KR102601609B1 - Cooling water heater and method for controlling heat of cooling water heater - Google Patents

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KR102601609B1 KR1020190029893A KR20190029893A KR102601609B1 KR 102601609 B1 KR102601609 B1 KR 102601609B1 KR 1020190029893 A KR1020190029893 A KR 1020190029893A KR 20190029893 A KR20190029893 A KR 20190029893A KR 102601609 B1 KR102601609 B1 KR 102601609B1
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Abstract

실시예에 의한 냉각수 히터 및 냉각수 히터의 발열을 제어하기 위한 방법이 개시된다. 상기 냉각수 히터는 복수의 발열체; 상기 복수의 발열체에 각각 연결되고, 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호에 따라 상기 복수의 발열체에 각각 해당 스위칭 신호와 동일한 위상차를 갖는 전류를 인가하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭부; 및 상기 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성하고, 상기 생성된 복수의 스위칭 신호를 상기 복수의 스위칭 소자에 각각 인가하는 제어부를 포함한다.A coolant heater and a method for controlling heat generation of the coolant heater according to an embodiment are disclosed. The coolant heater includes a plurality of heating elements; A switching unit each connected to the plurality of heating elements and including a plurality of switching elements for applying a current having the same phase difference as the corresponding switching signal to the plurality of heating elements according to a plurality of switching signals having a predetermined phase difference; and a control unit that generates a plurality of switching signals having the predetermined phase difference and applies the plurality of generated switching signals to the plurality of switching elements, respectively.

Description

냉각수 히터 및 냉각수 히터의 발열을 제어하기 위한 방법{COOLING WATER HEATER AND METHOD FOR CONTROLLING HEAT OF COOLING WATER HEATER}Cooling water heater and method for controlling heat generation of the cooling water heater {COOLING WATER HEATER AND METHOD FOR CONTROLLING HEAT OF COOLING WATER HEATER}

실시예는 냉각수 히터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 전류의 피크 및 변동 크기를 저감시킬 수 있도록 한 냉각수 히터 및 냉각수 히터의 발열을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.The embodiment relates to a coolant heater, and more specifically, to a coolant heater that can reduce the peak and fluctuation size of battery current and a method for controlling heat generation of the coolant heater.

휘발유, 경유 등을 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량이 현재 가장 일반적인 차량의 형태이나, 이러한 차량용 에너지원은 환경오염 문제뿐 아니라 석유 매장량의 감소 등과 같은 다양한 원인으로 인해 새로운 에너지원의 필요성이 점점 대두되고 있는 바, 현재 전기자동차, 하이브리드카 및 연료전지 차량 등이 실용화되거나 개발중에 있다.Vehicles driven by engines that use gasoline or diesel as an energy source are currently the most common type of vehicle, but the need for new energy sources for these vehicle energy sources is increasing due to various reasons such as environmental pollution issues and a decrease in oil reserves. As it is increasingly emerging, electric vehicles, hybrid cars, and fuel cell vehicles are currently being commercialized or under development.

이 중 휘발유, 경우 등을 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량의 경우 엔진에서 매우 많은 열이 발생하게 되고, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수 순환 시스템이 구비되며, 냉각수가 엔진으로부터 흡수한 열을 실내 난방에 이용하도록 하고 있다. 그러나 엔진에서 발생하는 것과 같은 많은 열이 전기자동차, 하이브리드카 및 연료전지 차량의 구동원에서는 발생하지 않기 때문에, 이러한 종래의 방식을 사용하기에는 한계가 있었다.Among these, in the case of a vehicle driven by an engine that uses gasoline or gasoline as an energy source, a large amount of heat is generated from the engine. A coolant circulation system is provided to cool the engine, and the heat absorbed from the engine by the coolant is distributed to the interior. It is being used for heating. However, because as much heat as that generated in the engine is not generated in the driving source of electric vehicles, hybrid cars, and fuel cell vehicles, there are limitations in using this conventional method.

이에 전기자동차, 하이브리드카 및 연료전지 차량 등에는 공조 시스템에 히트펌프(heat pump)를 추가하여 이를 열원으로서 사용할 수 있게 하거나, 전기 히터와 같은 별도의 열원을 구비하는 등 여러 연구가 이루어지고 있다. 이 중 전기 히터는 공조 시스템에 크게 영향을 주지 않고 보다 용이하게 냉각수를 가열할 수 있어 현재 광범위하게 사용되고 있다.Accordingly, various studies are being conducted on electric vehicles, hybrid cars, and fuel cell vehicles, such as adding a heat pump to the air conditioning system so that it can be used as a heat source, or providing a separate heat source such as an electric heater. Among these, electric heaters are currently widely used because they can more easily heat coolant without significantly affecting the air conditioning system.

