KR102371082B1 - Heat pump system for vehicle and control method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 히트펌프 시스템의 필요 난방부하를 연산하는 단계 및 상기 필요 난방부하를 연산하는 단계에 의해 연산된 필요 난방부하에 따라 2단 압축기 중 제1 압축기 또는 제2 압축기의 기동을 제어하는 단계를 포함하는 자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법 및 그 시스템으로서, 본 발명에 의하면, PTC 작동을 최소화하고 압축기를 효율적으로 제어함으로써 난방성능의 최적화 및 히트펌프 시스템의 효율을 높일 수 있다.The present invention comprises the steps of calculating the required heating load of the heat pump system and controlling the starting of the first compressor or the second compressor among the two-stage compressors according to the required heating load calculated by the step of calculating the required heating load. As a method for controlling a heat pump system for an automobile and a system thereof, according to the present invention, it is possible to optimize the heating performance and increase the efficiency of the heat pump system by minimizing the PTC operation and efficiently controlling the compressor.
Description
본 발명은 자동차에 적용되는 공조 시스템으로서 히트펌프 시스템과 그것을 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump system as an air conditioning system applied to a vehicle and a method for controlling the same.
자동차는 실내의 냉방과 난방을 위한 공조 시스템으로 하나의 냉매 사이클을 이용하여 냉매의 유동 방향을 전환함으로써 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있다.As an air conditioning system for indoor cooling and heating, a heat pump system that can selectively perform cooling and heating by changing the flow direction of a refrigerant using one refrigerant cycle is applied.
이는 2개의 열교환기(공조 케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내기와, 공조 케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외기)와, 냉매의 유동 방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브(2-way, 3-way)를 구비하여, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동 방향에 따라 냉방모드가 가동될 경우에는 실내기가 냉방용 열교환기의 역할을 하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 실내기가 난방용 열교환기의 역할을 하게 된다.This includes two heat exchangers (an indoor unit installed inside the air conditioning case to exchange heat with air blown into the vehicle interior, and an outdoor unit to exchange heat outside the air conditioning case), and a directional control valve (2) capable of switching the flow direction of the refrigerant. -way, 3-way), when the cooling mode is operated according to the flow direction of the refrigerant by the directional control valve, the indoor unit plays the role of a cooling heat exchanger, and when the heating mode is operated, the indoor unit It acts as a heat exchanger for heating.
보다 구체적으로는, 냉매가 압축기에 의해 압축 토출되고, 압축기로부터 토출되는 냉매가 실내기에 의해 방열되며, 실내기를 통과한 냉매가 오리피스를 거쳐서 실외기에서 열교환되고, 실외기를 통과한 냉매가 증발기에서 증발되며, 증발기를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터에 의해 기상과 액상의 냉매로 분리된다.More specifically, the refrigerant is compressed and discharged by the compressor, the refrigerant discharged from the compressor is radiated by the indoor unit, the refrigerant that has passed through the indoor unit is heat-exchanged in the outdoor unit through the orifice, and the refrigerant that has passed through the outdoor unit is evaporated in the evaporator. , the refrigerant passing through the evaporator is separated into a gaseous and liquid refrigerant by an accumulator.
여기서, 증발기로 공급되는 냉매는 선택적으로 팽창밸브를 통과하게 된다.Here, the refrigerant supplied to the evaporator selectively passes through the expansion valve.
그래서, 난방모드가 가동되는 경우, 압축기로부터 토출되는 냉매는 실내기, 오리피스, 실외기, 어큐뮬레이터를 차례로 거쳐 압축기로 복귀하게 되므로, 실내기는 난방기의 역할을 하게 되고, 실외기는 증발기의 역할을 하게 된다.Therefore, when the heating mode is operated, the refrigerant discharged from the compressor is returned to the compressor through the indoor unit, the orifice, the outdoor unit, and the accumulator in order, so that the indoor unit functions as a heater and the outdoor unit functions as an evaporator.
그리고, 이러한 히트펌프 시스템과 함께 고전압 PTC 히터가 구성된다.And, a high voltage PTC heater is configured together with such a heat pump system.
PTC 히터(Positive Temperature Coefficient heater)는 특정 온도 이상에서 급격한 저항 값이 증가를 나타내는 저항체에 전기를 통하여 발열시키면 자신의 저항치가 증가, 전류를 제한하여 외기의 온도나 전원 전압의 변동에도 불구하고 그 온도를 거의 일정하게 유지시키는 전기발열체 소자이다.When a PTC heater (Positive Temperature Coefficient heater) generates heat through electricity through a resistor that shows a sudden increase in resistance above a certain temperature, its resistance value increases and the current is limited, so that its temperature is It is an electric heating element element that maintains almost constant.
