KR20100018230A - 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어컨의 압축 부하가 큰 경우, 전동압축기의 모터에서 생성되는 토크를 넘어서서 인버터에 과전류가 발생될 경우, 인버터의 정지없이 모터의 회전수만을 감소시켜 정격 출력 및 토크는 유지시킬 수 있으며, 과부하로 인해 모터의 구동가능 토크를 초과한 경우에도 각속도인 회전수를 감소시켜 토크를 증가시킬 수도 있어 차량의 에어컨에서는 지속적으로 운전자에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있으며, 인버터 및 전동압축기의 위험 요소를 줄여 2차 손상을 방지할 수 있는 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

그 기술적 구성은 차량의 공조장치에서 인버터 일체형 전동압축기를 구동시키기 위한 모터의 목표 회전수를 산출하는 제1 단계; 상기 목표 회전수에 따라 구동되는 모터에 인가된 전류가 제어부에 기 설정된 임계값을 초과하는지의 여부를 확인하는 제2 단계; 상기 모터로 인가된 전류가 임계값을 초과한 경우, 상기 목표 회전수를 감소시켜 전류를 감소시키는 피드백 제어를 수행하고, 상기 모터로 인가된 전류가 임계값을 초과하지 않은 경우, 상기 목표 회전수에 따라 모터를 회전시키는 제3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

차량, 공조장치, 에어컨, 전동압축기, 증발기, 모터, 과전류, 토크, 회전수

Description

차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING ONE BODY TYPE ELECTRIC COMPRESSOR OF AIR CONDITIONING SYSTEM FOR A VEHICLE}

본 발명은 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법에 관한 것으로, 전동압축기를 구동하는 인버터 부하에 의한 과전류 발생을 방지하고, 에어컨을 정지시키지 않고도 회전수를 감소시켜 과전류에 의한 손상을 막을 수 있는 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 공조장치는 외부 또는 차량 내부에서 공기를 도입하여 가열 또는 냉각시키고, 이를 자동차의 실내로 송풍시킴으로써 자동차 실내를 냉방하거나 난방하는 장치이다.

이를 보다 상세히 설명하되, 본 명세서에서는 냉방 구동에 관련된 기술만을 설명하도록 한다. 첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이, 차량용 공조장치(1)의 냉방 구동은 하기와 같다.

우선, 엔진(미도시)의 동력을 전달받아 구동되는 전동압축기(12)에 의해 압 축된 냉매가 응축기(14)로 유입되면 냉각팬(미도시)의 강제 송풍에 의해 열교환되어 응축되고 리시버 드라이버(16), 팽창 밸브(18) 및 증발기(20)를 차례로 거치게 된다.

여기서, 전동압축기(12)로 재유입되는 과정에서, 블로워 유닛(22)의 송풍팬(24)에 의해 송풍되는 공기가 증발기(20)를 거치는 냉매와 열교환되어 냉기 상태로 실내로 유입됨으로써, 자동차의 실내가 냉방된다.

여기서, 차량의 전면 유리에 발생된 성에를 제거하기 위한 디프로스트 벤트(Defrost Vent, 36), 실내의 상부면으로 공기가 송풍되기 위한 페이스 벤트(Face Vent, 38), 실내의 하부면으로 공기가 송풍되기 위한 풋 벤트(Foot Vent, 40)가 각각 설치되어 있다.

또한, 상기 각 벤트(36, 38, 40)는 사용자의 모드 선택에 따라 개폐되는데, 이를 위하여 액츄에이터로 일정 각도 회전되는 도어(42, 44, 46)가 설치되어 있으며, 사용자의 선택에 따라 각 벤트(36, 38, 40)의 개폐 여부 및 개도량이 조절된다.

그리고, 차량용 공조장치(1)에는 블로워 유닛(22)의 블로워 케이스(26) 상단부 양쪽에 외기 유입구(28) 및 내기 유입구(30)가 형성되어 있는데, 공조에 필요한 공기를 차량의 내부에서 유입시킬 것인지 또는 차량의 외부에서 유입시킬 것인지에 대한 사용자의 선택에 따라 전환 도어(32)가 회동됨으로써 선택적으로 개폐된다.

