KR20060119163A - 차량용 공기조화장치의 피티씨 히터 제어방법 - Google Patents

차량용 공기조화장치의 피티씨 히터 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 FET를 통해 모터의 구동 전압을 이용함으로써 PTC히터의 과열을 효율적으로 방지할 수 있는 차량용 공기조화장치의 PTC히터 제어방법을 개시한다.
본 발명은 히터 컨트롤러(90)로부터 송풍기(20)의 온(on) 신호를 수신하여 PTC히터(40)를 제어하는 전자제어유닛(81)을 이용한 차량용 공기조화장치의 PTC히터(40) 제어방법에 있어서, 1) 상기 히터 컨트롤러(90)가 상기 송풍기(20)에 구동력을 제공하는 모터(10)의 양단 전압을 측정하는 단계; 및 2) 상기 측정된 전압이 설정 전압보다 이하일 때 상기 히터 컨트롤러(90)로부터 상기 전자제어유닛(81)에 송신되는 송풍기(20)의 온 신호가 절신되어 상기 PTC히터(40)의 발열이 중지되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
PTC(Positive Temperature coefficient Resistor), ECU(Electrical Control Unit), ATC(Automatic Temperature Control).

Description

차량용 공기조화장치의 피티씨 히터 제어방법{Control Method for PTC-heater in air conditioner in vehicle}
도 1은 공기조화장치의 케이스 단면도.
도 2는 본 발명에 속하는 PTC히터를 나타내는 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 속하는 FET 응용 회로도.
도 4는 본 발명의 PTC히터 제어 회로도.
도 5는 PTC히터 제어 프로세스를 나타내는 플로우 차트.
**** 도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명 ****
10: 모터 20: 송풍기
30: 히터코어 40: PTC히터
41a,41b,41c: 제1,2,3PTC소자 50: 증발기
71: 배터리 72: 이그니션(ignition)
73: 스위치 74: 송풍기 릴레이
81: ECU 84a,84b,84c: 제1,2,3PTC릴레이
90: 히터 컨트롤러
본 발명은 PTC히터 제어방법에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 PTC히터의 과열을 방지하기 위한 PTC히터의 제어방법에 관한 것으로, 차량용 공기조화장치에 있어서 송풍기의 오작동 또는 불의의 사고 등으로부터 발생할 수 있는 PTC히터의 과열을 방지하도록 차량용 공기조화장치의 PTC히터 제어방법에 관한 것이다.
차량용 공기조화시스템은 하절기에는 내부 온도를 낮추기 위하여 냉기를 공급하며, 동절기에는 내부 온도를 높이기 위하여 온기를 공급한다.
도 1에 공기조화시스템에서 열교환되는 공기의 유동이 도시되었다. 난방의 경우, 히터코어(heater core)(30)를 유동하는 고온의 냉각수가 송풍기(20)로부터 송풍되는 공기와 열교환하고, 이 열교환에 의해 따뜻해진 공기가 각 벤트(vent)(60)를 통해 차량 내부로 유입된다. 도 1에서, 각각 미설명 도면부호 50은 난방시 이용되는 증발기이고, 10은 송풍기(20)에 구동력을 제공하는 모터이다.
그러나 초기 난방에 있어서 엔진이 구동된 후 냉각수가 히터코어(30)를 유동하기까지는 일정 시간이 소요되므로, 차량 시동 후 곧바로 난방이 이루어지지 않는다. 따라서 초기 난방을 위하여 주행 전 소정 시간 엔진을 공회전시켜야 하는데, 이는 에너지 절감, 환경오염 등의 측면에 있어서 바람직하지 못하다.
이를 해결하기 위하여 보조히터가 제안되었다. 보조히터는 차량의 초기 난방을 위하여 냉각수가 가열되기 전까지 일정 시간 열을 발산한다.
상기 보조히터로는 주로 도 2에 도시된 PTC히터(40)가 사용된다. PTC히터 (40)에 이용되는 PTC소자(41)는 정저항온도계수(正抵抗溫度係數)를 가진 정특성 서미스터(Postive Temperature coefficient Thermistor, PTC소자)로서, 열선코일을 이용한 종래의 히터와는 달리 화재의 위험이 적고 수명이 길어 반영구적으로 사용할 수 있다. 도 2에서 각각 미설명 도면부호 42a는 방열판, 42b는 방열핀, 43은 절연판, 44는 엔드바(end bar), 45는 하우징(housing)이다.