이러한 하나의 압축기와 고전압 PTC 히터로 구성되는 시스템은 도 1에서 참조되는 바와 같이, 히트펌프의 난방 용량이 부족한 극저온 영역에서는 고전압 PTC를 사용하게 되므로, COP(Coefficient of Performance)가 좋지 못하고 소모동력에 불리할 수밖에 없다.As shown in FIG. 1, a system composed of one compressor and a high voltage PTC heater uses a high voltage PTC in the cryogenic region where the heating capacity of the heat pump is insufficient, so the COP (Coefficient of Performance) is not good and the power consumption is not good. it's bound to be embarrassing
또한, 소모동력의 불리함은 전기차의 경우 주행거리에 영향을 미치게 된다.In addition, the disadvantage of power consumption affects the mileage of the electric vehicle.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.Matters described in the above background art are intended to help the understanding of the background of the invention, and may include matters that are not already known to those of ordinary skill in the art to which this technology belongs.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 PTC 작동을 최소화하고 압축기를 효율적으로 제어함으로써 난방성능의 최적화 및 히트펌프 시스템의 효율을 높일 수 있는 자동차용 히트펌프 시스템 및 그것의 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the present invention is a heat pump system for an automobile capable of optimizing heating performance and increasing the efficiency of the heat pump system by minimizing the PTC operation and efficiently controlling the compressor, and its control The purpose is to provide a method.
본 발명의 일 관점에 의한 자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법은, 히트펌프 시스템의 필요 난방부하를 연산하는 단계 및 상기 필요 난방부하를 연산하는 단계에 의해 연산된 필요 난방부하에 따라 2단 압축기 중 제1 압축기 또는 제2 압축기의 기동을 제어하는 단계를 포함한다.In a control method of a heat pump system for a vehicle according to an aspect of the present invention, one of the two-stage compressors according to the required heating load calculated by calculating the required heating load of the heat pump system and calculating the required heating load and controlling the starting of the first compressor or the second compressor.
상기 제1 압축기 또는 제2 압축기의 기동을 제어하는 단계는, 상기 필요 난방부하를 상기 제1 압축기의 난방용량과 비교하는 단계를 포함하여, 상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크면 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키고, 상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크지 않으면 상기 제1 압축기만 기동시키는 것을 특징으로 한다.The step of controlling the starting of the first compressor or the second compressor includes comparing the required heating load with a heating capacity of the first compressor, and when the required heating load is greater than the heating capacity of the first compressor, The first compressor and the second compressor are started, and if the required heating load is not greater than the heating capacity of the first compressor, only the first compressor is started.
그리고, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키는 경우, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 RPM을 피드백(F/back) 제어하고, 상기 필요 난방부하를 상기 제2 압축기의 난방용량과 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.And, when the first compressor and the second compressor are started, feedback (F/back) control of the RPM of the first compressor and the second compressor is performed, and the required heating load is compared with the heating capacity of the second compressor. It may further include the step of
또한, 상기 필요 난방부하를 상기 제2 압축기의 난방용량과 비교하는 단계에 의해 상기 필요 난방부하가 상기 제2 압축기의 난방용량보다 큰 경우, PTC 히터를 기동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, when the required heating load is greater than the heating capacity of the second compressor by comparing the required heating load with the heating capacity of the second compressor, the PTC heater is activated.
한편, 상기 제1 압축기만 기동시키는 경우, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 COP(Coefficient of Performance)를 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, when only the first compressor is started, the method may further include comparing the coefficient of performance (COP) of the first compressor and the second compressor.
그리고, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 COP를 비교하는 단계에 의해 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크면 상기 제1 압축기 RPM을 피드백(F/back) 제어하고, 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크지 않으면 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키는 것을 특징으로 한다.And, if the COP of the first compressor is greater than the COP of the second compressor by comparing the COP of the first compressor and the second compressor, feedback (F/back) control of the RPM of the first compressor, If the COP of the first compressor is not greater than the COP of the second compressor, the first compressor and the second compressor are started.
앞선 상기 필요 난방부하를 연산하는 단계는 자동차 실내의 목표 토출온도를 연산하는 단계에 의해 연산되는 목표 토출온도를 바탕으로 연산하는 것을 특징으로 한다.The step of calculating the required heating load is characterized in that it is calculated based on the target discharge temperature calculated by the step of calculating the target discharge temperature of the interior of the vehicle.
그리고, 상기 목표 토출온도를 연산하는 단계는 자동차 실내의 공조부하를 연산하는 단계에 의해 연산되는 공조부하를 바탕으로 연산하는 것을 특징으로 한다.And, the step of calculating the target discharge temperature is characterized in that it is calculated based on the air conditioning load calculated by the step of calculating the air conditioning load inside the vehicle.
또한, 상기 공조부하는 자동차의 외기온, 실내온, 차속 및 일사를 기초로 산출되는 것을 특징으로 한다.In addition, the air conditioning load is characterized in that it is calculated based on the outside temperature, indoor temperature, vehicle speed, and solar radiation of the vehicle.