한편, 전동압축기(12)를 구동시키기 위해서는 자동차를 주행시키기 위한 주동력 모터(미도시)와는 별도로 구비된 모터(50)를 이용하며, 상기 모터(50)는 부하 에 따라 그 속도가 증감되도록 인버터(60)에 의해 제어된다.

여기서, 인버터(60)는 전류원인 직류를 3상 모터(50) 구동을 위해 교류로 변환 및 제어가 가능하도록 구비된 장치이며, 그 주요 구성 소자로는 반도체 등이 있는데, 제어를 위한 스위칭 동작시에 발생된 열로 인해 손상을 입을 수도 있다.

따라서, 상기 인버터(60)가 열에 의해 오동작하는 것을 방지하기 위하여, 모터(12)의 작동중에는 인버터(60)를 지속적으로 냉각시켜야 할 필요가 있고, 이를 위하여 인버터(60)의 일측에 방열판을 부착하거나 또는 모터(50)의 구동가능 토크값이 초과된 경우에는 전동압축기(12)의 구동을 정지하는 등의 기술이 주로 사용되었다.

그러나, 인버터를 냉각시키는 방열판의 경우, 고온 상태를 충분히 냉각시키기 위해 방열판의 면적이 비례하여 증가되기 때문에, 전체적인 부품 크기 및 개수가 증가하여 제조 단가 및 비용이 상승하고, 인버터에서 전동압축기의 구동을 정지하는 경우에는, 과전류 및 열로부터 인버터는 보호되지만 전동압축기의 구동이 중단됨과 동시에 냉방 효율이 급격히 저하되어 차량의 냉방이 중지되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 차량용 공조장치의 전동압축기에 고부하가 걸린 경우, 전동압축기의 동작을 정지시키지 않고도 회전수를 감소시켜 과전류로 인한 파손을 미연에 방지시킬 수 있는 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 전동압축기를 구동시키는 모터의 최대 정격 출력과 토크는 유지시킬 수 있기 때문에, 지속적으로 냉방 상태를 유지시킬 수 있음과 동시에 차량 냉방이 급격히 떨어지지 않아 사용자의 감성 품질을 증가시킬 수 있는 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 과전류가 걸린 상태에도 회전수를 줄여 전류를 제한하기 때문에 모터가 정지되지 않고, 모터의 정지로 인한 재기동 전력이 요구되지 않아 소비 전력이 감소하여 전력 효율이 증가될 수 있는 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량의 공조장치에서 인버터 일체형 전동압축기를 구동시키기 위한 모터의 목표 회전수를 산출하는 제1 단계; 상기 목표 회전수에 따라 구동되는 모터에 인가된 전류가 제어부에 기 설정된 임계값을 초과하는지의 여부를 확인하는 제2 단계; 상기 모터로 인가된 전류가 임계값을 초과한 경우, 상기 목표 회전수를 감소시켜 전류를 감소시키는 피드백 제어를 수행하고, 상기 모터로 인가된 전류가 임계값을 초과하지 않은 경우, 상기 목표 회전수에 따라 모터를 회전시키는 제3 단계를 포함한다.

그리고, 상기 제3 단계가 진행된 후, 상기 제어부에서 내기온을 업데이트하여 설정온에 도달되었는지의 여부를 판단하고, 내기온이 설정온에 도달될 때까지 상기 제1 단계로 복귀하여 제어방법을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3 단계의 목표 회전수를 감소시키는 방법은 상기 제1 단계의 목표 회전수와 상기 인버터 내에 기 저장된 설정 비율을 곱하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 설정 비율은 상기 모터로 인가되는 전류와 임계값의 차이에 따라 차등적으로 변경적용되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 설정 비율의 단위는 % 이며, 100 미만의 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 모터가 고토크 영역에서 저속으로 회전하여 상기 목표 회전수에 근접하지 못하는 경우, 상기 모터의 정격 출력을 초과하지 않는 범위 내에서 상기 목표 회전수를 증가시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 압축부하의 증가로 인하여 인버터에서 모터로 과전류가 인가되는 경우, 모터의 정격 출력 및 토크는 유지시키면서 회전수만 감소시켜 전동압축기가 과전류로 인하여 정지되지 않을 수 있고, 이에 따라 냉방 상태가 지속적으로 유지될 수 있어 사용자의 감성 품질을 증가시킬 수 있으며, 모터가 정지되어 재구동될 경우의 기동 전력을 필요로 하지 않으므로 소비 전력을 줄여 전력 효율을 증가시킬 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.