여기에서 전기 히터는 차량의 실내로 송풍되는 공기를 직접 가열하는 형태의 공기 가열식 히터와, 냉각수를 가열하는 형태의 냉각수 가열식 히터(또는 냉각수 히터)가 있다.Here, the electric heater includes an air heating type heater that directly heats the air blown into the vehicle's interior, and a coolant heating type heater (or coolant heater) that heats the coolant.

도 1은 종래 기술에 따른 냉각수 히터의 발열 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a method of controlling heat generation of a coolant heater according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 냉각수 히터는 전력을 통해 열을 발생하는 발열체를 구비하고 PWM 스위칭 신호에 따라 발열체에 전류를 인가 또는 차단하도록 구성된다.Referring to FIG. 1, a coolant heater according to the prior art includes a heating element that generates heat through electric power and is configured to apply or block current to the heating element according to a PWM switching signal.

이때, 발열체는 복수 개로 구현될 수 있다. 복수개의 발열체로 구현되는 경우, PWM 스위칭 신호를 복수 개의 발열체에 동시에 인가 또는 차단하게 되는데 이때 배터리로부터 공급되는 전류의 크기가 발열체의 개수만큼 증가되고, 배터리 전류가 변동하는 양이 커져 배터리 성능 저하를 유발한다.At this time, a plurality of heating elements may be implemented. When implemented with multiple heating elements, the PWM switching signal is simultaneously applied or blocked to the plurality of heating elements. At this time, the size of the current supplied from the battery increases by the number of heating elements, and the amount of battery current fluctuation increases, reducing battery performance. cause.

등록특허공보 제10-0693305호Registered Patent Publication No. 10-0693305 공개특허공보 제10-2015-0098883호Public Patent Publication No. 10-2015-0098883

실시예는, 배터리 전류의 피크 및 변동 크기를 저감시킬 수 있도록 한 냉각수 히터 및 냉각수 히터의 발열을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다.The embodiment may provide a coolant heater and a method for controlling heat generation of the coolant heater to reduce the peak and fluctuation size of the battery current.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 히터는 복수의 발열체; 상기 복수의 발열체에 각각 연결되고, 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호에 따라 상기 복수의 발열체에 각각 해당 스위칭 신호와 동일한 위상차를 갖는 전류를 인가하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭부; 및 상기 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성하고, 상기 생성된 복수의 스위칭 신호를 상기 복수의 스위칭 소자에 각각 인가하는 제어부를 포함할 수 있다.A coolant heater according to an embodiment of the present invention includes a plurality of heating elements; A switching unit each connected to the plurality of heating elements and including a plurality of switching elements for applying a current having the same phase difference as the corresponding switching signal to the plurality of heating elements according to a plurality of switching signals having a predetermined phase difference; and a control unit that generates a plurality of switching signals having the predetermined phase difference and applies the plurality of generated switching signals to the plurality of switching elements, respectively.

상기 제어부는 상기 발열체의 개수에 따라 위상차를 결정하고, 상기 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성할 수 있다.The control unit may determine a phase difference according to the number of heating elements and generate a plurality of switching signals having the determined phase difference.

상기 제어부는 상기 발열체의 개수가 N개인 경우 360˚/N의 위상차를 갖는 N개의 스위칭 신호를 생성할 수 있다.When the number of heating elements is N, the control unit can generate N switching signals with a phase difference of 360°/N.

상기 제어부는 상기 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성하고, 상기 복수의 스위칭 신호 간에는 액티브 구간에서 서로 중첩되는 영역이 존재하지 않는다.The control unit generates a plurality of switching signals having the predetermined phase difference, and there is no overlapping area between the plurality of switching signals in the active period.

상기 제어부는 상기 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성하고, 상기 복수의 스위칭 신호 간에는 액티브 구간에서 적어도 일부 중첩되는 영역이 존재한다.The control unit generates a plurality of switching signals having the predetermined phase difference, and there is at least a partial overlapping area between the plurality of switching signals in the active period.

상기 제어부는 상기 복수의 발열체를 적어도 하나의 발열체를 포함하는 발열체 그룹으로 그룹화하고, 상기 발열체 그룹의 개수에 따라 위상차를 결정하고, 상기 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성할 수 있다.The control unit may group the plurality of heating elements into a heating element group including at least one heating element, determine a phase difference according to the number of the heating element groups, and generate a plurality of switching signals having the determined phase difference.

본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 히터의 발열을 제어하기 위한 방법은 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성하는 단계; 상기 생성된 복수의 스위칭 신호를 복수의 스위칭 소자에 각각 인가하여 상기 복수의 스위칭 소자를 각각 스위칭하는 단계; 및 상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 해당 스위칭 신호와 동일한 위상차를 갖는 전류를 복수의 발열체에 각각 인가하여 해당 발열체를 발열시키는 단계를 포함할 수 있다.A method for controlling heat generation of a coolant heater according to another embodiment of the present invention includes generating a plurality of switching signals having a predetermined phase difference; applying the generated plurality of switching signals to each of the plurality of switching elements to respectively switch the plurality of switching elements; And it may include the step of applying a current having the same phase difference as the corresponding switching signal to each of the plurality of heating elements according to the switching of the plurality of switching elements to generate heat in the corresponding heating elements.