다음으로, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법은, 히트펌프 시스템의 필요 난방부하를 연산하는 단계, 상기 필요 난방부하를 상기 제1 압축기의 난방용량과 비교하는 단계, 상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크면 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키는 단계 및 상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크지 않으면 상기 제1 압축기만 기동시키는 단계 및 상기 제1 압축기만 기동시키는 경우, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 COP(Coefficient of Performance)를 비교하는 단계를 포함한다.Next, the control method of a heat pump system for a vehicle according to another aspect of the present invention comprises the steps of calculating a required heating load of the heat pump system, comparing the required heating load with a heating capacity of the first compressor; If the required heating load is greater than the heating capacity of the first compressor, starting the first compressor and the second compressor, and if the required heating load is not greater than the heating capacity of the first compressor, starting only the first compressor and comparing the coefficient of performance (COP) of the first compressor and the second compressor when only the first compressor is started.
그리고, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 COP를 비교하는 단계에 의해 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크면 상기 제1 압축기 RPM을 피드백(F/back) 제어하고, 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크지 않으면 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키는 것을 특징으로 한다.And, if the COP of the first compressor is greater than the COP of the second compressor by comparing the COP of the first compressor and the second compressor, feedback (F/back) control of the RPM of the first compressor, If the COP of the first compressor is not greater than the COP of the second compressor, the first compressor and the second compressor are started.
또한, 본 발명의 일 관점에 의한 자동차용 히트펌프 시스템은, 제1 압축기 및 제2 압축기를 포함하여 냉매를 압축 토출시키는 2단 압축기, 상기 2단 압축기에 의해 압축된 냉매를 방열시키는 실내기, 상기 실내기를 통과한 냉매를 열교환시키는 실외기, 상기 실외기를 통과한 냉매를 기상과 액상으로 분리시켜 상기 2단 압축기로 복귀시키는 어큐뮬레이터 및 상기 2단 압축기를 제어하는 제어부를 포함하여, 상기 제어부는 히트펌프 시스템의 필요 난방부하를 연산하여 연산된 필요 난방부하에 따라 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기의 기동을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, a heat pump system for a vehicle according to an aspect of the present invention includes a two-stage compressor for compressing and discharging refrigerant, including a first compressor and a second compressor, an indoor unit for radiating heat from the refrigerant compressed by the two-stage compressor; An outdoor unit for exchanging the refrigerant passing through the indoor unit, an accumulator for separating the refrigerant passing through the outdoor unit into a gaseous phase and a liquid phase to return to the two-stage compressor, and a controller for controlling the two-stage compressor, wherein the control unit is a heat pump system It is characterized in that the operation of the first compressor or the second compressor is controlled according to the calculated required heating load by calculating the required heating load of .
그리고, 상기 제어부는, 상기 필요 난방부하를 상기 제1 압축기의 난방용량과 비교하여, 상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크면 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키고, 상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크지 않으면 상기 제1 압축기만 기동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit compares the required heating load with the heating capacity of the first compressor, and when the required heating load is greater than the heating capacity of the first compressor, the first compressor and the second compressor are started, and the If the required heating load is not greater than the heating capacity of the first compressor, only the first compressor is started.
또한, 설정온도에 따라 발열량을 조절하기 위한 PTC 히터(Positive Temperature Coefficient heater)를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키는 경우, 상기 필요 난방부하를 상기 제2 압축기의 난방용량과 비교하여 상기 필요 난방부하가 상기 제2 압축기의 난방용량보다 큰 경우에만 상기 PTC 히터를 기동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, it further includes a PTC heater (Positive Temperature Coefficient heater) for controlling the amount of heat generated according to the set temperature, wherein the control unit, when the first compressor and the second compressor are started, the required heating load to the second Compared with the heating capacity of the compressor, it is characterized in that the PTC heater is started only when the required heating load is greater than the heating capacity of the second compressor.
그리고, 상기 제어부는, 상기 제1 압축기만 기동시키는 경우, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 COP(Coefficient of Performance)를 비교하여, 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크면 상기 제1 압축기 RPM을 피드백(F/back) 제어하고, 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크지 않으면 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키는 것을 특징으로 한다.And, when only the first compressor is started, the control unit compares the coefficient of performance (COP) of the first compressor and the second compressor, and when the COP of the first compressor is greater than the COP of the second compressor, The first compressor RPM is controlled by feedback (F/back), and if the COP of the first compressor is not greater than the COP of the second compressor, the first compressor and the second compressor are started.
본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템 및 그것의 제어 방법에 의하면, 히트펌프의 COP를 최적으로 제어함으로써 소모 동력을 최소화하고 효율을 제고시킨다.According to the vehicle heat pump system and its control method of the present invention, the COP of the heat pump is optimally controlled to minimize power consumption and improve efficiency.
그리고, PTC의 작동을 최소화하여 저전압 운전이 가능하게 한다.In addition, the operation of the PTC is minimized to enable low voltage operation.