본 발명은 차량용 공조장치의 전동압축기가 구동될 때, 전동압축기를 구동시키는 모터에 고부하가 걸린 경우, 모터의 최대정격출력 및 토크는 유지시키면서 모터의 회전수만 감소시켜 과전류에 의한 모터의 손상 및 전동압축기, 인버터의 2차 손상을 방지할 수 있고, 과전류가 걸린 경우 인버터를 정지시키지 않고도 출력 전력을 감소시킬 수 있어 과전류 및 서지 전압에 의한 전동압축기 정지 상태를 방지할 수 있으며, 이에 따라 냉방 상태가 지속적으로 유지될 수 있고, 소비 전력 효율을 증가시킬 수 있도록 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조장치를 개략적으로 도시한 블록구성도이며, 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 공조장치(1)는 차량의 에어컨이 온(ON) 되어 사용자의 설정온이 제어부(70)로 입력되면, 내기온 센서 및 외기온 센서로부터 차량의 내기온 및 외기온을 제어부(70)에서 입력받는다.

그리고, 제어부(70)에서는 사용자가 원하는 설정온과 내기온과의 차이를 계산하여 전동압축기(12)를 구동해야하는지를 계산한다.

여기서, 전동압축기(12)를 구동하여 덕트 내의 온도를 낮추어야 하는 경우에는, 전동압축기(12)를 구동하기 위한 신호를 제어부(70)에서 인버터(60)로 전달하여 엔진의 동력으로 생산되는 직류 전원을 교류로 변경하여 전동압축기(12)의 모터(50)로 전달한다.

또, 모터(50)는 인버터(60)에서 출력한 교류 전원을 이용하여 구동축(미도시)를 회전시켜 전동압축기(12)를 구동하며, 전동압축기(12)의 작동으로 압축된 냉매는 응축기(14), 리시버 드라이버(16), 팽창 밸브(18) 및 증발기(20)를 차례로 거치며 덕트 내의 온도를 낮추게 된다.

따라서, 덕트 내의 냉기는 블로워 유닛(22)의 송풍팬(24)에 의해 각각의 벤트(36, 38, 40)를 통해 차량의 실내로 전달되게 된다.

여기서, 상기 압축, 팽창, 증발의 순환 과정은 내기온이 사용자의 설정온에 도달할 때까지 지속적으로 반복되는데, 설정온과 내기온의 차가 큰 경우에는 전동압축기(12)를 구동시키는 모터(50)에 걸리는 부하가 크기 때문에, 이를 고려하여 인버터(60)에서는 모터(50)로 전달하는 전류의 크기를 조절해야 한다.

즉, 모터(50)의 출력 최대치를 초과하는 부하가 걸린 경우에는 사용자의 설 정온에 도달하기 위해 모터(50)가 출력을 초과하여 구동됨으로써 손상이 될 가능성도 존재하고, 또한 인버터(60)를 이루는 반도체 소자로 과전류에 의한 손상이 발생될 수도 있기 때문이다.

따라서, 모터(50)에 걸린 부하에 비례하는 출력을 내는 것이 아니라, 본 발명에 따른 차량용 공조장치(1)에서는 모터(50)로 인가되는 구동 전류를 모터 구동 드라이버(미도시) 및 제어부(70)에서 감지하여 모터(50)의 최대 출력을 넘지않도록 피드백 제어하도록 이루어진다.

한편, 본 발명에서는 차량용 공조장치(1)의 제어부(70)에서 제어하는 방법뿐 아니라, 인버터(60) 내에서 과전류 여부를 판단하여 피드백 제어하는 것을 특징으로 하며, 도 2에서 기재된 사항은 제어부(70)에서만 제어하는 것으로 표시되었으나, 이에 한정되지 않고, 본 발명은 인버터(60) 자체 내에서 과전류를 판단하여 피드백 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 모터(50)로 인가되는 전류를 제어부(70) 또는 인버터(60)에서 감지하면, 감지된 전류를 기준으로 출력을 산출하고, 모터(50)의 최대 출력을 초과한 경우에는 하기 수학식 1에 따라 회전수(rpm)를 감소시켜 최대 출력을 초과하지 않도록 한다.

여기서, P는 출력(W)이고, τ는 토크(Nm)이며, ω는 각속도(rad/sec)이다.

