스위치 동작에 따라 인덕션 코일 모듈을 작동시킨다(S507). 그리고 이러한 인덕션 코일 모듈 작동 과정과 함께 계속적인 차량 내부 온도 체크 과정을 수행한다(S502로 복귀).
마지막으로 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치 구성 중 공진형 DC/DC 컨버터를 이루는 펄스 폭 변조 듀티 제어기와 공진주파수 추적 제어기의 제어 과정에 대해 도 7을 기초로 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치 구성 중 공진형 DC/DC 컨버터를 이루는 펄스 폭 변조 듀티 제어기와 공진주파수 추적 제어기의 제어 과정을 도시한 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 공진형 DC/DC 컨버터는 소정의 기준 전압값(Vout_REF), 주파수 범위(frequency range) 및 듀티 범위(duty range)를 정하고, 공진 전류(resonant current)를 측정한 후 두 파트(part)로 나누어 제어를 수행한다.
즉, 공진 전류가 측정된 경우에는 Normal Operation Mode를 수행하고, 공진 전류가 측정되지 않는 경우에는 No Load & Light Load Operation Mode를 수행한다. 각각의 Mode에서 듀티 제어 및 주파수 제어를 수행한 후에는 다시 공진 전류가 센싱되는지 판단하는 과정으로 복귀하여 상기 과정을 반복하게 된다.
이러한 과정을 통해 공진형 DC/DC 컨버터는 펄스 폭 변조 듀티 제어기와 공진주파수 추적 제어기를 통해, 1차적으로는 트랜지스터 스위치부의 스위칭 동작이 전력 소비가 최소인 상태에서 이루어질 수 있도록 할 수 있고, 2차적으로는 안정적으로 인덕션 코일에서 자기장이 형성되도록 할 수 있어서, 전체적으로 공기 가열 수단(50)에 효율적이면서도 안정적인 열이 발생하도록 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 따른 차량용 보조 히터 장치에 관하여 구체적인 실시예들을 들면서 설명하였다. 그러나 위에서 살펴 본 실시예들의 범위로만 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 다소간의 수정 및 변형이 가능 할 것이다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이 건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다 할 것이다.
41 : 메인 히터 장치 50 : 공기 가열 수단
60 : 온도 센서 70 : 예비 가열 수단
71 : 가열 유닛 100 : 인덕션 코일 모듈
110 : 전원부 130 : 인덕션 코일부
151 : 제1 트랜지스터 스위치부 152 : 제2 트랜지스터 스위치부
171 : 제1 커패시터 172 : 제2 커패시터
200 : DC/DC 컨버터 230 : 펄스 폭 변조 듀티 제어기
260 : 공진주파수 추적 제어기 290 : 컴퍼레이터

Claims (10)

  1. 차량 실내로 가열된 공기를 제공하기 위한 메인 히터에 가열 공기를 공급하는 차량용 보조 히터 장치에 있어서,
    상기 차량 실내 온도를 측정하는 온도 센서;
    상기 차량 외부에서 유입된 공기가 상기 메인 히터에 도달하기 전에 가열되도록 상기 메인 히터 전단에 설치되는 공기 가열 수단;
    상기 공기 가열 수단에서 열이 발생하도록 하는 인덕션 코일 모듈;
    상기 온도 센서의 측정값에 따라 상기 인덕션 코일 모듈의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 공진형 DC/DC 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 인덕션 코일 모듈의 인덕션 코일부는, 상기 차량 외부에서 유입되는 공기가 통과하는 통로 상에 설치되는 상기 공기 가열 수단에 접촉하여 설치되는 것을 특징으로 하고,
    상기 공기 가열 수단의 일 측면에는, 상기 인덕션 코일부의 패턴에 대응하는 소정의 패턴 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 보조 히터 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 가열 수단은, 중앙에 빈 공간을 가지고 상기 중앙을 감싸는 형상으로 이루어지며,
    상기 중앙의 빈 공간을 상기 외부에서 유입되는 공기가 통과하면서 가열되는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 히터 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 가열 수단의 전단에 설치되어 외부에서 유입되는 공기가 통과하면서 가열되도록 하는 예비 가열 수단을 포함하고,
    상기 예비 가열 수단은, 하나 이상의 바(bar) 형상의 가열 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 히터 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 공기 가열 수단은, 외부에서 유입되는 공기가 들어오는 입구보다 상기 메인 히터 측으로 공기를 배출하는 출구의 단면적이 작은 벤추리관 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 히터 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진형 DC/DC 컨버터는,
    펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation) 듀티(duty) 제어기와 공진주파수 추적 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 히터 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공진형 DC/DC 컨버터는, 컴퍼레이터(comparator)를 더 포함하고,
    상기 컴퍼레이터는, 상기 펄스 폭 변조 듀티 제어기의 출력값과 상기 공진주파수 추적 제어기의 출력값을 비교하여 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 히터 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 인덕션 코일 모듈은, 상기 인덕션 코일부의 동작을 위해 병렬로 연결되는 제1 트랜지스터 스위치부 및 제2 트랜지스터 스위치부를 포함하고,
    상기 제1 트랜지스터 스위치부 및 제2 트랜지스터 스위치부는, 상기 제어신호에 따라 각각 온/오프되는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 히터 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 인덕션 코일 모듈은, 상기 인덕션 코일부와 병렬로 연결되는 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함하고,
    상기 펄스 폭 변조 듀티 제어기와 공진주파수 추적 제어기는, 상기 제1 커패시터 또는 제2 커패시터에 형성되는 전압을 입력으로 하여 상기 컴퍼레이터로의 입력값을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 히터 장치.



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