KR20120005198A - 전기차량의 히터장치 및 그 제어방법 - Google Patents

전기차량의 히터장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

난방효율을 극대화할 수 있는 전기차량의 히터장치 및 그 제어방법이 소개된다. 이 중에서 전기차량의 히터장치는 공급된 워터를 순환시키는 워터펌프(110)와, 순환되는 워터를 가열하는 히팅레지스터(200)와, 히팅레지스터(200)에 의해 가열된 온수의 온도를 측정하기 위한 수온센서(210)와, 히팅레지스터(200)에서 가열된 온수를 차내 복수의 좌석히터에 분배하는 피드 3웨이조인트(300)와, 복수의 좌석히터에서 열교환된 온수를 수집하여 상기 워터펌프(110)에 피드백하는 리턴 3웨이조인트(400)와, 수온센서(210)에서 측정된 측정온도가 설정온도값을 만족하도록 히팅레지스터(200)를 조절하는 제어부(500)를 포함하여 구성된다.

Description

전기차량의 히터장치 및 그 제어방법{HEATER APPARATUS FOR ELECTRIC AUTOMOBILE AND COTNROL METHOD THEREOF}
본 발명은 전기차량의 히터장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 승객석의 쾌적한 난방을 구현하고 온수를 적절히 분배하여 열량 손실을 최적화할 수 있는 전기차량의 히터장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 차내를 따뜻하게 하기 위한 난방장치가 구비되어 있다. 이러한 난방장치는 엔진에서 발생하는 열을 이용하는 것과 엔진 이외의 열원을 사용하는 것이 있으며, 열원에 따라 엔진의 냉각수를 이용하는 온수식, 엔진의 배기열을 이용하지 않고 독립된 연소기를 이용하는 연소식 등으로 분류된다.
그 중에서 온수식 난방장치는 엔진의 고열로 데워진 냉각수의 일부를 히터로 유입시켜 히터 주위를 이동하는 공기를 가열시키고, 블로워를 통해 가열된 공기를 차내로 보내 난방이 이루어지도록 한다.
도 4는 종래 엔진의 폐열을 이용한 온수식 난방장치의 구성을 간략하게 도시한 것으로, 엔진(E)으로부터 히터유닛(HU)에 이르는 관로(H)의 연결 상태를 나타낸다. 미설명부호 'V1'는 난방하지 않을 때 히터유닛(HU)으로 들어가는 온수를 차단하도록 하는 온수제어밸브(V1)이다. 이러한 종래 온수식 난방장치는 엔진의 워터재킷을 통과하여 가열된 온수가 관로를 타고 히터유닛 내부의 공기를 데우게 되고, 데워진 공기를 블로워를 통해 차내로 송풍하여 난방이 이루어진다.
그런데 최근 들어, 내연기관을 이용한 차량이 전기 베터리와 전기 모터 등의 전기부품을 이용하는 전기차량으로 바뀌는 추세에 따라, 내연기관의 엔진 폐열을 이용한 온수식 난방이 불가능해졌다. 이에, 종래의 온수식 난방장치에서 사용하던 장치를 최대한 이용하면서 난방효율을 극대화할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 엔진 역할을 대체하는 히팅레지스터를 기존의 히터장치에 적용하면서 난방효율을 극대화할 수 있는 전기차량의 히터장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전기차량의 히터장치는, 워터펌프, 히팅레지스터, 수온센서, 피드 3웨이조인트, 리턴 3웨이조인트 및 제어부를 포함하되, 워터펌프는 공급된 워터를 순환시키고, 히팅레지스터는 상기 순환되는 워터를 가열하고, 수온센서는 상기 히팅레지스터에 의해 가열된 온수의 온도를 측정하고, 피드 3웨이조인트는 상기 히팅레지스터에서 가열된 온수를 차내 복수의 좌석히터에 분배하고, 리턴 3웨이조인트는 상기 복수의 좌석히터에서 열교환된 온수를 수집하여 상기 워터펌프에 피드백하고, 제어부는 상기 수온센서에서 측정된 측정온도가 설정온도값을 만족하도록 상기 히팅레지스터를 조절한다.