본 발명에 따른 차량용 공조장치(1)에서는 모터(50)의 회전수(rpm)를 줄여 정격 출력을 유지하는 방법이 적용되므로, 각속도(ω)를 회전수(rpm, n)로 변환하여 산출하면 하기 수학식 2와 같다.

따라서, 모터(50)의 토크(τ)는 유지시키되, 회전수(n)를 낮추면 회전력의 감소없이 속도만이 줄어들기 때문에, 정격 전력이 초과했을 경우 인버터(60)를 정지시키는 것보다 전력 효율이 상대적으로 증가될 수 있다.

그리고 나서, 제어부(70)에서는 사용자가 설정한 설정온과 내기온과의 차가 기 설정된 오차범위 내로 줄어들 때까지, 상기 모터(50)를 구동시켜 전동압축기(12), 응축기(14), 팽창 밸브(18) 및 증발기(20)를 차례로 거치는 흡열 과정을 계속적으로 순환한다.

그리고, 제어부(70)에서 설정온과 내기온의 차가 기 설정된 오차 범위 내로 줄어들면, 차량용 공조장치(1)의 구동을 정지시키되, 수동 에어컨인 경우 사용자가 설정온을 입력하면, 또는 자동 에어컨(FATC)인 경우 사용자가 설정한 설정온과 내기온의 차가 기 설정된 오차 범위를 벗어나면 본 발명에 따른 전동압축기(12) 제어 과정을 실시하도록 한다.

바람직하게는, 상기 모터(50)가 고토크 영역에서 저속으로 회전하여 상기 목표 회전수에 근접하지 못하는 경우, 상기 모터의 정격 출력을 초과하지 않는 범위 내에서 상기 목표 회전수를 증가시키는 과정을 더 포함한다.

이와 같이 제어함으로써, 오프 구간없이 차량용 공조장치(1)의 지속적인 구동이 가능하여 사용자에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있으며, 인버터(60)가 일체로 형성된 전동압축기(12)의 경우, 위험 요소를 감소시킬 수 있어 보다 안정적인 구동이 가능해진다.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법은 이그니션이 온(IGN ON)된 상태에서, 사용자가 에어컨을 온(ON)시키면 시작된다(S10).

상기 단계(S10)에서 이그니션이 켜져 배터리의 전원이 에어컨으로 공급되고, 에어컨의 구동이 시작되면, 에어컨의 제어부에서는 현재의 내기온, 외기온을 업데이트하고, 사용자의 설정온을 입력받는다(S11).

그리고 나서, 제어부에서 내기온과 설정온의 차이를 산출하며, 내기온과 설 정온의 차이가 오차범위 내이면 에어컨을 구동하지 않고, 오차범위를 초과한 경우 에어컨을 구동하게 되며, 이 과정에서 전동압축기가 구동되어야 하는지의 여부를 제어부에서 판단하게 된다.

그래서, 전동압축기의 구동이 필요하게 되면(S13), 전동압축기를 구동시키기 위한 모터의 목표 회전수를 산출하여 모터가 구동되도록 구동 신호를 인버터로 출력하고(S15), 인버터에서 목표 회전수에 따른 전류를 인가시키면 모터 드라이버 또는 제어부에서 모터로 인가된 전류를 감지한다(S17).

상기 단계(S17)를 수행하는 이유는, 인버터로 과전류 또는 서지 전류가 인가되어 모터의 손상뿐 아니라, 전동압축기 및 인버터의 2차 손상을 방지하기 위함이며, 과전류가 인가되었는지의 여부를 제어부 또는 인버터에 기 저장된 임계값(Threshold Current)을 초과했는지의 여부로 판단한다(S20).

따라서, 상기 단계(S20)에서 모터에 인가된 전류가 임계값을 초과하지 않은 경우에는, 상기 제어부 또는 인버터에서 상기 단계(S15)에서 산출한 목표 회전수로 모터를 회전시키고, 임계값을 초과한 경우에는 상기 단계(S15)에서 산출한 목표 회전수에 100% 미만의 설정 비율을 적용하여 모터를 회전시키게 되고, 상기 각 경우에 따른 목표 회전수를 피드백 제어 신호로 제어부 또는 인버터로 출력하게 된다(S25).

