KR20110093383A - 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량에서 외기온도가 높은 경우 전동 압축기의 구동속도를 제어하여 인버터 회로의 온도를 유지하는 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 배터리($0)에 충전된 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터(55)로부터 전원을 공급받아 회전하는 전동모터(50)에 의하여 구동되는 전동 압축기(11)를 구비한 차량용 공조장치의 냉방 제어에 있어서, 인버터(55)의 온도가 설정온도 이상이면 상기 전동 압축기(11)를 최대 회전수로 강제 제어하고, 강제 제어 해제 조건이 완성되면, 상기 전동 압축기(11)를 일반 제어함으로써 수행된다. 이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법에 의하면 외기온도가 높은 경우에도 전동 압축기용 인버터 회로의 부품들의 지나친 온도 상승을 방지하여 인버터 회로를 보호할 수 있고, 운전자가 느낄 수 있는 불쾌감을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

Description

차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법{AIR CONDITIONER FOR VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING ELECTRIC COMPRESSOR FOR THE SAME}

본 발명은 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 차량에서 외기온도가 높은 경우 전동 압축기의 구동속도를 제어하여 인버터 회로의 온도를 유지하는 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법에 관한 것이다.

하이브리드 차량에서는 엔진과 전동모터를 동시에 차량의 구동원으로 사용한다. 즉, 시동 시나 큰 구동력이 요구되는 경우에는 엔진을 차량의 구동원으로 사용하고, 평지 주행시나 정지시 등과 같이 큰 구동력을 요구하지 않는 경우에는 전동모터를 구동원으로 사용한다. 이러한 하이브리드 차량은 화석 연료로 작동되어 환경 오염을 유발하는 엔진의 작동 시간을 줄이기 때문에, 관련 기술이 계속 개발되고 있다.

이와 같은 하이브리드 차량에서는 전동 압축기가 사용된다. 전동 압축기는 일반적인 압축기와 구성이나 동작원리에 큰 차이가 없으나 배터리에 충전된 전원을 구동력으로 하여 구동되는 전동모터의 회전력을 전달받아 냉매를 토출한다.

도면을 참조하여 하이브리드 자동차의 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 하이브리드 자동차에는 냉매를 압축하고 냉방 요구량에 따라 회전수가 변화되는 전동 압축기(11)와, 상기 전동 압축기(11)에서 토출되는 냉매를 응축하는 응축기(12)와, 상기 응축기(12)를 통과하여 액화된 냉매를 단열팽창시켜 기체와 액체가 혼합된 상태로 만들고 상기 전동 압축기(11)의 냉매 토출량에 따라 그 개도가 변화하는 전자팽창밸브(13)와, 냉매가 기화될 때의 증발 잠열을 이용하여 주위 공기를 냉각시킨 후 상기 전동 압축기(11)로 냉매를 귀환시키는 증발기(14)를 포함하는 공조장치가 구성된다. 상기 공조장치는 자동차의 실내외에 각각 설치되는 각종 센서들로부터 입력되는 실내온도와 실외온도 등의 공조환경과 사용자에 의해 입력된 공조조건에 따라 제어된다.

한편 하이브리드 자동차에는 엔진(20)이 구성된다. 상기 엔진(10)의 회전력은 발전기(30)를 통해 전기에너지로 전환되고, 그에 따라 상기 발전기(30)에서 생성된 전기에너지는 배터리(40)에 화학적 에너지로 저장된다. 한편 인버터(55)는 상기 배터리(40)로부터 직류 전원을 공급받아 주파수가 가변되는 교류전원으로 변환하여 압축기 구동모터(50)로 전달한다. 상기 압축기 구동모터(50)는 전동모터로서 인버터에서 전달되는 교류전원에 따라 상기 압축기(11)를 구동시킨다.

한편 상기 엔진(20)의 회전력은 자동차 바퀴를 회전시켜 차량을 주행하도록 하는 차륜 구동모터(60)로도 전달되어, 상기 차륜구동모터를 회전시킬 수도 있다. 또한 상기 차륜 구동모터(60)는 상기 배터리(40)로부터 공급되는 직류 전원을 인버터(65)를 통해 전환한 교류 전원에 의하여 구동될 수도 있다.

이와 같은 하이브리드 자동차에서는 설명한 바와 같이 상기 전동 압축기(11)를 구동하기 위해서는 상기 인버터(55)에 의한 직류 전원의 교류 전원으로의 전환이 요구된다.