도 1은 종래의 히트펌프 시스템에 의한 효율과 PTC 히터의 작동 조건을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 2단 압축기의 성능 맵을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 2단 압축기가 적용된 히트펌프 시스템의 평가 결과를 도시한 것이다.1 shows the efficiency and operating conditions of a PTC heater by a conventional heat pump system.
2 schematically shows a heat pump system for a vehicle according to the present invention.
3 is a view showing a control method of a heat pump system for a vehicle according to the present invention.
4 shows a performance map of the two-stage compressor according to the present invention.
5 shows an evaluation result of a heat pump system to which a two-stage compressor according to the present invention is applied.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.In describing preferred embodiments of the present invention, well-known techniques or repetitive descriptions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be reduced or omitted.
도 2는 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템을 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법을 도시한 것이다.2 schematically shows a heat pump system for a vehicle according to the present invention, and FIG. 3 shows a control method of the heat pump system for a vehicle according to the present invention.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 자동차용 히트펌프 시스템 및 그것의 제어 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a heat pump system for a vehicle and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3 .
본 발명의 히트펌프 시스템 및 그것의 제어 방법은 극저온 영역에서 자동차의 난방시 그 효율을 최적화하여 소모 동력을 최소화하고 PTC 히터의 작동을 최소화하기 위한 것이다.A heat pump system and a control method thereof of the present invention are for optimizing the efficiency of heating a vehicle in a cryogenic region to minimize power consumption and to minimize operation of a PTC heater.
이를 위해 도 2에서 참조되는 본 발명에 의한 히트펌프 시스템은 2단 압축기(COMP), 실내기, 오리피스(orifice), 실외기, 어큐뮬레이터(Accumulator) 등을 포함하고, 이의 제어 및 FATC(Full Automatic Temperature Control) 운전을 위해 제어부 및 PTC 히터(Positive Temperature Coefficient heater) 등을 포함한다.For this purpose, the heat pump system according to the present invention referenced in FIG. 2 includes a two-stage compressor (COMP), an indoor unit, an orifice, an outdoor unit, an accumulator, and the like, and controls and FATC (Full Automatic Temperature Control) It includes a control unit and a positive temperature coefficient heater (PTC) for operation.
본 발명에 의한 히트펌프 시스템은 2단 압축기를 적용하여 제1 압축기와 제2 압축기를 외기에 따라 맵핑(mapping)된 효율에 따라 능률적으로 제어함으로써 난방 효율을 극대화시킬 수 있도록 한다.The heat pump system according to the present invention applies a two-stage compressor to efficiently control the first compressor and the second compressor according to the efficiency mapped according to the outdoor air, thereby maximizing the heating efficiency.
2단 압축기에 의해 토출되는 냉매는 실내기에서 방열되어 히트 도어(미도시) 및 블로워(미도시)의 작동에 따라 실내로 에어를 공급한다.The refrigerant discharged by the two-stage compressor is radiated from the indoor unit to supply air into the room according to the operation of a heat door (not shown) and a blower (not shown).
실내기를 통과한 냉매는 오리피스를 거쳐서 실외기로 공급되어 열교환된다.The refrigerant passing through the indoor unit is supplied to the outdoor unit through an orifice to exchange heat.
그리고, 실외기를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터로 공급되어 냉매를 기상과 액상으로 분리된 후 다시 2단 압축기로 복귀하게 된다.Then, the refrigerant passing through the outdoor unit is supplied to the accumulator to separate the refrigerant into a gaseous phase and a liquid phase, and then returns to the two-stage compressor.
이 때, 증발기(Evap)로의 유로는 방향전환밸브(3way V/V)에 의해 차단된다.At this time, the flow path to the evaporator (Evap) is blocked by the direction switching valve (3way V/V).
이러한 구성의 가동과 방향전환밸브의 전환 방향 등을 제어부가 제어하게 되고, The control unit controls the operation of this configuration and the switching direction of the directional selector valve,
또한, 설정온도에 따라 PTC 히터가 동작되어 발열량을 조절하여 일정한 온도를 유지하게 한다.In addition, the PTC heater is operated according to the set temperature to maintain a constant temperature by controlling the amount of heat generated.
도 3은 이와 같이 구성되는 자동차용 히트펌프 시스템을 효율적으로 제어하는 방법을 도시한 것이다.3 illustrates a method of efficiently controlling a heat pump system for a vehicle configured as described above.
도 3을 참조하여 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법을 설명하면, 우선 FATC가 가동되면(S10) 제어부는 Cabin 공조부하를 연산한다(S20).The control method of the heat pump system for a vehicle according to the present invention will be described with reference to FIG. 3 . First, when FATC is activated (S10), the control unit calculates the cabin air conditioning load (S20).