상기 생성하는 단계에서는 상기 발열체의 개수에 따라 위상차를 결정하고, 상기 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성할 수 있다.In the generating step, a phase difference may be determined according to the number of heating elements, and a plurality of switching signals having the determined phase difference may be generated.

상기 생성하는 단계에서는 상기 발열체의 개수가 N개인 경우 360˚/N의 위상차를 갖는 N개의 스위칭 신호를 생성할 수 있다.In the generating step, when the number of heating elements is N, N switching signals having a phase difference of 360°/N can be generated.

상기 생성하는 단계에서는 상기 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성하고, 상기 복수의 스위칭 신호 간에는 액티브 구간에서 서로 중첩되는 영역이 존재하지 않는다.In the generating step, a plurality of switching signals having the predetermined phase difference are generated, and there is no overlapping area between the plurality of switching signals in the active period.

상기 생성하는 단계에서는 상기 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성하고, 상기 복수의 스위칭 신호 간에는 액티브 구간에서 적어도 일부 중첩되는 영역이 존재한다.In the generating step, a plurality of switching signals having the predetermined phase difference are generated, and there is at least a partial overlapping area between the plurality of switching signals in the active period.

상기 생성하는 단계에서는 상기 복수의 발열체를 적어도 하나의 발열체를 포함하는 발열체 그룹으로 그룹화하고, 상기 발열체 그룹의 개수에 따라 위상차를 결정하고, 상기 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성할 수 있다.In the generating step, the plurality of heating elements are grouped into a heating element group including at least one heating element, a phase difference is determined according to the number of the heating element groups, and a plurality of switching signals having the determined phase difference can be generated.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각수 히터는 냉각수를 가열하는 복수의 발열체; 및 복수의 스위칭 신호 각각에 따라 상기 복수의 발열체 각각에 전류를 공급하는 스위칭부를 포함하되, 상기 복수의 스위칭 신호는 액티브 구간이 서로 상이할 수 있다.A coolant heater according to another embodiment of the present invention includes a plurality of heating elements that heat coolant; and a switching unit that supplies current to each of the plurality of heating elements according to each of the plurality of switching signals, wherein the plurality of switching signals may have different active sections.

상기 냉각수 히터는 상기 복수의 스위칭 신호를 생성하기 위한 제어부를 더 포함할 수 있다.The coolant heater may further include a control unit for generating the plurality of switching signals.

실시예에 따르면, 발열체의 개수에 따라 위상차를 결정하여 그 결정된 위상차를 갖는 복수의 PWM 스위칭 신호를 생성하고, 생성된 복수의 PWM 스위칭 신호에 따라 복수의 스위칭 소자를 각각 스위칭하여 발열체에 위상차를 갖는 전류를 인가하도록 함으로써, 배터리로부터 공급되는 전류의 피크 및 변동 크기를 저감시킬 수 있다.According to an embodiment, the phase difference is determined according to the number of heating elements to generate a plurality of PWM switching signals having the determined phase difference, and the plurality of switching elements are each switched according to the generated plurality of PWM switching signals to provide a phase difference to the heating element. By applying current, the peak and fluctuation magnitude of the current supplied from the battery can be reduced.

실시예에 따르면, 배터리로부터 공급되는 전류의 피크 및 변동 크기를 저감시키는 것이 가능하기 때문에, 배터리의 성능 저하를 방지할 수 있다.According to the embodiment, it is possible to reduce the peak and fluctuation magnitude of the current supplied from the battery, thereby preventing degradation of battery performance.

실시예에 따르면, 배터리의 성능 저하를 방지하는 것이 가능하기 때문에 냉각수 히터를 안정적으로 운영하는 것이 가능할 수 있다.According to the embodiment, it may be possible to stably operate the coolant heater because it is possible to prevent degradation of battery performance.

