KR20120064826A - 공조장치의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

공조장치의 운영을 제어하는 제어부를 개선하여 전기자동차의 연비를 개선할 수 있는 공조장치 및 이의 제어방법이 개시된다. 공조장치의 제어방법은 입구 측에는 실외 또는 실내의 공기를 도입하고 출구 측에는 실내로 공기를 송풍하도록 구성된 공조케이스와, 공조케이스의 내부 공기통로 상에 설치되어 냉각작용을 수행하는 증발기와, 증발기의 냉매를 압축 순환시키는 압축기 및 전기에너지에 의해 가열되어 공조케이스 내부의 가열작용을 위한 열원으로 이용되는 PTC 히터를 포함하는 공조장치의 제어방법에 있어서, 압축기 및 PTC 히터의 구동을 모두 정지시키는 단계 및 실외의 공기를 실내로 송풍하는 단계를 포함한다. 따라서, 적정한 조건의 습도와 온도에서 압축기 및 PTC 히터의 구동을 정지시키고 외기를 이용함으로써, 전기자동차에 있어 연비를 크게 향상시키고 불필요한 소음을 저감할 수 있다.

Description

공조장치의 제어방법{METHOD FOR CONTROL AIR CONDITIONER}
본 발명은 공조장치의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기에너지로 발열하는 PTC 히터를 사용하여 냉난방을 수행하도록 구성된 차량용 공조장치의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공조장치는 차량 등에 설치되는 것으로, 차량용 공조장치는 공조케이스의 내부에 냉각작용을 위한 증발기와, 가열작용을 위한 히터코어 및 증발기나 히터코어에 의해 냉각 또는 가열된 공기를 도어를 사용하여 차량 실내의 각 부분으로 선택적으로 송풍하도록 구성된다.
최근에는, 전동모터를 구동수단으로 이용하는 전기자동차나 엔진과 전동모터를 모두 구동수단으로 이용하는 하이브리드 차량 등이 개발되고 있다.
하이브리드 차량은 엔진과 전동모터를 이용하여 구동되며, 정차시나 저속운행할 경우에는 전동모터만을 사용하고 고속운행할 경우에는 엔진을 구동수단으로 사용한다.
한편, 전기자동차는 일반적인 자동차와는 달리 엔진을 구동수단으로 사용하지 않기 때문에, 차량 실내의 난방을 위해서는 별도의 가열 장치를 추가로 구성하여 냉각수를 가열한 후 난방을 수행한다.
도 1은 종래의 전기자동차용 냉난방 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공조케이스(15) 내에 냉각작용을 수행하는 증발기(30) 및 전기에너지로 발열하는 PTC 히터(40)가 설치된다. 증발기(30)에는 냉매파이프(6)가 연결되며, 냉매파이프(6) 상에 팽창밸브(22)와 응축기(21) 및 압축기(20)가 연결되어 냉매가 순환되도록 구성된다. 결국, 압축기(20)에 의해 고압으로 압축된 냉매가 응축기(21) 및 팽창밸브(22)를 거쳐 증발기(30)로 순환되고 공조케이스(15) 내에서 송풍되는 내,외기와 열교환되어 냉방을 수행하며, PTC 히터(40)가 공조케이스(15) 내에서 송풍되는 내,외기와 열교환되어 난방을 수행한다.
이와 같이 구성되는 종래의 전기자동차용 공조장치의 제어방법을 설명하기로 한다.
종래에는, PTC 히터(40)와 압축기(20) 중 하나는 항시 작동되면서 실내의 온도를 제어하였다. 즉, 냉방 시스템의 경우 압축기(20)를 구동시켜야 하고, 난방 시스템의 경우 PTC 히터(40)를 구동시켜야 하며, 냉난방 혼합 시스템의 경우 압축기(20) 및 PTC 히터(40)를 모두 구동시켜야 한다.