여기서, 상기 복수의 좌석히터는 승객석히터 및 운전석히터로 구성되어 차내 일측에 배치되는 일측 좌석히터와, 복수의 승객석히터로 구성되어 차내 타측에 배치되는 타측 좌석히터로 구성되고, 상기 일측 좌석히터 및 타측 좌석히터는 병렬배관을 통해 서로 병렬식으로 연결되는 것이 바람직하다. 상기 설정온도값은 60℃ ~65℃ 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 피드 3웨이조인트에는 상기 히팅레지스터의 과열여부를 판단하기 위해 온수의 온도를 측정하는 배관온도센서가 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전기차량의 히터제어방법은, 공급받은 워터가 설정온도값을 만족하는 온수가 되도록 히팅레지스터를 가열하는 단계와, 상기 가열된 온수를 차내 복수의 좌석히터에 병렬식으로 분배하는 단계와, 상기 복수의 좌석히터에서 열교환된 온수를 수집하는 단계와, 수집된 온수를 히팅레지스터를 통해 재가열하는 단계를 포함한다.
특히, 상기 분배하는 단계에서, 분배되는 온수의 온도를 측정하여 상기 히팅레지스터가 과열 상태인 것으로 판단되면 상기 히팅레지스터의 작동을 정지시키는 것이 바람직하다. 그리고 히팅과정이 완료되면, 잠열에 따른 순간적인 수온의 상승이 방지되도록 온수를 순환시키는 워터펌프를 일정시간 가동한 후 정지시키는 것이 바람직하다. 상기 설정온도값은 60℃ ~65℃ 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 현저한 효과가 구현될 수 있다.
첫째, 본 발명은 내연기관 엔진의 난방 역할을 대체할 수 있는 히팅레지스터를 기존의 히터장치에 적용하여 전기차량의 난방효율을 극대화할 수 있다는 이점이 있다.
둘째, 본 발명은 온수를 차내의 좌석히터에 병렬식으로 배분함으로써 열량 손실을 최소화하여 난방성능을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기차량의 히터장치를 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전기차량의 히터장치의 병렬식 온수흐름을 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 전기차량의 히터장치를 전기차량에 적용하여 도시한 상태도.
도 4는 종래 기술에 따라 엔진의 폐열을 이용한 온수식 난방장치의 구성을 간략하게 도시한 개념도.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 전기차량의 히터장치 는, 크게 워터펌프(110), 히팅레지스터(200), 수온센서(210), 피드 3웨이조인트(300), 리턴 3웨이조인트(400) 및 제어부(500)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 워터펌프(110)는 워터(온수)를 순환시키기 위한 전동식 펌프로 구성되며, 히팅 초기 서지탱크(120)에서 워터를 공급받아 히팅레지스터(200)에 공급하고, 이후에는 리턴 3웨이조인트(400)에서 피드백되는 온수를 히팅레지스터(200)에 공급한다.
히팅레지스터(200)는 기존의 내연기관 엔진을 대체하여 열원으로 사용될 수 있는 전기식 가열장치로서, 제어부(500) 및 초퍼(130)로부터 작동신호를 입력받아 최대 30kw의 출력으로 온수를 가열한다. 본 실시예에서는 해당 유량속도가 120L/min 이고 파워가 30kw@250V인 히팅레지스터(200)가 사용되었다.
히팅레지스터(200)는 온수의 온도가 설정온도값인 60℃ ~65℃ 범위를 만족하는 범위 내에서 작동된다. 이를 위해 히팅레지스터(200)에는 수온센서(210)가 마련된다. 수온센서(210)는 히팅레지스터(200)에 의해 가열된 온수의 온도를 감지하고, 감지된 온수의 온도를 제어부(500)에 전달함으로써, 제어부(500)가 설정온도값에 따라 히팅레지스터(200)의 작동을 제어할 수 있도록 한다.
피드 3웨이조인트(300)는 히팅레지스터(200)에서 가열된 온수를 차내 복수의 좌석히터에 분배한다. 이때, 피드 3웨이조인트(300)는 복수의 좌석히터에 병렬식으로 연결된다.