도 1은 종래 기술에 따른 냉각수 히터의 발열 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 히터의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 스위칭부의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 스위칭 신호 생성 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체에 공급되는 전류를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PWM 스위칭 신호 생성 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열체에 공급되는 전류를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 히터의 발열을 제어하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.1 is a diagram for explaining a method of controlling heat generation of a coolant heater according to the prior art.
Figure 2 is a diagram showing the configuration of a coolant heater according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the detailed configuration of the switching unit shown in FIG. 1.
Figure 4 is a diagram for explaining the principle of generating a PWM switching signal according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining the current supplied to the heating element according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining the principle of generating a PWM switching signal according to another embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram for explaining the current supplied to the heating element according to another embodiment of the present invention.
Figure 8 is a diagram showing a method for controlling heat generation of a coolant heater according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical idea of the present invention is not limited to some of the described embodiments, but may be implemented in various different forms, and as long as it is within the scope of the technical idea of the present invention, one or more of the components may be optionally used between the embodiments. It can be used by combining and replacing.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention, unless explicitly specifically defined and described, are generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. It can be interpreted as meaning, and the meaning of commonly used terms, such as terms defined in a dictionary, can be interpreted by considering the contextual meaning of the related technology.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Additionally, the terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In this specification, the singular may also include the plural unless specifically stated in the phrase, and when described as “at least one (or more than one) of A and B and C”, it is combined with A, B, and C. It can contain one or more of all possible combinations.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.Additionally, when describing the components of an embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only used to distinguish the component from other components, and are not limited to the essence, sequence, or order of the component.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.And, when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to that other component, but also is connected to that component. It can also include cases where other components are 'connected', 'combined', or 'connected' due to another component between them.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.Additionally, when described as being formed or disposed “above” or “below” each component, “above” or “below” refers not only to cases where two components are in direct contact with each other, but also to one This also includes cases where another component described above is formed or placed between two components. In addition, when expressed as “top (above) or bottom (bottom)”, it can include not only the upward direction but also the downward direction based on one component.

실시예에서는, 발열체의 개수에 따라 위상차를 결정하여 그 결정된 위상차를 갖는 복수의 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭 신호를 생성하고, 생성된 복수의 PWM 스위칭 신호에 따라 복수의 스위칭 소자를 각각 스위칭하여 발열체에 위상차를 갖는 전류를 인가하도록 한, 새로운 방안을 제안한다.In an embodiment, the phase difference is determined according to the number of heating elements to generate a plurality of PWM (Pulse Width Modulation) switching signals having the determined phase difference, and the plurality of switching elements are each switched according to the generated plurality of PWM switching signals to generate the heating element. We propose a new method that applies a current with a phase difference to .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 히터의 구성을 나타내는 도면이다.Figure 2 is a diagram showing the configuration of a coolant heater according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 히터는 발열체(100), 스위칭부(200), 전원부(300), 제어부(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the cooling water heater according to an embodiment of the present invention may include a heating element 100, a switching unit 200, a power supply unit 300, and a control unit 400.

발열체(100)는 저항 성분으로 구성되어, 전류가 인가되면 발열되어 냉각수를 가열할 수 있다. 여기서 발열체(100)는 적어도 두 개 이상으로 구현될 수 있다.The heating element 100 is composed of a resistance component and generates heat when a current is applied, thereby heating the cooling water. Here, the heating elements 100 may be implemented as at least two.

스위칭부(200)는 스위칭 신호에 따라 발열체에 DC 전류를 인가하거나 차단하도록 스위칭될 수 있다. 여기서 스위칭 신호는 PWM 스위칭 신호일 수 있는데, PWM은 펄스폭을 변환 시키는 방식이다.The switching unit 200 may be switched to apply or block DC current to the heating element according to the switching signal. Here, the switching signal may be a PWM switching signal, and PWM is a method of converting the pulse width.

즉, 스위칭부(200)는 PWM 스위칭 신호에 따라 스위칭될 수 있다. 실시예에서, 스위칭부(200)는 위상차를 갖는 PWM 스위칭 신호에 따라 스위칭되어 위상차를 갖는 사각파 형태의 DC 전류를 발열체(100)에 인가할 수 있다.That is, the switching unit 200 can be switched according to the PWM switching signal. In an embodiment, the switching unit 200 may be switched according to a PWM switching signal having a phase difference to apply a DC current in the form of a square wave having a phase difference to the heating element 100.

도 3은 도 1에 도시된 스위칭부의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing the detailed configuration of the switching unit shown in FIG. 1.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭부(200)는 다수의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)를 포함할 수 있다. 다수의 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)는 각각 일측이 전원부(300)에 병렬 연결되고, 타측이 다수의 발열체(100)에 직렬 연결될 수 있다.Referring to FIG. 3, the switching unit 200 according to an embodiment of the present invention may include a plurality of switching elements (S1, S2, S3, and S4). One side of each of the plurality of switching elements (S1, S2, S3, and S4) may be connected in parallel to the power supply unit 300, and the other side may be connected in series to the plurality of heating elements 100.

스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)는 각각 PWM 스위칭 신호를 수신하여 온(on) 또는 오프(off)될 수 있고, 온이 되면 전원부(300)로부터 공급되는 전류를 해당 발열체(100)에 인가할 수 있다.The switching elements (S1, S2, S3, and S4) can each be turned on or off by receiving a PWM switching signal, and when turned on, the current supplied from the power supply unit 300 is supplied to the corresponding heating element 100. It can be approved.