Cabin 공조부하(W)는 차량 실내외 온도에 따라 차량에 인가되는 공조부하 열량으로, 외기온, 차속, 일사, 실내온 등에 따라 결정된다.Cabin air conditioning load (W) is the amount of heat applied to the vehicle according to the indoor and outdoor temperature of the vehicle, and is determined according to outdoor temperature, vehicle speed, solar radiation, indoor temperature, and the like.
Cabin 공조부하는 다음과 같이 계산된다.Cabin air conditioning load is calculated as follows.
Qtotal=UA(Tout-Tin)+Qsol+Qeng+Qleak+Qint Q total =UA(T out -T in )+Q sol +Q eng +Q leak +Q int
여기서, UA는 표면 열부하계수, Qsol은 일사 열부하, Qeng는 엔진룸 열부하, Qleak는 누기에 의한 열부하, Qint는 내장재 열부하이고, Tin은 실내 온도, Tout은 외부 온도가 된다.Here, UA is the surface heat load coefficient, Q sol is the solar heat load, Q eng is the engine room heat load, Q leak is the heat load due to leakage, Q int is the internal heat load, T in is the indoor temperature, T out is the outside temperature.
이와 같이 연산되는 Cabin 공조부하가 요구되는 열용량에 해당한다.Cabin air conditioning load calculated in this way corresponds to the required heat capacity.
Cabin 공조부하가 이렇게 정해지면, 목표 토출온도를 연산한다(S30).When the cabin air conditioning load is determined in this way, the target discharge temperature is calculated (S30).
목표 토출온도(Tdo)는 Cabin 공조부하에 기반하여 목표 실내온도를 유지하기 윈한 공조장치의 토출 공기온도이다.The target discharge temperature (T do ) is the discharge air temperature of the air conditioner to maintain the target indoor temperature based on the cabin air conditioning load.
목표 토출온도는 다음과 같이 계산된다.The target discharge temperature is calculated as follows.
여기서, mair는 HVAC 토출풍량이고, Cp는 공기 비열, Troom은 실내 온도가 된다.Here, m air is the HVAC discharge air volume, C p is the specific heat of the air, and T room is the room temperature.
이렇게 목표 토출온도가 정해지면, 히트펌프 필요 난방부하를 연산한다(S40).When the target discharge temperature is determined in this way, the required heating load of the heat pump is calculated (S40).
히트펌프 필요 난방부하(W)는 히트펌프에서 실내기로 공급해야 하는 열량으로, 실내온, 외기온, 내외기 도어 등에 따라 결정된다.The heat pump required heating load (W) is the amount of heat to be supplied from the heat pump to the indoor unit, and is determined according to the indoor temperature, the outdoor temperature, and the indoor/outdoor door.
히트펌프 필요 난방부하는 다음과 같이 계산된다.The heat pump required heating load is calculated as follows.
여기서, mair는 HVAC 토출 풍량이고, Cp는 공기 비열, Tdo는 목표 토출온도, Tintake air는 HVAC 입구측 흡입 공기온도가 된다.Here, m air is the HVAC discharge air volume, C p is the specific heat of air, T do is the target discharge temperature, and T intake air is the intake air temperature of the HVAC inlet.
이와 같이 히트펌프의 소모동력을 연산하게 되고, 이러한 연산의 결과 히트펌프의 필요 난방부하가 결정되면 예측된 소모동력에 따라 최적의 COP(Coefficient of Performance)를 위해 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 2단 압축기를 제어한다.In this way, the power consumption of the heat pump is calculated, and when the required heating load of the heat pump is determined as a result of this calculation, the 2 of the heat pump system according to the present invention for optimal COP (Coefficient of Performance) according to the predicted power consumption It only controls the compressor.
즉, 제1 압축기만 기동시키거나 제1, 제2 압축기 모두를 기동시키느냐를 결정하기 위해, 먼저 연산된 필요 난방부하를 제1 압축기 성능과 비교한다(S50).That is, in order to determine whether to start only the first compressor or to start both the first and second compressors, the first calculated required heating load is compared with the performance of the first compressor (S50).
도 4(a)와 같이 맵핑에 의해 미리 설정된 제1 압축기의 성능곡선에 의해 해당 외기에서 필요 난방부하를 제1 압축기의 난방용량과 비교하고, 비교 결과 필요 난방부하가 제1 압축기의 성능보다 크면 제1, 제2 압축기를 모두 기동시키는 제어를 수행한다(S61).As shown in Fig. 4(a), the required heating load in the corresponding outdoor air is compared with the heating capacity of the first compressor according to the performance curve of the first compressor set in advance by mapping, and as a result of the comparison, if the required heating load is greater than the performance of the first compressor A control for starting both the first and second compressors is performed (S61).
그에 따라 제1, 제2 압축기 RPM을 피드백(F/back) 제어하고(S70), 이 같은 제1, 제2 압축기에 의한 기동은 필요 난방부하와 제2 압축기의 난방용량이 같아질 때까지 수행한다.Accordingly, the RPM of the first and second compressors is feedback (F/back) controlled (S70), and the start by the first and second compressors is performed until the required heating load and the heating capacity of the second compressor are equal. do.