예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 좌석히터는 차내 일측에 배치되는 일측 좌석히터(610)와, 차내 타측에 배치되는 타측 좌석히터(620)로 구성되는데, 이들 일측 좌석히터(610) 및 타측 좌석히터(620)은 병렬배관(630)을 통해 피드 3웨이조인트(300)와 병렬식으로 연결되는 것이다. 여기서, 일측 좌석히터(610)는 승객석히터(611) 및 운전석히터(612)로 구성되고, 타측 좌석히터(620)는 복수의 승객석히터(621)로 구성된다. 이와 같이, 히팅레지스터(200)에서 가열된 온수는 일측 좌석히터(610)와 타측 좌석히터(620)에 병렬식으로 적절하게 배분됨으로써, 열량 손실을 최소화할 수 있다.
피드 3웨이조인트(300)에는 온수의 온도를 측정하는 배관온도센서(220)가 구비된다. 이 배관온도센서(220)는 병렬배관(630)으로 유입되는 온수의 온도를 측정함으로써, 수온센서(210)의 오작동/ 미작동으로 인해 히팅레지스터(200)가 일정온도 이상으로 과열되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
리턴 3웨이조인트(400)는 복수의 좌석히터에서 열교환된 온수를 수집하고 수집된 온수를 워터펌프(110)에 피드백한다. 워터펌프(110)에 피드백된 온수는 히팅레지스터(200)를 통해 다시 가열된 후 히팅을 위한 순환이 반복된다.
제어부(500)는 배터리(700)로부터 가용가능한 파워 정보를 전달받고 받수온센서(210)에서 측정된 측정온도가 설정온도값을 만족하도록 히팅레지스터(200)를 조절한다. 이때, 설정온도값은 온수의 온도가 60℃ ~65℃ 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 따라서, 제어부(500)는 수온센서(210)에서 측정된 측정온도가 60℃ 미만이면 히팅레지스터(200)의 작동을 지속적으로 유지하고, 수온센서(210)에서 측정된 측정온도가 65℃ 초과이면 히팅레지스터(200)의 작동을 정지시킨다.
아울러, 제어부(500)는 외부로부터 히팅완료를 위한 정지신호를 인가받으면, 다른 히터장치들이 정지된 이후, 워터펌프(110)가 일정시간(3분) 동안 더 가동된 후 정지되도록 한다. 이는 잠열에 의해 히터장치내 수온이 순간적으로 상승되는 것을 방지하기 위함이다.
한편, 제어부(500)에 인가되는 정지신호 및 작동신호는 별도의 작동스위치(140)를 통해 이루어질 수 있다. 작동스위치(140)는 운전석히터(612)를 제어하기 위한 운전석히터 컨트롤과 승객석히터(611),(621)를 제어하기 위한 승객석히터 컨트롤로 구성되는데, 이들 운전석히터 컨트롤과 승객석히터 컨트롤은 각각의 운전석히터(612) 및 승객석히터(611),(621)를 제어하여 작동신호를 제어부(500)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 운전석히터 컨트롤 또는 승객석히터 컨트롤의 블로워스위치를 작동시키면, 해당 작동신호는 제어부(500)에 전달되고, 제어부(500)는 작동신호에 따라 워터펌프(110) 및 히팅레지스터(200)를 작동시킨다.
이하, 이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 히터제어방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 히터제어방법은, 히팅레지스터를 가열하는 단계와, 가열된 온수를 병렬식으로 분배하는 단계와, 열교환된 온수를 수집하는 단계와, 온수를 재가열하는 단계를 포함한다.
히팅레지스터를 가열하는 단계는, 워터펌프(110)를 통해 서지탱크(120)로부터 워터를 공급받아 설정온도값인 60℃ ~65℃ 범위를 만족하도록 워터를 가열한다. 이때, 수온센서(210)에서 측정된 측정온도가 60℃ 미만이면 히팅레지스터(200)의 작동은 지속적으로 유지되고, 수온센서(210)에서 측정된 측정온도가 65℃ 초과이면 히팅레지스터(200)의 작동은 정지된다. 60℃ ~65℃로 가열된 온수는 피드 3웨이조인트(300)를 통해 병렬식으로 분배된다.
가열된 온수를 병렬식으로 분배하는 단계는, 가열된 온수를 피드 3웨이조인트(300)를 차내 복수의 좌석히터, 예컨대 일측 좌석히터(610)와 타측 좌석히터(620)에 각각 병렬로 분배한다. 이때, 배관온도센서(220)를 통해 온수의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 통해 히팅레지스터(200)가 과열 상태인지를 판단하는데, 만약 히팅레지스터(200)가 과열 상태인 것으로 판단되면 히팅레지스터(200)의 작동을 정지시킨다. 일측 좌석히터(610) 및 타측 좌석히터(620)에 분배되어 열교환된 온수는 리턴 3웨이조인트(400)를 통해 수집된다.
열교환된 온수를 수집하는 단계는, 복수의 좌석히터에서 열교환된 온수를 리턴 3웨이조인트(400)를 통해 워터펌프(110)로 피드백한다. 워터펌프(110)로 피드백된 온수는 재가열을 위한 히팅레지스터(200)로 이동된다.
온수를 재가열하는 단계는, 워터펌프(110)에서 이동된 온수를 히팅레지스터(200)를 통해 재가열한다. 재가열된 온수는 다시 피드 3웨이조인트(300)로 이동되면서 상술한 과정을 반복한다.
이후, 히팅과정이 완료되면, 잠열에 따른 순간적인 수온의 상승이 방지되도록 온수를 순환시키는 워터펌프(110)를 일정시간 가동한 후 정지시킨다.
상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
110 :워터펌프 120 :서지탱크
200 :히팅레이스터 210 :수온센서
220 :배관온도센서 300 :피드 3웨이조인트
400 :리턴 3웨이조인트 500 :제어부

Claims (8)

  1. 공급된 워터를 순환시키는 워터펌프(110);
    상기 순환되는 워터를 가열하는 히팅레지스터(200);
    상기 히팅레지스터(200)에 의해 가열된 온수의 온도를 측정하기 위한 수온센서(210);
    상기 히팅레지스터(200)에서 가열된 온수를 차내 복수의 좌석히터에 분배하는 피드 3웨이조인트(300);
    상기 복수의 좌석히터에서 열교환된 온수를 수집하여 상기 워터펌프(110)에 피드백하는 리턴 3웨이조인트(400); 및
    상기 수온센서(210)에서 측정된 측정온도가 설정온도값을 만족하도록 상기 히팅레지스터(200)를 조절하는 제어부(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 히터장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 좌석히터는 승객석히터(611) 및 운전석히터(612)로 구성되어 차내 일측에 배치되는 일측 좌석히터(610)와, 복수의 승객석히터(621)로 구성되어 차내 타측에 배치되는 타측 좌석히터(620)로 구성되고, 상기 일측 좌석히터(610) 및 타측 좌석히터(620)는 병렬배관(630)을 통해 서로 병렬식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 히터장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 설정온도값은 60℃ ~65℃ 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 히터장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 피드 3웨이조인트(300)에는 상기 히팅레지스터(200)의 과열여부를 판단하기 위해 온수의 온도를 측정하는 배관온도센서(220)가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 히터장치.
  5. 공급받은 워터가 설정온도값을 만족하는 온수가 되도록 히팅레지스터를 가열하는 단계;
    상기 가열된 온수를 차내 복수의 좌석히터에 병렬식으로 분배하는 단계;
    상기 복수의 좌석히터에서 열교환된 온수를 수집하는 단계; 및
    수집된 온수를 히팅레지스터를 통해 재가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 히터제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 분배하는 단계에서, 분배되는 온수의 온도를 측정하여 상기 히팅레지스터가 과열 상태인 것으로 판단되면 상기 히팅레지스터의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 전기차량의 히터제어방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    히팅과정이 완료되면, 잠열에 따른 순간적인 수온의 상승이 방지되도록 온수를 순환시키는 워터펌프를 일정시간 가동한 후 정지시키는 것을 특징으로 하는 전기차량의 히터제어방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 설정온도값은 60℃ ~65℃ 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 히터제어방법.
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