예컨대, 스위칭 소자(S1)는 PWM 스위칭 신호 PWM1을 수신하여 온/오프되고, 스위칭 소자(S2)는 PWM 스위칭 신호 PWM2를 수신하여 온/오프되고, 스위칭 소자(S3)는 PWM 스위칭 신호 PWM3을 수신하여 온/오프되고, 스위칭 소자(S4)는 PWM 스위칭 신호 PWM4를 수신하여 온/오프된다.For example, the switching element (S1) is turned on/off by receiving the PWM switching signal PWM1, the switching element (S2) is turned on/off by receiving the PWM switching signal PWM2, and the switching element (S3) is turned on/off by receiving the PWM switching signal PWM3. turns on/off, and the switching element S4 receives the PWM switching signal PWM4 and turns on/off.

따라서 스위칭 소자(S1, S2, S3, S4)는 해당 PWM 스위칭 신호와 동일한 위상차를 갖는 사각파 형태의 전류를 발열체(100)에 인가할 수 있다.Therefore, the switching elements (S1, S2, S3, S4) can apply a square wave current having the same phase difference as the corresponding PWM switching signal to the heating element 100.

이러한 스위칭 소자는 예컨대, SIT(Static Induction Transistor), B-SIT(Bipolar SIT), MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등을 포함할 수 있다.Such switching elements may include, for example, a Static Induction Transistor (SIT), a Bipolar SIT (B-SIT), a Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET), an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), etc.

이러한 다수의 스위칭 소자는 각각 제어부(400)로부터 미리 정해진 위상차를 갖는 PWM 스위칭 신호를 제공받아 PWM 스위칭 신호에 따라 스위칭될 수 있다.These multiple switching elements may each receive a PWM switching signal with a predetermined phase difference from the control unit 400 and be switched according to the PWM switching signal.

전원부(300)는 발열체(100)를 발열시키기 위한 DC 전류를 공급할 수 있다.The power supply unit 300 may supply DC current to generate heat in the heating element 100.

제어부(400)는 스위칭부(200)를 스위칭하기 위한 PWM 스위칭 신호를 생성하고, 생성된 복수의 PWM 스위칭 신호를 스위칭부(200)에 인가할 수 있다.The control unit 400 may generate a PWM switching signal for switching the switching unit 200 and apply a plurality of generated PWM switching signals to the switching unit 200.

이때, 제어부(400)는 발열체의 개수에 따라 위상차를 결정하고 결정된 위상차를 갖는 복수의 PWM 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 예컨대, 제어부(400)는 발열체의 개수가 N개인 경우 360˚/N의 값을 위상차로 결정하고 결정된 360˚/N의 위상차를 갖는 N개의 PWM 스위칭 신호를 생성할 수 있다.At this time, the control unit 400 may determine the phase difference according to the number of heating elements and generate a plurality of PWM switching signals with the determined phase difference. For example, if the number of heating elements is N, the control unit 400 may determine a value of 360°/N as the phase difference and generate N PWM switching signals having the determined phase difference of 360°/N.

그 일예로, 제어부(400)는 미리 결정진 위상차를 갖는 복수의 PWM 스위칭 신호를 생성하되, 복수의 PWM 스위칭 신호 간에는 하이(high)가 되는 액티브(active) 구간에서 서로 중첩되는 영역이 존재하지 않을 수 있다.As an example, the control unit 400 generates a plurality of PWM switching signals with a predetermined phase difference, but there is no overlapping area between the plurality of PWM switching signals in the active section that is high. You can.

여기서, 액티브 구간은 발열체에 전류가 공급되어 냉각수를 가열하는 구간을 의미한다. 즉, 스위칭 신호 및 발열체의 구동 구간을 의미하는 것이다. 따라서, 상기 일예와 같이 발열체의 구동 구간이 서로 상이하기 때문에 배터리에 과부하가 발생하던 종래기술의 문제점을 해결할 수 있다.Here, the active section refers to a section in which current is supplied to the heating element to heat the coolant. In other words, it means the driving section of the switching signal and the heating element. Therefore, as in the above example, the problem of the prior art in which overload of the battery occurs because the driving sections of the heating elements are different from each other can be solved.

다른 예로, 제어부(400)는 미리 결정진 위상차를 갖는 복수의 PWM 스위칭 신호를 생성하되, 복수의 PWM 스위칭 신호 간에는 액티브 구간에서 적어도 일부 중첩되는 영역이 존재할 수 있다.As another example, the control unit 400 generates a plurality of PWM switching signals having a predetermined phase difference, but at least a partial overlapping area may exist between the plurality of PWM switching signals in the active period.

또한 제어부(400)는 복수의 발열체를 적어도 하나의 발열체를 포함하는 발열체 그룹으로 그룹화하고 그룹화된 발열체 그룹의 개수에 따라 위상차를 결정하고 결정된 위상차를 갖는 복수의 PWM 스위칭 신호를 생성할 수 있다.Additionally, the control unit 400 may group a plurality of heating elements into a heating element group including at least one heating element, determine a phase difference according to the number of grouped heating element groups, and generate a plurality of PWM switching signals having the determined phase difference.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM 스위칭 신호 생성 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열체에 공급되는 전류를 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram for explaining the principle of generating a PWM switching signal according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 is a diagram for explaining the current supplied to the heating element according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 발열체(100)를 4개로 구성하는 경우, 제어부(400)는 360˚/4 = 90˚를 위상차로 결정하고, 결정된 90˚의 위상차를 갖는 4개의 PWM 스위칭 신호를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 4, when the heating elements 100 are composed of four, the control unit 400 determines 360˚/4 = 90˚ as the phase difference and generates four PWM switching signals with the determined phase difference of 90˚. You can.