이와 같은 구조의 공조장치는 도 2의 상단에 도시된 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 외기온도가 높지 않은 경우에는 상기 인버터(55)를 구성하는 회로 부품의 온도가 지나치게 상승하지 않아 문제가 없으나, 도 2의 하단에서와 같이 외기온도가 높은 경우에는 상기 인버터(55)를 구성하는 회로 부품의 온도가 상기 전동 압축기(11)의 구동이 지속됨에 따라 과도하게 상승하여 회로 부품이 손상될 수 있다. 따라서 회로 부품의 보호를 위하여 상기 인버터(55)를 구성하는 회로 부품의 온도가 지나치게 높은 경우에는 상기 전동 압축기(11)의 구동을 정지시켜 회로 부품의 손상을 방지한다.

그러나 이 경우, 외기온도가 높은 때에 공조장치의 냉방 기능 또한 제공되지 않음에 따라 운전자 불쾌감을 느끼게 된다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 외기온도가 높은 경우, 전동 압축기용 인버터 회로의 부품들의 지나친 온도 상승을 방지하여 인버터 회로를 보호할 수 있는 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 외기온도가 높은 경우에도 인버터 회로의 손상없이 전동 압축기를 구동할 수 있도록 함으로써 운전자가 느낄 수 있는 불쾌감을 방지할 수 있는 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 배터리에 충전된 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터로부터 전원을 공급받아 회전하는 전동모터에 의하여 구동되는 전동 압축기를 구비한 차량용 공조장치의 냉방 제어에 있어서, (A)상기 인버터의 온도가 설정온도 이상인지 여부를 감지하는 단계와; (B)상기 인버터의 온도가 설정온도 이상이면 상기 전동 압축기를 최대 회전수로 강제 제어하는 단계와; (C)상기 전동 압축기의 강제 제어 해제 조건이 완성되면, 상기 전동 압축기를 일반 제어하는 단계를 포함하여 수행된다.

이때 상기 전동 압축기 제어방법은, 차량의 외기온도가 기준온도 이상인 경우에만, 상기 (A) 내지 (C) 단계를 수행할 수도 있다.

여기서 상기 (C)단계의 강제 제어 해제 조건은, 상기 전동 압축기를 강제 제어한 시점으로부터 설정시간이 경과하거나, 상기 인버터의 온도가 소정온도 이하로 감소하는 경우에 완성될 수 있다.

한편 본 발명은 직류 전원을 공급하는 배터리와; 상기 배터리로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 전환하는 인버터와; 상기 인버터에 의하여 전환된 교류 전원을 받아 회전하는 전동모터와; 상기 전동모터에 의하여 회전하여 냉매를 압축하는 압축기; 그리고 상기 인버터에서 발생하는 교류 전원의 주파수를 조절하여 상기 전동모터의 회전수를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 인버터의 온도가 설정온도 이상으로 감지되면 상기 전동모터의 회전수를 최대 회전수로 강제 제어할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 상기 인버터의 온도가 상기 설정온도보다 높은 값으로 설정되는 임계온도 이상으로 감지되면 상기 전동모터를 정지시킬 수도 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

즉, 외기온도가 높은 경우에도 전동 압축기용 인버터 회로의 부품들의 지나친 온도 상승을 방지하여 인버터 회로를 보호할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 의한 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법에 의하면 외기온도가 높은 경우에도 인버터 회로의 손상없이 전동 압축기를 구동할 수 있도록 함으로써 운전자가 느낄 수 있는 불쾌감을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 구동장치와 공조장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도.
도 2는 일반적인 하이브리드 자동차에서의 인버터 온도에 따른 공조장치의 동작상태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 전동 압축기 제어방법을 단계적으로 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 인버터 온도에 따른 공조장치의 동작상태를 도시한 도면.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 전동 압축기 제어방법을 단계적으로 도시한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 인버터 온도에 따른 공조장치의 동작상태를 도시한 도면이다.

본 발명에 의한 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법은, 도 3에 도시된 바와 같이 우선 공조장치의 냉방 기능이 온(On) 제어되는 단계(S100)로부터 시작된다. 운전자가 차량 내에서 차량 에어컨(공조장치)을 켜면, 공조장치를 제어하는 제어부(도면 미도시)에서는 현재 차량의 외기온도를 감지하여 기준온도와 비교한다(S200).

상기 기준온도는, 상기 전동 압축기(11) 구동시 상기 전동 압축기(11)를 위한 상기 인버터(55)의 회로 부품들의 손상이 야기될 수 있는 온도까지 상기 인버터(55) 회로 부품의 온도가 상승할 수 있는 외기온도로 적절하게 미리 선택된 온도이다.