결국, 종래의 전기자동차용 공조장치의 제어방법은 증발기(30)의 온도제어 범위 이상의 온도를 필요로 하는 경우 PTC 히터(40)가 작동되며 증발기(30)의 온도제어 범위 이내에서는 압축기(20)가 제어되는 방식으로 구현되었다.
따라서, 종래의 전기자동차용 공조장치의 제어방법은 전기를 동력원으로 이용하는 전기자동차의 특성에 따라, 차량 실내의 온도를 제어하기 위해 압축기(20)와 PTC 히터(40) 중 적어도 하나가 항시 구동되어야 하기 때문에 차량의 연비가 저하되는 문제점이 있었다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 공조장치의 운영을 제어하는 제어부를 개선하여 전기자동차의 연비를 개선할 수 있는 공조장치의 제어방법을 제공한다.
본 발명에 따른 공조장치의 제어방법은 입구 측에는 실외 또는 실내의 공기를 도입하고 출구 측에는 실내로 공기를 송풍하도록 구성된 공조케이스와, 공조케이스의 내부 공기통로 상에 설치되어 냉각작용을 수행하는 증발기와, 증발기의 냉매를 압축 순환시키는 압축기 및 전기에너지에 의해 가열되어 공조케이스 내부의 가열작용을 위한 열원으로 이용되는 PTC 히터를 포함하는 공조장치의 제어방법에 있어서, 압축기 및 PTC 히터의 구동을 모두 정지시키는 단계 및 실외의 공기를 실내로 송풍하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 공조장치의 제어방법은 적정한 조건의 습도와 온도에서 압축기 및 PTC 히터의 구동을 정지시키고 외기를 이용함으로써, 전기자동차에 있어 연비를 크게 향상시키고 불필요한 소음을 저감할 수 있다.
도 1은 종래의 전기자동차용 냉난방 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조장치의 개략적인 구성을 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조장치의 제어방법을 도시한 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 설정온도와 실외온도별 그래프를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 공조장치 및 이의 제어방법의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조장치는 전기에너지를 동력원으로 이용하는 전기자동차에 설치되는 것으로, 공조케이스(110)와, 증발기(102)와, 템프도어(104)와, 압축기(120)와, PTC 히터(130) 및 제어부(170)를 포함한다.
공조케이스(110)는 입구 측에는 실외 또는 실내의 공기를 도입하고 출구 측에는 실내로 공기를 송풍하도록 구성된다. 즉, 공조케이스(110)의 입구측에는 공기유입구가 형성되고 출구측에 공기토출구가 형성된다. 공기토출구는 디프로스트벤트, 페이스벤트 및 플로어벤트로 구성될 수 있다. 디프로스트벤트는 차량의 앞유리 측으로 공기를 토출시키고, 페이스벤트는 탑승자의 얼굴 측으로 공기를 토출시키며, 플로어벤트는 탑승자의 발 측으로 공기를 토출시킨다. 아울러, 공조케이스(110) 내에는 디프로스트벤트, 페이스벤트 및 플로어벤트의 개도를 조절하기 위한 다수의 모드도어들이 설치될 수 있다.
또한, 공조케이스(110)의 입구측에는 블로어(미도시)가 구비되며, 블로어는 송풍펜을 구비하는 것으로 공조케이스(110) 내에 공기유입구 측에 설치된다.
증발기(102) 및 PTC 히터(130)는 공조케이스(110)의 내부 공기통로 상에 블로어의 하류 방향으로 순차적으로 설치된다. 이 경우, 블로어에 의해 송풍되는 공기에 대해, 증발기(102)는 냉각작용을 수행하며, PTC 히터(130)는 가열작용을 수행한다.
템프도어(104)는 공조케이스(110) 내에서 냉기의 유동로인 냉풍유로와 온기의 유동로인 온풍유로의 개도를 조절한다.