4개의 PWM 스위칭 신호 간에는 액티브 구간에서 서로 중첩되는 영역이 존재하지 않고, 4개의 PWM 스위칭 신호는 일정한 90˚의 위상차로 순차적으로 형성될 수 있다.There is no overlapping area between the four PWM switching signals in the active section, and the four PWM switching signals can be formed sequentially with a constant phase difference of 90°.

한 주기에서 펄스 신호가 차지하는 비율을 듀티(Duty)라고 하는데, 여기서 듀티는 예컨대, 100 / 4 = 25% 이하로 형성될 수 있다. 이러한 PWM 스위칭 신호의 듀티는 발열체의 개수에 따라 달라질 수 있는데, 발열체의 개수가 많아질수록 작아지고, 발열체의 개수가 적어질수록 커질 수 있다.The ratio occupied by the pulse signal in one cycle is called duty, and here, the duty may be set to, for example, 100 / 4 = 25% or less. The duty of this PWM switching signal may vary depending on the number of heating elements, and may become smaller as the number of heating elements increases, and may increase as the number of heating elements decreases.

여기서는 PWM 스위칭 신호 간에는 액티브 구간에서 서로 중첩되는 영역이 존재하지 않는 경우를 일 예로 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 적어도 일부가 중첩되는 영역이 존재할 수도 있다.Here, the case where there is no overlapping area between the PWM switching signals in the active period is described as an example, but the present invention is not necessarily limited to this, and at least a part of the overlapping area may exist if necessary.

즉, 발열체의 개수가 많아지고 PWM 스위칭 신호의 듀티가 커질수록 액티브 구간에서 적어도 일부가 중첩되는 영역이 존재할 수 있는데, 예컨대, 발열체가 4개로 구성되고 PWM 스위칭 신호의 듀티가 50%인 경우 액티브 구간에서 적어도 일부가 중첩되는 영역이 반드시 존재할 수 있다.In other words, as the number of heating elements increases and the duty of the PWM switching signal increases, there may be an area where at least part of the active section overlaps. For example, if there are four heating elements and the duty of the PWM switching signal is 50%, the active section may be There may necessarily be at least some overlapping areas.

도 5를 참조하면, 다수의 스위칭 소자는 각각 90˚의 위상차를 갖는 PWM 스위칭 신호에 의해 스위칭됨으로써, 해당 PWM 스위칭 신호와 동일한 90˚위상차를 갖는 사각파 형태의 전류 I1, I2, I3, I4를 해당 발열체에 각각 인가할 수 있다.Referring to FIG. 5, a plurality of switching elements are switched by PWM switching signals each having a phase difference of 90°, thereby generating square wave currents I1, I2, I3, and I4 having the same 90° phase difference as the corresponding PWM switching signal. It can be applied to each heating element.

이때, 90˚위상차를 갖는 전류 I1, I2, I3, I4의 크기가 I로 동일한 경우, 전원부에서 공급되는 DC 전류 Idc의 크기는 I가 유지될 수 있다.At this time, when the magnitudes of the currents I1, I2, I3, and I4 having a 90° phase difference are equal to I, the magnitude of the DC current Idc supplied from the power supply can be maintained at I.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PWM 스위칭 신호 생성 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열체에 공급되는 전류를 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram for explaining the principle of generating a PWM switching signal according to another embodiment of the present invention, and Figure 7 is a diagram for explaining the current supplied to the heating element according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 4개의 발열체(100)를 2개의 그룹으로 구성하는 경우, 제어부(400)는 360˚/2 = 180˚를 위상차로 결정하고, 결정된 180˚의 위상차를 갖는 2개의 PWM 스위칭 신호를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 6, when four heating elements 100 are organized into two groups, the control unit 400 determines 360˚/2 = 180˚ as the phase difference, and performs two PWM switching with the determined phase difference of 180˚. A signal can be generated.

2개의 PWM 스위칭 신호 간에는 액티브 구간에서 서로 중첩되는 영역이 존재하지 않고, 2개의 PWM 스위칭 신호는 일정한 180˚의 위상차로 순차적으로 형성될 수 있다.There is no overlapping area between the two PWM switching signals in the active section, and the two PWM switching signals can be formed sequentially with a constant phase difference of 180°.