상기 제200단계에서 차량의 외기온도를 상기 기준온도와 비교하였을 때, 차량의 외기온도가 상기 기준온도 이상인 경우, 상기 공조장치를 제어하는 제어부는 다시 상기 인버터(55)의 회로 부품의 온도가 설정온도 이상인지 여부를 감시한다(S300). 상기 제300단계에서 상기 인버터(55)의 온도를 감지하기 위하여 상기 인버터(55) 내부에는 온도 센서가 구성될 수 있다.

여기서 상기 설정온도는, 상기 인버터(55)가 손상될 수 있는 최저온도로 설정되는 임계온도보다 낮은 값으로서 상기 임계온도에 가깝게 미리 선택된다.

감지된 인버터(55)의 온도가 상기 설정온도 이상인 경우, 상기 제어부는 다시 상기 인버터(55)의 온도가 임계온도 이상인지 여부를 판단한다(S400).

상기 제400단계에서의 판단결과 상기 인버터(5)의 회로 부품의 온도가 임계온도 미만이면, 상기 전동 압축기(11)의 회전수(RPM)를 최대 회전수로 제어한다(S500). 즉, 상기 인버터(55)의 온도가 임계온도에 가까워지면 상기 인버터(55)의 온도를 공조장치를 순환하는 냉매 온도를 신속하게 낮추어 상기 인버터(55)의 온도를 감소시킨다. 즉, 제500단계는 상기 인버터(55) 온도가 임계온도에 다다르기 전에 상기 인버터(55) 온도 상승을 저지하기 위하여 수행된다.

그리고 상기 제어부는 상기 전동 압축기(11)를 최대 회전수로 조절한 시간으로부터 설정시간이 경과되는지 여부를 감시한다(S600). 즉, 상기 제어부는 상기 전동 압축기(11)의 회전수를 최대 회전수로부터 다시 일반적인 제어시의 회전수로 복귀시키는 시키기 위하여 상기 전동 압축기(11)의 회전수를 최대 회전수로 증가시킨 시점부터 시간을 카운트한다.

그리고 설정시간이 경과되면, 상기 전동 압축기(11)의 회전수를 일반적인 제어 방식에 따라 연산된 회전수에 따라 감소시킨다(S700). 즉, 상기 전동 압축기(11)를 포함한 공조장치를 제어하는 상기 제어부는, 현재의 증발기 온도와 현재 회전수, 목표 증발기 온도 등을 변수로 하여 상기 전동 압축기(11)의 목표 회전수를 연산하여 그에 따라 상기 전동 압축기(11)를 제어한다. 여기서 상기 목표 증발기 온도는 운전자가 설정한 목표 실내온도에 대응하여 정해진다. 또한 이때 차량의 외부 및 내부의 다른 변수들을 추가적으로 고려할 수도 있다. 그리고 연산된 목표 회전수로 상기 전동 압축기(11)를 제어한다. 이를 위하여 상기 제어부는 상기 인버터(55)에서 출력되는 교류 전원의 주파수를 조절할 수 있다. 그리고 다시 증발기 온도를 측정하여 목표 회전수를 연산하는 과정을 반복한다.

그러나 상기 제600단계에서 설정시간이 경과하지 않은 것으로 판단되면 상기 제어부는 상기 전동 압축기(11)를 최대 회전수로 제어한다.

한편 상기 제200단계에서 상기 외기온도가 상기 기준온도보다 낮거나, 제300단계에서 상기 인버터 온도가 상기 설정온도보다 낮은 경우에도, 상기 제700단계의 일반적인 전동 압축기(11) 제어를 수행한다.

이와 같이 상기 전동 압축기(11)를 제어하는 동안에 사용자로부터 에어컨 오프(Off) 명령이 입력되면(S800), 상기 전동 압축기(11)의 구동이 중단되고 에어컨도 동작을 중단한다(S900).

한편, 상기 제400단계에서 상기 인버터(55)의 온도가 상기 설정온도를 넘어 임계온도 이상인 것으로 판단된 경우에도, 상기 제어부는 회로 부품의 손상 가능성이 크기 때문에 공조장치를 오프시켜 회로의 손상을 방지한다(S900).

즉, 상기 제어부는 상기 인버터(55)의 온도가 설정온도 미만이면 상기 전동 압축기(11)를 일반적인 방식으로 제어하고, 상기 인버터(55)의 온도가 설정온도와 임계온도 사이이면 상기 전동 압축기(11)를 최대 회전수로 제어하여 상기 인버터(55)의 온도를 하강시키며, 상기 인버터(55)의 온도가 임계온도를 넘으면, 공조장치를 오프시켜 회로 손상을 방지한다.