즉, 순차적으로 필요 난방부하를 제2 압축기의 성능과 비교하여(S80), 도 4(b)와 같이 맵핑에 의해 미리 설정된 제2 압축기의 난방용량이 필요 난방부하보다 크거나 같으면 S70 단계가 반복되나, 필요 난방부하가 필요 난방부하가 제2 압축기의 난방용량보다 여전히 크면 (저전압)PTC 히터를 가동시킨다(S90).That is, sequentially comparing the required heating load with the performance of the second compressor (S80), if the heating capacity of the second compressor preset by mapping as shown in FIG. 4(b) is greater than or equal to the required heating load, step S70 is repeated However, if the required heating load is still greater than the heating capacity of the second compressor, the (low voltage) PTC heater is operated (S90).
이와 같이 제1, 제2 압축기에 의해 필요 난방부하를 충족시키지 못하는 경우에만 PTC 히터를 가동시킴으로써 PTC 히터의 작동을 최소화하여 운전할 수 있게 하는 것이다.As such, by operating the PTC heater only when the required heating load is not satisfied by the first and second compressors, the operation of the PTC heater can be minimized and operated.
반면, S50 결과 필요 난방부하가 제1 압축기의 난방용량보다 크지 않으면, 제1 압축기만 기동되게 제어한다(S62).On the other hand, if the required heating load is not greater than the heating capacity of the first compressor as a result of S50, only the first compressor is controlled to be started (S62).
S62 제어 후 순차적으로 외기온별 압축기의 COP 비교를 수행하여(S63) COP의 최적 제어가 가능하게 한다.After the S62 control, the COP comparison of the compressors for each outdoor temperature is sequentially performed (S63) to enable optimal control of the COP.
도 3에서 참조되는 바와 같이, 제2 압축기의 난방용량은 0℃보다 낮은 온도에서 제1 압축기의 난방용량보다 크지만, COP는 제2 압축기가 0℃ 부근에서는 제1 압축기보다 높지만 0℃보다 낮은 온도에서는 제1 압축기보다 낮은 값을 갖는다.3 , the heating capacity of the second compressor is greater than the heating capacity of the first compressor at a temperature lower than 0° C., but the COP is higher than that of the first compressor in the vicinity of 0° C. but lower than 0° C. The temperature has a lower value than that of the first compressor.
따라서, 제1 압축기에 의해서 필요 난방부하를 충족시킬 수 있더라도 외기온별 제1, 제2 압축기의 COP를 비교하여(S63), 제1 압축기의 COP가 크다면 제1 압축기 RPM을 피드백(F/back) 제어하고(S64), 그렇지 않은 경우에는 제1, 제2 압축기 모두를 기동시켜(S61) COP를 최적화한다.Therefore, even if the required heating load can be satisfied by the first compressor, the COPs of the first and second compressors are compared for each outside temperature (S63), and if the COP of the first compressor is large, the RPM of the first compressor is fed back (F/back) ) control (S64), and if not, the COP is optimized by starting both the first and second compressors (S61).
예로서, 0℃ 조건에서 2단 압축시 토출(discharge) 압력 상승에 따라 rpm을 제한하면 COP가 약 22% 증대된다.For example, when rpm is limited according to an increase in discharge pressure during two-stage compression at 0° C., COP is increased by about 22%.
그러므로, 난방부하가 축소되는 0℃ 이상 영역에서도 제2 압축기를 활용함으로써 COP를 개선할 수가 있는 것이다.Therefore, it is possible to improve the COP by using the second compressor even in the region above 0° C. where the heating load is reduced.
그리고, 도 5는 -20℃ 조건에서 2단 압축기의 평가 결과를 도시한 것이다.And, Figure 5 shows the evaluation results of the two-stage compressor under the condition of -20 ℃.
도시와 같이, 2단 압축기에 의해 난방성능과 소모 동력은 높아지나 COP는 오히려 낮아짐을 알 수 있다.As shown in the figure, it can be seen that the heating performance and power consumption are increased by the two-stage compressor, but the COP is rather lowered.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 자동차용 히트펌프 시스템과 그것의 제어 방법에 의하면, 히트펌프 소모동력에 따라 2단 압축기를 COP가 최적화되도록 제어함으로써 소모 동력을 줄일 수가 있고, PTC의 운전 또한 최소화할 수 있음을 알 수 있다.As described above, according to the vehicle heat pump system and the control method thereof according to the present invention, the power consumption can be reduced by controlling the two-stage compressor to optimize the COP according to the power consumption of the heat pump, and the operation of the PTC is also It can be seen that it can be minimized.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.The present invention as described above has been described with reference to the illustrated drawings, but it is not limited to the described embodiments, and it is common knowledge in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is self-evident to those who have Accordingly, such modifications or variations should be said to belong to the claims of the present invention, and the scope of the present invention should be interpreted based on the appended claims.