모터의 정격 출력은 고정된 값이기 때문에, 상기 단계(S23)의 설정 비율은 초과된 전류의 크기에 따라 회전수를 줄이도록 설정되며, 이에 따라 초과된 전류의 크기에 따른 설정 비율은 제어부 또는 인버터 자체 내에 테이블화 되어 기 저장되 어 있다.

즉, 초과된 전류가 클수록 회전수의 감소폭은 커지도록 설정 비율이 설정되어 있는 것이다.

그리고, 설정온과 현재온의 차가 기 설정된 오차 범위를 초과하면 에어컨의 구동이 계속적으로 필요하다고 제어부에서 판단하고 상기 단계(S13)로 복귀하여 본 발명에 따른 차량용 공조장치를 오차 범위가 줄어들 때까지 구동시키며, 현재온이 설정온에 근접한 경우에는 이그니션 또는 에어컨이 꺼질 때까지 본 발명에 따른 전동압축기 제어방법을 적용시키기 위해 상기 단계(S10)로 복귀시킨다.

마지막으로, 이그니션이 오프되어 배터리로부터 전원 공급이 없거나 또는 에어컨이 사용자에 의해 오프된 경우에는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법을 종료하도록 한다(S30).

바람직하게는, 상기 과정이 진행되어 고 토크 영역에서 목표 회전수가 낮아진 경우에는, 모터의 정격 출력을 초과하지 않고, 과전류가 걸리지 않는 범위 내에서 상기 목표 회전수를 증가시키는 과정을 더 포함하는 것도 바람직하다.

본 발명에 따른 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법에 따르면, 고부하가 걸리더라도 인버터를 정지하지 않을 수 있으며, 이에 따라 과전류 및 서지 전압에 의한 각 구성 요소의 2차 손상을 방지할 수 있고, 정지 상태에서 구동시키기 위한 기동 전력이 요구되지 않으므로 전력 효율이 증가될 수 있도록 이루어진다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

도 1은 일반적인 차량용 공조장치를 개략적으로 도시한 도.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조장치를 개략적으로 도시한 블록구성도.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법을 개략적으로 도시한 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>

1: 차량용 공조장치

10: 공조 케이스 12: 전동압축기

14: 응축기 16: 리시버 드라이버

18: 팽창 밸브 20: 증발기

22: 블로워 유닛 24: 송풍팬

26: 블로워 케이스 28: 외기 유입구

30: 내기 유입구 32: 전환 도어

36: 디프로스트 벤트 38: 페이스 벤트

40: 풋 벤트 42, 44, 46: 도어

50: 모터 60: 인버터

70: 제어부

Claims (6)

1. 차량의 공조장치에서 인버터 일체형 전동압축기를 구동시키기 위한 모터의 목표 회전수를 산출하는 제1 단계;

   상기 목표 회전수에 따라 구동되는 모터에 인가된 전류가 인버터 내에 기 설정된 임계값을 초과하는지의 여부를 확인하는 제2 단계;

   상기 모터로 인가된 전류가 임계값을 초과한 경우, 상기 인버터 내에서 상기 목표 회전수를 감소시켜 전류를 감소시키는 피드백 제어를 수행하고, 상기 모터로 인가된 전류가 임계값을 초과하지 않은 경우, 상기 목표 회전수에 따라 모터를 회전시키는 제3 단계

   를 포함하는 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제3 단계가 진행된 후,

   상기 공조장치의 제어부에서 내기온을 업데이트하여 설정온에 도달되었는지의 여부를 판단하고, 내기온이 설정온에 도달될 때까지 상기 제1 단계로 복귀하여 제어방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제3 단계의 목표 회전수를 감소시키는 방법은

   상기 인버터 내에서, 상기 제1 단계의 목표 회전수와 기 저장된 설정 비율을 곱하여 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 설정 비율은 상기 모터로 인가되는 전류와 임계값의 차이에 따라 차등적으로 변경적용되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 설정 비율의 단위는 % 이며, 100 미만의 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 제3 단계가 진행된 후,

   상기 모터가 고토크 영역에서 저속으로 회전하여 상기 목표 회전수에 근접하지 못하는 경우, 상기 모터의 정격 출력을 초과하지 않는 범위 내에서 상기 목표 회전수를 증가시키는 과정

   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 인버터 일체형 전동압축기 제어방법.

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