여기서는 PWM 스위칭 신호 간에는 액티브 구간에서 서로 중첩되는 영역이 존재하지 않는 경우를 일 예로 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 적어도 일부가 중첩되는 영역이 존재할 수도 있다.Here, the case where there is no overlapping area between the PWM switching signals in the active period is described as an example, but the present invention is not necessarily limited to this, and at least a part of the overlapping area may exist if necessary.

도 7을 참조하면, 다수의 스위칭 소자는 각각 180˚의 위상차를 갖는 PWM 스위칭 신호에 의해 스위칭됨으로써, 해당 PWM 스위칭 신호와 동일한 180˚위상차를 갖는 사각파 형태의 전류 I1, I2를 해당 발열체 그룹에 각각 인가할 수 있다.Referring to FIG. 7, a plurality of switching elements are each switched by a PWM switching signal having a phase difference of 180°, so that currents I1 and I2 in the form of a square wave having the same 180° phase difference as the corresponding PWM switching signal are supplied to the corresponding heating element group. Each can be approved.

이때, 발열체 그룹별 180˚위상차를 갖는 전류 I1, I2의 크기가 I로 동일한 경우, 전원부에서 공급되는 DC 전류 Idc의 크기는 2I가 유지될 수 있다.At this time, when the magnitudes of the currents I1 and I2, which have a 180° phase difference for each heating element group, are equal to I, the magnitude of the DC current Idc supplied from the power supply unit can be maintained at 2I.

전원부에서 공급되는 DC 전류의 경우 기존 방법에 비해 전류 크기를 줄일 수 있다. 전류 피크 크기의 경우 PWM 듀티에 따라 최대 N배까지 줄일 수 있고, 전류 변동 크기의 경우 PWM 듀티에 관계없이 기존 대비 N배 줄일 수 있다.In the case of DC current supplied from the power supply, the current size can be reduced compared to existing methods. The current peak size can be reduced by up to N times depending on the PWM duty, and the current fluctuation size can be reduced by N times compared to the previous version regardless of the PWM duty.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 히터의 발열을 제어하기 위한 방법을 나타내는 도면이다.Figure 8 is a diagram showing a method for controlling heat generation of a coolant heater according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는 제어하고자 하는 발열체의 개수를 확인하여 발열체의 개수에 따라 위상차를 결정할 수 있다(S510).Referring to FIG. 8, the control unit according to an embodiment of the present invention can check the number of heating elements to be controlled and determine the phase difference according to the number of heating elements (S510).

그 일예로, 제어부는 발열체의 개수에 따라 위상차를 결정하고 결정된 위상차를 갖는 복수의 PWM 스위칭 신호를 생성할 수 있다.As an example, the control unit may determine the phase difference according to the number of heating elements and generate a plurality of PWM switching signals with the determined phase difference.

다른 예로, 제어부는 복수의 발열체를 적어도 하나의 발열체를 포함하는 발열체 그룹으로 그룹화하고 그룹화된 발열체 그룹의 개수에 따라 위상차를 결정하고 결정된 위상차를 갖는 복수의 PWM 스위칭 신호를 생성할 수 있다.As another example, the control unit may group a plurality of heating elements into a heating element group including at least one heating element, determine a phase difference according to the number of grouped heating element groups, and generate a plurality of PWM switching signals having the determined phase difference.

다음으로, 제어부는 결정된 위상차를 갖는 복수의 PWM 스위칭 신호를 생성할 수 있다(S520).Next, the control unit may generate a plurality of PWM switching signals with a determined phase difference (S520).

다음으로, 제어부는 생성된 복수의 PWM 스위칭 신호를 스위칭부의 복수의 스위칭 소자에 각각 인가하여 복수의 스위칭 소자를 각각 스위칭할 수 있다(S530).Next, the control unit may apply the generated plurality of PWM switching signals to the plurality of switching elements of the switching unit to respectively switch the plurality of switching elements (S530).

다음으로, 제어부는 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 전원부로부터 공급되는 전류를 해당 스위칭 소자의 PWM 스위칭 신호와 동일한 위상차를 갖는 사각파 형태로 복수의 발열체에 각각 인가하여 발열시킬 수 있다(S540).Next, the control unit may generate heat by applying the current supplied from the power supply unit according to the switching of the plurality of switching elements to each of the plurality of heating elements in the form of a square wave having the same phase difference as the PWM switching signal of the corresponding switching element (S540).

이때, 복수의 발열체는 동시에 발열되지 않고 PWM 스위칭 신호와 동일한 위상차를 갖는 사각파 형태의 전류에 의해 순차적으로 발열될 수 있다.At this time, the plurality of heating elements may not generate heat simultaneously but may be sequentially generated by a square wave current having the same phase difference as the PWM switching signal.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.The term '~unit' used in this embodiment refers to software or hardware components such as FPGA (field-programmable gate array) or ASIC, and the '~unit' performs certain roles. However, '~part' is not limited to software or hardware. The '~ part' may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce on one or more processors. Therefore, as an example, '~ part' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functions provided within the components and 'parts' may be combined into a smaller number of components and 'parts' or may be further separated into additional components and 'parts'. Additionally, components and 'parts' may be implemented to regenerate one or more CPUs within a device or a secure multimedia card.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art may make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can do it.