이러한 PTC히터(40)는 히터코어(30) 전방 또는 후방에 마련되어(도 1 참조) 히터코어(30)에 고온의 냉각수가 유동하기 전까지 발열함으로써 차량 내부를 효과적으로 초기난방할 수 있다. 그러나 엔진이 구동된 후 일정 시간이 지나면 히터코어(30)가 충분히 발열하여 원활한 난방이 이루어지므로, PTC히터(40)는 바람직하게는 에너지 절감을 위하여 차량의 초기 구동시에만 이용되어야 한다.
한편, PTC히터(40) 및 히터코어(30) 및 이들에게 공기를 송풍하는 송풍기(20)를 제어하기 위하여, 공기조화장치에는 히터 컨트롤러 및 전자제어유닛(ECU, Electrical Control Unit)이 마련되는데, 상기 히터 컨트롤러와 ECU를 이용한 PTC히터의 제어방법을 살펴보면 다음과 같다.
송풍기(20)가 작동되면, 히터 컨트롤러가 송풍기 온(on)신호를 ECU에 송신한다. ECU는 상기 신호를 수신하고 기타 설정된 정보를 취합/판단하여 PTC히터(40)에 전원을 인가한다. PTC히터(40)가 구동되면, 즉, PTC소자(41)에 전원이 인가되면 그 구동신호를 히터 컨트롤러가 수신하여 순차적으로 다른 PTC소자가 발열한다. 이때, 송풍기 온(on)신호는 운전자가 차실내에 위치한 송풍기 버튼을 “on”했음을 의미한다.
그러나 이와 같은 제어방법은 송풍기(20)가 오작동하거나, 송풍기(20)에 구동력을 제공하는 모터(10)의 고장이 발생할 경우에도 상기 히터 컨트롤러가 송풍기 온(on)신호를 ECU에 송신하는 문제점이 발생한다. 따라서 송풍기(20)로부터 송풍이 없음에도 불구하고 PTC히터(40)가 가동됨으로써, 열교환이 발생하지 아니하여 PTC히터(40)가 과열되는 문제점이 유발되고, 이에 따라 차량 화재가 발생할 수 있는 우려가 있다.
본 발명은 종래의 문제점들을 감안하고 이를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 송풍기에 구동력을 제공하는 모터의 구동 유무를 판별하고, 이로부터 송풍기의 동작 여부를 판단하여 PTC히터의 구동을 제어함으로써 PTC히터의 과열 및 오동작을 방지할 수 있는 차량용 공기조화장치의 PTC히터 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 히터 컨트롤러(90)로부터 송풍기(20)의 온(on) 신호를 수신하여 PTC히터(40)를 제어하는 전자제어유닛(81)을 이용한 차량용 공기조화장치의 PTC히터(40) 제어방법에 있어서, 1) 상기 히터 컨트롤러(90)가 상기 송풍기(20)에 구동력을 제공하는 모터(10)의 양단 전압을 측정하는 단계; 및 2) 상기 측정된 전압이 설정 전압보다 이하일 때 상기 히터 컨트롤러(90)로부터 상기 전자제어유닛(81)에 송신되는 송풍기(20)의 온 신호가 절신되어 상기 PTC히터(40)의 발열이 중지되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것이 특징이다.
상기 2)단계는, 구체적으로, 상기 송풍기(20)의 온(on) 신호가 절신되면 상기 전자제어유닛(81)이 제1PTC릴레이(84a)를 폐쇄하여 제1PTC소자(41a)의 전원공급이 중단되는 단계; 및 상기 제1PTC소자(41a)의 발열이 멈추면 히터콘트롤러(90)가 PTC 오프(off) 신호를 수신하고, 순차적으로 제2,3PTC릴레이(84b,84c)가 폐쇄되어 제2,3PTC소자(41b,41c)의 전원공급이 중단되는 단계;로 이루어질 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 PTC히터(40) 제어방법을 살펴본다.
본 발명은 송풍기(20)에 전력을 공급하는 모터(10)의 양단 구동 전압을 측정하여, 이 구동전압이 설정 전압보다 낮을 경우 상기 송풍기(20)가 구동되지 않는 것으로 판단하고 PTC히터(40)의 발열을 중지시킴에 특징이 있다.