S10 : FATC 가동
S20 : Cabin 공조부하 연산
S30 : 목표 토출온도 연산
S40 : 히트펌프 필요 난방부하 연산
S50 : 필요 난방부하와 제1 압축기 성능 비교
S61 : 제1, 제2 압축기 기동
S62 : 제1 압축기 기동
S63 : 외기온별 압축기 COP 비교
S64 : 제1 압축기 RPM 피드백 제어
S70 : 제1, 제2 압축기 RPM 피드백 제어
S80 : 필요 난방부하와 제2 압축기 성능 비교
S90 : (저전압) PTC 가동S10: FATC operation
S20: Cabin air conditioning load calculation
S30: Calculate target discharge temperature
S40: Heat pump required heating load calculation
S50: Comparison of required heating load and performance of the first compressor
S61: Start the first and second compressors
S62: first compressor start
S63 : Comparison of compressor COP by outdoor temperature
S64: first compressor RPM feedback control
S70: 1st, 2nd compressor RPM feedback control
S80: Comparison of required heating load and performance of the second compressor
S90: (low voltage) PTC operation
Claims (15)
상기 필요 난방부하를 연산하는 단계에 의해 연산된 필요 난방부하에 따라 2단 압축기 중 제1 압축기 또는 제2 압축기의 기동을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제1 압축기 또는 제2 압축기의 기동을 제어하는 단계는,
상기 필요 난방부하를 상기 제1 압축기의 난방용량과 비교하는 단계를 포함하여, 상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크면 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키고, 상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크지 않으면 상기 제1 압축기만 기동시키는 것을 특징으로 하며,
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키는 경우, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 RPM을 피드백(F/back) 제어하고, 상기 필요 난방부하를 상기 제2 압축기의 난방용량과 비교하는 단계를 더 포함하고,
상기 필요 난방부하를 상기 제2 압축기의 난방용량과 비교하는 단계에 의해 상기 필요 난방부하가 상기 제2 압축기의 난방용량보다 큰 경우, PTC 히터를 기동시키는 것을 특징으로 하며,
상기 제1 압축기만 기동시키는 경우, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 COP(Coefficient of Performance)를 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법.calculating a required heating load of the heat pump system; and
Controlling the start of the first compressor or the second compressor among the two-stage compressors according to the required heating load calculated by the step of calculating the required heating load,
The step of controlling the start of the first compressor or the second compressor,
Comprising the step of comparing the required heating load with the heating capacity of the first compressor, when the required heating load is greater than the heating capacity of the first compressor, starting the first compressor and the second compressor, and the heating required If the load is not greater than the heating capacity of the first compressor, it is characterized in that only the first compressor is started,
When the first compressor and the second compressor are started, feedback (F/back) control of the RPM of the first compressor and the second compressor, and comparing the required heating load with the heating capacity of the second compressor further comprising,
Comparing the required heating load with the heating capacity of the second compressor, when the required heating load is greater than the heating capacity of the second compressor, the PTC heater is started,
When only the first compressor is started, the method further comprising the step of comparing the coefficient of performance (COP) of the first compressor and the second compressor,
A control method of a heat pump system for an automobile.
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 COP를 비교하는 단계에 의해 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크면 상기 제1 압축기 RPM을 피드백(F/back) 제어하고, 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크지 않으면 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키는 것을 특징으로 하는,
자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법.6. The method of claim 5,
When the COP of the first compressor is greater than the COP of the second compressor by comparing the COP of the first compressor and the second compressor, feedback (F/back) control of the RPM of the first compressor is performed, and the first compressor If the COP of the compressor is not greater than the COP of the second compressor, the first compressor and the second compressor are started,
A control method of a heat pump system for an automobile.
상기 필요 난방부하를 연산하는 단계는 자동차 실내의 목표 토출온도를 연산하는 단계에 의해 연산되는 목표 토출온도를 바탕으로 연산하는 것을 특징으로 하는,
자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법.7. The method of claim 6,
The step of calculating the required heating load is characterized in that the calculation is based on the target discharge temperature calculated by the step of calculating the target discharge temperature of the interior of the vehicle,
A control method of a heat pump system for an automobile.
상기 목표 토출온도를 연산하는 단계는 자동차 실내의 공조부하를 연산하는 단계에 의해 연산되는 공조부하를 바탕으로 연산하는 것을 특징으로 하는,
자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법.8. The method of claim 7,
The step of calculating the target discharge temperature is characterized in that the calculation is based on the air conditioning load calculated by the step of calculating the air conditioning load inside the vehicle,
A control method of a heat pump system for an automobile.