100: 발열체
200: 스위칭부
300: 전원부
400: 제어부100: heating element
200: switching unit
300: Power unit
400: Control unit

Claims (14)

복수의 발열체;
상기 복수의 발열체에 각각 연결되고, 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호에 따라 상기 복수의 발열체에 각각 해당 스위칭 신호와 동일한 위상차를 갖는 전류를 인가하는 복수의 스위칭 소자를 포함하는 스위칭부; 및
상기 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성하고, 상기 생성된 복수의 스위칭 신호를 상기 복수의 스위칭 소자에 각각 인가하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는,
상기 발열체의 개수가 N개인 경우, 360˚/N의 값을 위상차로 결정하고,
상기 결정된 360˚/N의 위상차를 갖는 N개의 스위칭 신호를 생성하고,
상기 N개의 스위칭 신호는 미리 정해진 듀티를 갖되,
액티브 구간에서 서로 중첩되는 영역이 존재하지 않도록 상기 듀티가 상기 발열체의 개수가 많아질수록 작아지고 상기 발열체의 개수가 적어질수록 커지는, 냉각수 히터.a plurality of heating elements;
A switching unit each connected to the plurality of heating elements and including a plurality of switching elements for applying a current having the same phase difference as the corresponding switching signal to the plurality of heating elements according to a plurality of switching signals having a predetermined phase difference; and
A control unit that generates a plurality of switching signals having the predetermined phase difference and applies the generated plurality of switching signals to the plurality of switching elements, respectively,
The control unit,
When the number of heating elements is N, the value of 360˚/N is determined as the phase difference,
Generating N switching signals having a phase difference of 360˚/N as determined above,
The N switching signals have a predetermined duty,
A coolant heater in which the duty decreases as the number of heating elements increases and increases as the number of heating elements decreases so that there are no overlapping areas in the active section. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 복수의 발열체를 적어도 하나의 발열체를 포함하는 발열체 그룹으로 그룹화하고,
상기 발열체 그룹의 개수에 따라 위상차를 결정하고, 상기 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성하는, 냉각수 히터.According to paragraph 1,
The control unit,
Grouping the plurality of heating elements into a heating element group including at least one heating element,
A coolant heater that determines a phase difference according to the number of heating element groups and generates a plurality of switching signals having the determined phase difference. 미리 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성하는 단계;
상기 생성된 복수의 스위칭 신호를 복수의 스위칭 소자에 각각 인가하여 상기 복수의 스위칭 소자를 각각 스위칭하는 단계; 및
상기 복수의 스위칭 소자의 스위칭에 따라 해당 스위칭 신호와 동일한 위상차를 갖는 전류를 복수의 발열체에 각각 인가하여 해당 발열체를 발열시키는 단계를 포함하되,
상기 제어부는,
상기 발열체의 개수가 N개인 경우, 360˚/N의 값을 위상차로 결정하고,
상기 결정된 360˚/N의 위상차를 갖는 N개의 스위칭 신호를 생성하고,
상기 N개의 스위칭 신호는 미리 정해진 듀티를 갖되,
액티브 구간에서 서로 중첩되는 영역이 존재하지 않도록 상기 듀티가 상기 발열체의 개수가 많아질수록 작아지고 상기 발열체의 개수가 적어질수록 커지는, 냉각수 히터의 발열을 제어하기 위한 방법.generating a plurality of switching signals having a predetermined phase difference;
applying the generated plurality of switching signals to each of the plurality of switching elements to respectively switch the plurality of switching elements; and
In accordance with the switching of the plurality of switching elements, applying a current having the same phase difference as the corresponding switching signal to each of the plurality of heating elements to generate heat in the corresponding heating elements,
The control unit,
When the number of heating elements is N, the value of 360˚/N is determined as the phase difference,
Generating N switching signals having a phase difference of 360˚/N as determined above,
The N switching signals have a predetermined duty,
A method for controlling heat generation of a coolant heater, wherein the duty decreases as the number of heating elements increases and increases as the number of heating elements decreases so that there are no overlapping areas in the active section. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 생성하는 단계에서는,
상기 복수의 발열체를 적어도 하나의 발열체를 포함하는 발열체 그룹으로 그룹화하고,
상기 발열체 그룹의 개수에 따라 위상차를 결정하고, 상기 결정된 위상차를 갖는 복수의 스위칭 신호를 생성하는, 냉각수 히터의 발열을 제어하기 위한 방법.In clause 7,
In the generating step,
Grouping the plurality of heating elements into a heating element group including at least one heating element,
A method for controlling heat generation of a coolant heater, determining a phase difference according to the number of heating element groups and generating a plurality of switching signals having the determined phase difference. 삭제delete 삭제delete
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