도 3은 FET 응용 회로도이다. 상기 FET(Field-Effect Transistor, 전계효과 트랜지스터)는 반도체 결정 내의 도전작용을 이용한 증폭용 반도체 소자로서, 입력 전압으로 출력 전류를 제어하는 특성이 있다. 도 3에서, FATC(Full Automatic Temperature Control)는 전자동 온도제어컨트롤이다. 송풍기(20)를 구동하는 모터(10)는 배터리(71)로부터 전원이 인가되며, 스위치(73)에 의해 구동이 제어되고 있다. 상기 배터리(71), 스위치(73) 및 모터(10)는 송풍기 릴레이(relay, 繼電器)(74)에 의해 개폐되고 있고, 상기 송풍기 릴레이(74)는 일단이 접지(earth)되어 있다(GND). 그리고 송풍기 릴레이(74)는 스위치(73)의 접점에 의해 회로를 개폐함으로써 배터리(71)로부터 모터(10)가 통전된다. 도 3에서, 미설명 도면부호 72는 이그니션(ignition)이다.
도 4는 본 발명의 PTC히터 제어 회로도, 도 5는 PTC히터 제어 프로세스를 도시한 플로우 차트이다.
히터 컨트롤러(90)는 이 송풍기 온(on) 신호를 ECU(Electrical Control Unit, 전자제어유닛)(81)에 전송하고(s30), ECU(81)는 이 송풍기 온(on) 신호를 수신하여(s30) 송풍기(20)가 구동 상태인 것으로 판단하고 제1PTC소자(41a)에 전원을 인가한다. 이때, 제1PTC릴레이(84a)가 개방되어 제1PTC소자(41a)에 전원이 공급된다.
여기서, 도시된 실시 예에서는 PTC히터(40)에 3개의 PTC소자(41a,41b,41c)가 구비되었다.
제1PTC릴레이(84a)가 개방되고 제1PTC소자(41a)에 전원이 인가되어 상기 제1PTC소자(41a)가 발열하면(s40), 히터 컨트롤러(90)가 PTC 온(on) 신호를 수신하여 순차적으로 제2,3PTC릴레이(84b,84c)를 개방한다. 제2,3PTC릴레이(84b,84c)가 개방되면, 각각 제2,3PTC소자(41b,41c)에 전원이 인가되어 상기 제2,3PTC소자(41b,41c)가 발열한다(s40).
이와 같이 PTC히터(40)가 발열되는 상태(s40)에서, 모터(10)의 구동 여부를 판단하기 위하여 히터 컨트롤러(90)가 모터(10)의 양단 전압을 측정한다(s50). 종래의 매뉴얼 컨트롤의 경우에는 주로 접점식 4단 송풍기 스위치를 사용하였고, 모터(10) 양단 전압을 확인하는 단자가 컨트롤러에 구성되어 있지 않았다. 그러나 FET를 이용하면 송풍기(20)를 8단으로 제어할 수 있으며, 이를 위하여 모터(10)의 양단 전압을 확인하고 설정 전압으로 제어한다. 따라서 별도의 단자를 추가하지 않 고 기존의 단자값을 이용하며, 그리고 도 3 및 도 4에서 모터(10)의 양단(D-G) 전압차는 그리 크지 않기 때문에 본 발명에서는 종래의 트랜지스터에 채택된 하이-스피드 릴레이(Hi-seed Relay)(미도시)가 필요치 않다. 또한, 모터(10)는 소모전력이 낮으므로, FET의 게이트 전류가 거의 흐르지 않아 전력 효율이 높아지며, 히터 컨트롤러(90)에 추가적인 별도의 단자를 요하지 아니하므로 본 발명에 바람직하게 채택될 수 있는 것이다.
히터 컨트롤러(90)에는 모터(10)의 설정 전압(임계 전압)이 기 입력되어 있다. 상기 히터 컨트롤러(90)는 측정된 모터(10)의 구동 전압(Vdrive)을 입력된 설정 전압(Vcritical)과 비교/판단하여(s60), 구동 전압이 설정 전압에 비하여 큰 경우(Vdrive≥Vcritical), 송풍기(20)가 정상 상태인 것으로 해석한다.
상기 설정 전압은 예컨대 오차범위 3.8V±0.7V이다.
만일 확인된 모터(10)의 구동 전압이 설정 전압 미만이라면(Vdrive＜Vcritical) 모터(10)가 비정상 상태인 것으로 판단하여 ECU(81)에 송풍기 on 신호를 송신하지 않고 PTC히터(40)의 작동이 중지되도록 구성된다. 즉, 측정된 구동 전압이 설정 전압보다 작을 경우, 히터 컨트롤러(90)는 송풍기(20)가 비정상 상태이거나 작동이 정지(off)된 것으로 판단하고, 송신중이던 송풍기 온 신호를 절신(絶信)한다(s70).
수신하던 송풍기 온 신호가 절신되면 ECU(81)는 제1PTC릴레이(84a)를 폐쇄한다. 상기 제1PTC릴레이(84a)가 폐쇄되면, 제1PTC소자(41a)에 전원 공급이 중단되고, 제1PTC소자(41a)는 발열을 멈춘다. 제1PTC소자(41a)의 발열이 멈추면 히터 컨 트롤러(90)는 PTC 오프(off) 신호를 수신하고(s80), 순차적으로 제2,3PTC릴레이(84b,84c)를 폐쇄한다. 제2,3PTC릴레이(84b,84c)가 폐쇄되면 각각 제2,3PTC소자(41b,41c)에 전원 공급이 중단되고, 상기 제2,3PTC소자(41b,41c)는 발열을 멈춘다(s90).
이와 같은 설명은 송풍기(20)의 단선/단락 또는 모터(10)의 오동작 등에 의한 제어에 한한다. 그러나 차량의 시동이 꺼지거나 사용자의 선택에 의해 “off”신호가 입력되면 모터(10)의 구동이 멈추고 따라서 모터(10)의 양단 전압도 저하되므로, 위 설명한 바와 같은 프로세스에 의해 PTC히터(40)의 발열이 멈춘다.
PTC히터(40)는 주로 차량의 초기 난방시 히터코어(30)에 고온의 냉각수가 유동하기 전까지 보조히터로써 이용된다. 그러나 냉각수에 의한 안정적인 난방이 이루어진다면 PTC히터(40)의 발열이 필요치 않은 경우가 대부분이다. 따라서 ECU(81)에 PTC히터(40)의 타임 릴레이를 설정한다면 초기 난방시 PTC히터(40)의 발열 시간을 설정할 수 있을 것이다.
또한, PTC히터(40)의 발열이 종료된 후에도 히터 컨트롤러(90)가 모터(10)의 전압을 측정하게 되면, PTC히터(40)의 동작 유무와 무관하게 송풍기(20)의 정상/비정상 상태를 판단할 수 있으며, 점등 가능한 램프 등을 구비하면 송풍기(20) 및/또는 모터(10)의 오동작, 고장 유무 등을 육안으로 확인할 수도 있을 것이다.
이상과 같이 이루어지는 본 발명에 따른 차량용 공기조화장치의 PTC히터 제어방법은 종래의 방법과는 달리 FET를 통해 모터의 구동 전압을 이용함으로써, 보 다 간단하고 간편하게 PTC히터의 과열을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 채택하는 기술구성이 적으므로, 실시가 용이하며 비용을 절감할 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 차량용 공기조화장치의 PTC히터 제어방법에 대하여 상술하였으나, 본 발명은 아래의 특허청구범위에 의해 그 기술적 사상과 구성이 정의되는 것으로, 제시된 기술적 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시 가능한 모든 예들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (2)

  1. 히터 컨트롤러(90)로부터 송풍기(20)의 온(on) 신호를 수신하여 PTC히터(40)를 제어하는 전자제어유닛(81)을 이용한 차량용 공기조화장치의 PTC히터(40) 제어방법에 있어서,
    1) 상기 히터 컨트롤러(90)가 상기 송풍기(20)에 구동력을 제공하는 모터(10)의 양단 전압을 측정하는 단계; 및
    2) 상기 측정된 전압이 설정 전압보다 이하일 때 상기 히터 컨트롤러(90)로부터 상기 전자제어유닛(81)에 송신되는 송풍기(20)의 온 신호가 절신되어 상기 PTC히터(40)의 발열이 중지되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PTC히터(40) 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 2)단계는,
    상기 송풍기(20)의 온(on) 신호가 절신되면 상기 전자제어유닛(81)이 제1PTC릴레이(84a)를 폐쇄하여 제1PTC소자(41a)의 전원공급이 중단되는 단계; 및
    상기 제1PTC소자(41a)의 발열이 멈추면 히터콘트롤러(90)가 PTC 오프(off) 신호를 수신하고, 순차적으로 제2,3PTC릴레이(84b,84c)가 폐쇄되어 제2,3PTC소자(41b,41c)의 전원공급이 중단되는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 PTC히터(40) 제어방법.
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