이와 같은 전동 압축기의 제어방법에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 외기온도가 기준온도보다 높은 경우에도, 상기 인버터(55) 온도가 상기 임계온도까지 상승하는 것을 방지할 수 있다.

즉, 도면에 도시된 것처럼 공조장치의 냉방 기능이 온되면, 상기 인버터(55)의 회로 부품 온도를 감지하여, 상기 공조장치를 오프 제어하는 기준값이 되는 상기 인버터(55)의 임계온도보다 낮게 설정되는 상기 설정온도 이상이 되는지 여부를 감시한다.

상기 공조장치를 온 제어한 시점으로부터 상기 전동 압축기(11)의 회전수는 0으로부터 증가하게 되는데, 이를 위하여 상기 인버터(55)가 구동하면서 상기 인버터(55)의 온도도 서서히 증가한다.

그에 따라 상기 인버터(55)의 온도가 상기 설정온도에 다다른 순간 상기 제어부는 상기 전동 압축기(11)의 회전수를 최대 RPM까지 증가시켜 냉매의 온도를 급속히 낮추고, 그에 따라 냉매 배관 주변에 설치되는 상기 인버터(55) 회로의 온도는 감소하게 된다.

상기 전동 압축기(11)의 회전수를 최대 RPM까지 증가시킨 시점으로부터 설정시간이 경과하거나, 상기 인버터(55)의 회로 온도가 상기 설정온도로부터 소정온도까지 감소한 경우 상기 전동 압축기(11)의 회전수를 다시 정상적인 상태로 감소시킨다.

추후에 다시 상기 인버터(55)의 회로 온도가 상기 설정온도에 다다르면, 이와 같은 제어를 반복하여 상기 인버터(55) 회로의 온도가 임계온도에 이르는 것을 방지한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

예를 들어, 위에서 설정시간 동안 상기 전동 압축기(11)를 최대 회전수로 제어하여 상기 인버터(55)의 온도를 하강시키는 것으로 설명하였으나, 미리 시간을 설정하지 않고, 상기 인버터(55) 온도가 소정값으로 하강할 때까지 상기 전동 압축기(11)를 최대 회전수로 제어할 수도 있다.

11: 압축기 12: 응축기
13: 전자 팽창 밸브 14: 증발기
20: 엔진 30: 발전기
40: 배터리 50: 압축기 구동모터
55: 인버터 50: 차륜 구동모터
65: 인버터

Claims (5)

1. 배터리(40)에 충전된 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터(55)로부터 전원을 공급받아 회전하는 전동모터(50)에 의하여 구동되는 전동 압축기(11)를 구비한 차량용 공조장치의 냉방 제어에 있어서,
   (A)상기 인버터(55)의 온도가 설정온도 이상인지 여부를 감지하는 단계와;
   (B)상기 인버터(55)의 온도가 설정온도 이상이면 상기 전동 압축기(11)를 최대 회전수로 강제 제어하는 단계와;
   (C)상기 전동 압축기(11)의 강제 제어 해제 조건이 완성되면, 상기 전동 압축기(11)를 일반 제어하는 단계를 포함하여 수행됨을 특징으로 하는 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전동 압축기 제어방법은,
   차량의 외기온도가 기준온도 이상인 경우에만, 상기 (A) 내지 (C) 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 (C)단계의 강제 제어 해제 조건은,
   상기 전동 압축기(11)를 강제 제어한 시점으로부터 설정시간이 경과하거나, 상기 인버터(55)의 온도가 소정온도 이하로 감소하는 경우에 완성됨을 특징으로 하는 차량용 공조장치 및 차량용 공조장치의 전동 압축기 제어방법.
4. 직류 전원을 공급하는 배터리(40)와;
   상기 배터리(40)로부터 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 전환하는 인버터(55)와;
   상기 인버터(55)에 의하여 전환된 교류 전원을 받아 회전하는 전동모터(50)와;
   상기 전동모터(50)에 의하여 회전하여 냉매를 압축하는 압축기(11); 그리고
   상기 인버터(55)에서 발생하는 교류 전원의 주파수를 조절하여 상기 전동모터(50)의 회전수를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 인버터(55)의 온도가 설정온도 이상으로 감지되면 상기 전동모터(50)의 회전수를 최대 회전수로 강제 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 인버터(55)의 온도가 상기 설정온도보다 높은 값으로 설정되는 임계온도 이상으로 감지되면 상기 전동모터(50)를 정지시키는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.

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