상기 공조부하는 자동차의 외기온, 실내온, 차속 및 일사를 기초로 산출되는 것을 특징으로 하는,
자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법.9. The method of claim 8,
The air conditioning load is characterized in that calculated based on the outside temperature of the vehicle, the room temperature, the vehicle speed and solar radiation,
A control method of a heat pump system for an automobile.
상기 필요 난방부하를 제1 압축기의 난방용량과 비교하는 단계;
상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크면 상기 제1 압축기 및 제2 압축기를 기동시키는 단계; 및
상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크지 않으면 상기 제1 압축기만 기동시키는 단계; 및
상기 제1 압축기만 기동시키는 경우, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 COP(Coefficient of Performance)를 비교하는 단계를 포함하는,
자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법.calculating a required heating load of the heat pump system;
comparing the required heating load with a heating capacity of a first compressor;
starting the first compressor and the second compressor when the required heating load is greater than the heating capacity of the first compressor; and
starting only the first compressor if the required heating load is not greater than the heating capacity of the first compressor; and
Comprising the step of comparing the coefficient of performance (COP) of the first compressor and the second compressor when only the first compressor is started,
A control method of a heat pump system for an automobile.
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 COP를 비교하는 단계에 의해 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크면 상기 제1 압축기 RPM을 피드백(F/back) 제어하고, 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크지 않으면 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키는 것을 특징으로 하는,
자동차용 히트펌프 시스템의 제어 방법.11. The method of claim 10,
When the COP of the first compressor is greater than the COP of the second compressor by comparing the COP of the first compressor and the second compressor, feedback (F/back) control of the RPM of the first compressor is performed, and the first compressor If the COP of the compressor is not greater than the COP of the second compressor, the first compressor and the second compressor are started,
A control method of a heat pump system for an automobile.
상기 2단 압축기에 의해 압축된 냉매를 방열시키는 실내기;
상기 실내기를 통과한 냉매를 열교환시키는 실외기;
상기 실외기를 통과한 냉매를 기상과 액상으로 분리시켜 상기 2단 압축기로 복귀시키는 어큐뮬레이터;
상기 2단 압축기를 제어하는 제어부; 및
설정온도에 따라 발열량을 조절하기 위한 PTC 히터(Positive Temperature Coefficient heater)를 포함하고,
상기 제어부는 히트펌프 시스템의 필요 난방부하를 연산하여 연산된 필요 난방부하에 따라 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기의 기동을 제어하는 것을 특징으로 하며,
상기 제어부는,
상기 필요 난방부하를 상기 제1 압축기의 난방용량과 비교하여, 상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크면 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키고, 상기 필요 난방부하가 상기 제1 압축기의 난방용량보다 크지 않으면 상기 제1 압축기만 기동시키는 것을 특징으로 하고,
상기 제어부는,
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키는 경우, 상기 필요 난방부하를 상기 제2 압축기의 난방용량과 비교하여 상기 필요 난방부하가 상기 제2 압축기의 난방용량보다 큰 경우에만 상기 PTC 히터를 기동시키는 것을 특징으로 하며,
상기 제어부는,
상기 제1 압축기만 기동시키는 경우, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기의 COP(Coefficient of Performance)를 비교하여, 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크면 상기 제1 압축기 RPM을 피드백(F/back) 제어하고, 상기 제1 압축기의 COP가 상기 제2 압축기의 COP보다 크지 않으면 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기를 기동시키는 것을 특징으로 하는,
자동차용 히트펌프 시스템.a two-stage compressor including a first compressor and a second compressor for compressing and discharging a refrigerant;
an indoor unit that radiates heat to the refrigerant compressed by the two-stage compressor;
an outdoor unit for exchanging the refrigerant passing through the indoor unit;
an accumulator that separates the refrigerant that has passed through the outdoor unit into a gaseous phase and a liquid phase and returns the refrigerant to the two-stage compressor;
a control unit for controlling the two-stage compressor; and
Includes a PTC heater (Positive Temperature Coefficient heater) for controlling the amount of heat generated according to the set temperature,
The control unit calculates the required heating load of the heat pump system and controls the start of the first compressor or the second compressor according to the calculated required heating load,
The control unit is
The required heating load is compared with the heating capacity of the first compressor, and when the required heating load is greater than the heating capacity of the first compressor, the first compressor and the second compressor are started, and the required heating load is the second compressor. If it is not greater than the heating capacity of one compressor, it is characterized in that only the first compressor is started,
The control unit is
When the first compressor and the second compressor are started, the PTC heater is started only when the required heating load is greater than the heating capacity of the second compressor by comparing the required heating load with the heating capacity of the second compressor. It is characterized by
The control unit is
When only the first compressor is started, the COP (Coefficient of Performance) of the first compressor and the second compressor is compared, and when the COP of the first compressor is greater than the COP of the second compressor, the RPM of the first compressor is increased. Controlling feedback (F/back), and starting the first compressor and the second compressor if the COP of the first compressor is not greater than the COP of the second compressor,
Automotive heat pump system.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |