KR20080040093A - 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진과 전동기를 모두 구동원으로 이용하는 하이브리드 자동차에서 공조장치를 작동시키기 위한 전동 압축기를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 자동온도조절장치(FATC)가 작동되면 냉방 부하의 유무를 확인하여 냉방부하를 연산하고, 냉방 부하가 없으면 전동기 RPM을 0(zero)으로 설정하는 단계와; 냉방부하를 복수의 구간으로 구분하고, 냉방부하의 크기에 따라 목표 증발기 온도(TEO)를 각각 설정하는 단계와; 목표 증발기 온도(TEO)가 설정되면 실제 증발기 온도(TE)와 목표 증발기 온도(TEO)의 온도편차를 복수의 구간으로 구분하는 단계와; 상기 단계에서 설정된 냉방부하 구간 및 온도편차 구간에 따라 전동기 RPM을 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 냉방부하의 크기 및 실제 증발기 온도와 목표 증발기 온도의 온도편차에 따라 전동기 RPM을 설정하여 전동 압축기를 제어하게 되므로, 전동 압축기의 구동에 따른 배터리의 전력 소모를 최소화하여 연비 저하를 방지할 수 있다.

하이브리드 자동차, 전동기, 전동압축기, 자동온도조절장치, 목표증발기온도, 온도편차, 냉방부하

Description

하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법{The Control Method of Electric Compressor for Hybrid Car}

도 1은, 하이브리드 자동차의 공조장치 제어구조가 도시된 구성도.

도 2는, 본 발명에 의한 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법이 도시된 순서도.

도 3은, 본 발명에 따른 냉방부하 구간 및 실제 증발기 온도와 목표 증발기 온도의 온도편차에 따른 전동기 RPM 설정의 예가 도시된 도표.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

FATC(Full Automatic Temperature Controller): 자동온도조절장치

TEO(Temperature of Evaporator for Object): 목표 증발기 온도

TE(Temperature of Evaporator by sensor): 실제 증발기 온도

본 발명은 엔진과 전동기를 모두 구동원으로 이용하는 하이브리드 자동차에서 공조장치를 작동시키기 위한 전동 압축기를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 특히 냉방부하 및 실제 증발기 온도와 목표 증발기 온도의 온도편차에 따라 전동기 RPM을 가변 제어하여 연비를 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 공조장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기(11)와, 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(12)와, 응축된 냉매를 교축시키는 팽창밸브(13)와, 냉매의 증발에 따른 잠열을 이용하여 공기를 냉각시키는 증발기(14)로 이루어진 냉매 시스템(10)을 구비하고 있다. 이러한 공조장치는 블로워(도시 생략)에 의해 송풍되는 공기가 증발기(14)를 통과하도록 한 후, 냉각된 공기를 실내로 유입시킴으로써 냉방을 실시한다.

한편, 최근의 자동차에는 사용자가 공조장치를 직접 제어하지 않아도 사용환경, 즉 사용자 입력에 따른 공조조건과 외기온도 및 내기온도 등의 환경조건에 따라 최적화된 사양으로 온도를 조절할 수 있도록 한 자동온도조절장치(FATC; Full Automatic Temperature Controller, 20)가 구비된 공조장치가 널리 사용되고 있다.

즉, 사용자 조작 버튼(25)에 의해 설정된 공조조건과; 내기온도 센서(22)에 의해 감지되는 내기온도, 외기온도 센서(23)에 의해 감지되는 외기온도 및 일사량 센서(24)에 의해 감지되는 일사량 등의 환경 데이터를 이용하여 목표 증발기 온도(TEO; Temperature of Evaporator for Object)를 설정하고, 증발기 온도 센서(21)에 의해 감지되는 실제 증발기 온도(TE; Temperature of Evaporator by sensor)와 목표 증발기 온도(TEO)를 비교하여 공조장치를 제어함으로써 공조조건 및 환경조건에 따라 최적화된 사양으로 공조장치를 제어할 수 있도록 하고 있다.

여기서, 상기 냉매 시스템(10)의 압축기(11)는 엔진(도시 생략)에 의해 작 동되며, 엔진이 동작하지 않는 경우에는 압축기(11) 역시 작동되지 않으므로 냉매가 압축되지 않아 냉방이 불가능하다. 이에 따라, 엔진과 전동기를 모두 구동원으로 하는 하이브리드 자동차의 경우에는 엔진이 작동되지 않더라도 압축기가 작동될 수 있도록 전동 압축기를 사용하고 있다. 즉, 배터리에 의해 구동되는 모터가 일측에 구비된 전동 압축기를 사용함으로써 엔진의 동작 여부와는 무관하게 냉매의 압축이 가능하도록 하고 있다.

이러한 하이브리드 압축기의 공조장치에서는 전동 압축기에 의해 냉매가 압축되므로, 엔진이 정지된 상태는 물론 엔진이 아닌 전동기를 이용하여 주행할 경우에도 공조가 가능하게 된다.

그런데, 전동 압축기의 모터를 구동하기 위해서는 차량에 구비된 배터리의 전력을 사용하게 되고, 장시간의 전동 압축기 구동에 따라 배터리의 전력이 소모되면 이를 충전하여야만 전동기를 이용한 주행이 가능하게 된다. 일반적으로 배터리의 충전은 엔진의 작동에 의해 이루어지게 되므로, 전동 압축기를 장시간 동안 구동하게 되면 연비가 하강하게 된다.

다시 말해서, 종래의 하이브리드 자동차의 공조장치는 전동 압축기의 구동에 따라 배터리 전력이 소모되어 배터리 충전을 요구하게 되므로 배터리 충전을 위한 엔진 구동으로 연비가 저하되는 문제점이 있다.

더욱이 전동 압축기를 구동함에 있어 냉방부하에 관계없이 제어하여 냉방부하가 작을 경우에도 최대의 냉방부하시 요구되는 속도로 전동압축기를 구동하게 되므로 배터리의 전력이 낭비되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉방부하의 크기 및 실제 증발기 온도와 목표 증발기 온도의 온도편차에 따라 적절한 전동기 RPM을 설정하여 전동 압축기를 제어함으로써 전동 압축기의 구동에 따른 배터리의 전력 소모를 줄여 연비 저하를 방지할 수 있도록 한 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

또, 본 발명은 냉방부하의 크기를 복수의 구간으로 구분하고 각 구간에 따른 목표 증발기 온도를 다르게 설정한 후 온도편차를 계산하여 전동기 RPM을 설정함으로써 사용자가 요구하는 냉방 성능을 만족하면서도 전동 압축기의 구동에 따른 배터리의 전력 소모를 줄일 수 있도록 한 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 실제 증발기 온도와 목표 증발기 온도 사이의 온도편차에 따라 각각 다른 전동기 RPM을 설정함으로써 빠른 냉방이 가능해지도록 하면서도 전동 압축기의 구동에 따른 배터리의 전력 소모를 줄일 수 있도록 한 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법에 따르면, 엔진과 전동기를 모두 구동원으로 하는 하이브리드 자동차에서 냉매를 압축하는 전동 압축기를 제어하는 방법에 있어서, 자동온도조절장치(FATC)가 작동되면 냉방 부하의 유무를 확인하여 냉방부하를 연산하고, 냉방 부하가 없으 면 전동기 RPM을 0으로 설정하는 단계와; 냉방부하를 복수의 구간으로 구분하고, 냉방부하의 크기에 따라 목표 증발기 온도(TEO)를 각각 설정하는 단계와; 목표 증발기 온도(TEO)가 설정되면 실제 증발기 온도(TE)와 목표 증발기 온도(TEO)의 온도편차를 복수의 구간으로 구분하는 단계와; 상기 단계에서 설정된 냉방부하 구간 및 온도편차 구간에 따라 전동기 RPM을 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법에 따르면, 상기 목표 증발기 온도(TEO)는 상기 냉방부하 구간에 따라 다르게 설정되며, 냉방부하가 큰 제1구간(MAX)에서는 2~4℃, 냉방부하가 보통인 제2구간(MID)에서는 5~7℃, 냉방부하가 작은 제3구간(MIN)에서는 8~12℃로 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법에 따르면, 상기 온도편차 구간은 온도편차의 범위에 따라 3개의 구간으로 구분되며, 온도편차가 10℃ 이상인 경우에는 제1구간(MAX), 온도편차가 5~10℃인 경우에는 제2구간(MID), 온도편차가 5℃ 이하인 경우에는 제3구간(MIN)으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법이 도시된 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 냉방부하 구간 및 실제 증발기 온도와 목표 증발기 온도의 온도편차에 따른 전동기 RPM 설정의 예가 도시된 도표이다.

본 발명에 의한 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법은, 자동온도조 절장치(FATC)가 작동되면 냉방 부하의 유무를 확인하여 냉방부하를 연산하고, 냉방 부하가 없으면 전동기 RPM을 0으로 설정하는 단계와; 냉방부하를 3단계로 구분하고, 냉방부하의 크기에 따라 목표 증발기 온도(TEO)를 각각 설정하는 단계와; 목표 증발기 온도(TEO)가 설정되면 실제 증발기 온도(TE)와 목표 증발기 온도(TEO)의 온도편차를 3단계로 구분하는 단계와; 상기 단계에서 설정된 냉방부하 구간 및 온도편차 구간에 따라 전동기 RPM을 설정하는 단계와; 설정된 전동기 RPM에 따라 전동 압축기를 제어하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 냉방부하는 사용자 설정온도와 내기온도, 외기온도, 일사량에 의해 결정되는 함수이며, 냉방부하는 그 크기에 따라 냉방부하가 큰 제1구간(MAX)과 냉방부하가 보통인 제2구간(MID) 및 냉방부하가 작은 제3구간의 3개의 구간으로 구분된다.

그리고, 상기 목표 증발기 온도(TEO)는 상기 냉방부하 구간에 따라 다르게 설정되는데, 냉방부하가 큰 제1구간(MAX)에서는 2~4℃, 냉방부하가 보통인 제2구간(MID)에서는 5~7℃, 냉방부하가 작은 제3구간(MIN)에서는 8~12℃로 설정된다. 따라서, 냉방부하 구간에 따라 블로워 전압을 제어하여 증발기로 공급되는 풍량을 조절할 수 있게 된다. 이는 냉방부하가 클수록 목표 증발기 온도를 낮게 설정하여 빠른 냉방이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

또, 상기 온도편차 구간은 온도편차의 범위에 따라 3개의 구간으로 구분되며, 온도편차가 10℃ 이상인 경우에는 제1구간(MAX), 온도편차가 5~10℃인 경우에는 제2구간(MID), 온도편차가 5℃ 이하인 경우에는 제3구간(MIN)으로 설정된다.

이에 따라 전동기 RPM은 냉방부하 구간 및 온도편차 구간의 조합에 따라 총 9개의 구간으로 설정될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 도표와 같이, 3개의 냉방부하 구간과 역시 3개로 구분된 온도편차 구간의 조합에 따라 전동기 RPM은 총 9개의 구간으로 세분화되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법은 전동 압축기를 외부 프로그램을 통해 제어함으로써 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.

온도조절장치(FATC)가 작동되면 냉방 부하의 유무를 확인하여 냉방부하를 연산하고, 냉방 부하가 없으면 전동기 RPM을 0으로 설정한다. 냉방부하는 사용자의 설정온도와, 외기센서에 의한 외기온도, 내기 센서에 의한 내기 온도 및 일사량 센서에 의한 일사량을 이용하여 연산한다.

냉방부하의 연산이 완료되면 냉방부하의 크기에 따라 냉방부하가 큰 제1구간(MAX)과, 냉방부하가 보통인 제2구간(MID) 및 냉방부하가 작은 제3구간(MIN)으로 구분하고, 냉방부하 구간에 따라 목표 증발기 온도(TEO)를 각각 설정한다. 즉, 상기 목표 증발기 온도(TEO)는 3개의 냉방부하 구간에 따라 각각 다르게 설정하는데, 냉방부하가 큰 제1구간(MAX)은 2~4℃(A), 냉방부하가 보통인 제2구간(MID)은 5~7℃(B), 냉방부하가 작은 제3구간(MIN)은 8~12℃(C)로 설정한다.

이와 같이 냉방부하가 크면 목표 증발기 온도(TEO)가 낮게 설정되므로 공조장치의 블로워 전압이 높게 하여 풍량을 증대시킴으로써 빠른 냉방이 이루어지게 하고, 냉방부하가 작으면 목표 증발기 온도(TEO)가 높게 설정되므로 공조장치의 블 로워 전압이 낮게 하여 풍량을 줄임으로써 천천히 냉방이 이루어지도록 할 수 있다.

상기와 같이 목표 증발기 온도(TEO)가 설정되면 실제 증발기 온도(TE)와 목표 증발기 온도(TEO)의 온도편차를 구한다. 즉, 증발기 온도 센서에 의해 감지된 실제 증발기 온도(TE)와 목표 증발기 온도(TEO)의 온도편차를 구하게 되며, 이 온도편차를 그 크기에 따라 3개의 구간으로 구분한다. 즉, 상기 온도편차가 10℃ 이상인 경우 제1구간(MAX), 온도편차가 5~10℃인 경우에는 제2구간(MID), 온도편차가 5℃ 이하인 경우에는 제3구간(MIN)으로 설정한다.

이와 같이 냉방부하 구간 및 온도편차 구간가 결정되면, 냉방부하 구간 및 온도편차 구간에 따라 전동기 RPM을 설정한다. 이때, 전동기 RPM은 3개로 구분된 냉방부하 구간 및 역시 3개로 구분된 온도편차 구간의 조합에 따라 총 9개의 구간으로 세분화된다.

즉, 냉방부하가 크고(제1구간) 온도편차 역시 10℃ 이상으로 큰(제1구간) 경우(MAX-MAX)에는 전동기 RPM을 7000으로 설정하고, 냉방부하가 크고(제1구간) 온도편차가 5~10℃로 보통인(제2구간) 경우(MAX-MID)에는 전동기 RPM을 6000으로 설정한다. 그리고, 냉방부하가 작고(제3구간) 온도편차 역시 5℃ 미만으로 작은(제3구간) 경우(MIN-MIN)에는 전동기 RPM을 1000으로 설정한다. 이러한 방식으로 전동기 RPM을 설정하게 되면, 냉방부하 구간 및 온도편차 구간의 조합에 따라 전동기 RPM을 총 9개의 구간으로 세분화하여 설정한 상태로 전동 압축기를 제어할 수 있다.

이에 따라 최소의 전력을 이용하여 사용자가 원하는 냉방 성능을 만족하는 공조 기능을 수행할 수 있게 된다. 즉, 냉방부하가 크고 온도편차가 큰 경우에는 전동 압축기의 RPM을 크게 하여 빠른 냉방이 가능하도록 하고, 냉방부하가 작고 온도편차 역시 작은 경우에는 전동 압축기의 RPM을 작게 설정하여 배터리의 전력 소모를 최소화하게 된다.

따라서, 전동 압축기의 구동에 따른 배터리의 전력 소모를 줄일 수 있게 되고, 배터리 충전을 위한 엔진 구동을 방지하여 연비가 하락하는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법에 따르면, 냉방부하의 크기 및 실제 증발기 온도와 목표 증발기 온도의 온도편차에 따라 적절한 전동기 RPM을 설정하여 전동 압축기를 제어하게 되므로, 전동 압축기의 구동에 따른 배터리의 전력 소모를 최소화하여 연비 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법에 따르면, 냉방부하의 크기에 따라 목표 증발기 온도를 다르게 설정한 후 온도편차에 따라 전동기 RPM을 설정하게 되므로, 사용자가 요구하는 냉방 성능을 만족하면서도 전동 압축기 의 구동에 따른 배터리의 전력 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법에 따르면, 실제 증발기 온도와 목표 증발기 온도 사이의 온도편차에 따라 각각 다른 전동기 RPM을 설정하므로, 빠른 냉방이 가능해지도록 하면서도 전동 압축기의 구동에 따른 배터리의 전력 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 엔진과 전동기를 모두 구동원으로 하는 하이브리드 자동차에서 냉매를 압축하는 전동 압축기를 제어하는 방법에 있어서,

   자동온도조절장치(FATC)가 작동되면 냉방 부하의 유무를 확인하여 냉방부하를 연산하고, 냉방 부하가 없으면 전동기 RPM을 0(zero)으로 설정하는 단계와;

   냉방부하를 복수의 구간으로 구분하고, 냉방부하의 크기에 따라 목표 증발기 온도(TEO)를 각각 설정하는 단계와;

   목표 증발기 온도(TEO)가 설정되면 실제 증발기 온도(TE)와 목표 증발기 온도(TEO)의 온도편차를 복수의 구간으로 구분하는 단계와;

   상기 단계에서 설정된 냉방부하 구간 및 온도편차 구간에 따라 전동기 RPM을 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 목표 증발기 온도(TEO)는 상기 냉방부하 구간에 따라 다르게 설정되며, 냉방부하가 큰 제1구간(MAX)에서는 2~4℃, 냉방부하가 보통인 제2구간(MID)에서는 5~7℃, 냉방부하가 작은 제3구간(MIN)에서는 8~12℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 온도편차 구간은 온도편차의 범위에 따라 3개의 구간으로 구분되며, 온도편차가 10℃ 이상인 경우에는 제1구간(MAX), 온도편차가 5~10℃인 경우에는 제2구간(MID), 온도편차가 5℃ 이하인 경우에는 제3구간(MIN)으로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차용 전동 압축기의 제어방법.

Images