압축기(120)는 증발기(102)의 냉매를 압축 순환시킨다. 압축기(120)는 냉매 파이프(121)를 통해 증발기(102)와 연결되며, 냉매 파이프(121) 상에는 응축기(123), 팽창밸브(122) 등이 설치된다. 이와 같은 냉방 시스템은 주지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
PTC 히터(130)는 전기에너지에 의해 가열되어 공조케이스(110) 내부의 가열작용을 위한 열원으로 이용된다. PTC 히터(130)는 공조케이스(110) 내를 흐르는 공기와 열교환된다.
제어부(170)는 압축기(120) 및 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키고, 실외의 공기를 실내로 송풍시킨다.
참고로, 전기자동차의 공조 시스템에 있어서, 냉방을 수행하기 위한 압축기(120) 및 난방을 수행하기 위한 PTC 히터(130) 중 적어도 하나가 구동되어 차량 실내의 온도를 제어한다.
즉, 전기자동차용 공조장치는 별다른 제어가 없을 경우 차량 실내의 온도를 제어하기 위해, 증발기(102)의 온도제어 범위 이내에서는 압축기(120)의 구동 여부가 제어됨으로써 차량 실내 온도의 제어가 이루어지며, 증발기(102)의 온도제어 범위 이상에서는 PTC 히터(130)의 구동 여부가 제어됨으로써 차량 실내 온도의 제어가 이루어진다.
하지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조장치의 제어부(170)는 차량 실내의 온도를 제어하기 위해, 압축기(120) 및 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시킴으로써 전기에너지를 동력원으로 이용하는 전기자동차에 있어 큰 연비 향상 및 정숙성 등의 큰 이점을 갖는다.
바람직하게는, 제어부(170)는 실내의 습도가 기준습도 이하이고 실외의 온도가 기준온도 범위 내일 경우, 압축기(120) 및 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키고 실외의 공기를 실내로 송풍하도록 제어한다.
따라서, 실내의 습도 및 실외의 온도가 압축기(120) 및 PTC 히터(130)를 모두 구동시키지 않고도 외기의 송풍만으로 차량 실내의 공조 환경을 쾌적하게 유지할 수 있는 경우에만, 제어부(170)가 압축기(120) 및 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키고 외기를 차량 실내로 송풍하게 된다.
결국, 제어부(170)는 이와 같은 판단 작업을 수행함으로써, 차량 실내를 지속적으로 쾌적하게 유지하는 것이 가능해진다.
더욱 바람직하게는, 제어부(170)는 실내의 습도가 기준습도 이하이고 실외의 온도가 기준온도 범위 내일 경우, 템프도어(104)의 제어도 함께 수행한다. 예를 들어, 제어부(170)는 실내의 습도가 기준습도 이하이고 실외의 온도가 기준온도 범위 내일 경우, 템프도어(104)는 온풍유로를 차단하고 냉풍유로를 완전히 개방하여 Max Cool 상태가 되도록 제어된다.
따라서, 여름철 외부의 시원한 공기를 이용하거나 겨울철 외부의 따뜻한 공기를 차량 실내로 도입하는 등의 경우, 템프도어(104)의 제어를 통해 더욱 효율적인 차량 실내 온도의 제어를 수행할 수 있다.
또한, 공조장치는 제1센서(151) 및 제2센서(152)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
제1센서(151)는 차량 실내의 습도를 센싱하며, 제2센서(152)는 차량 실외의 온도를 센싱한다.
따라서, 차량 실내의 습도 및 차량 실외의 온도를 자동으로 획득할 수 있으며, 제어부(170)가 획득된 습도 및 온도 정보를 이용하여 기준습도 및 기준온도와의 비교를 수행함으로써 지속적인 제어가 가능해진다.
결국, 본 발명의 공조장치에 구비되는 제어부는 전기를 동력원으로 하는 전기자동차의 공조 시스템에서, 전기의 사용을 최대한 줄이는 제어를 수행하는 것으로 적절한 습도 및 온도 조건이 형성될 경우 가열수단과 냉각수단의 구동을 정지시키고 외기만을 이용하여 차량 실내의 온도를 제어하는 것에 특징이 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공조장치의 제어방법을 도시한 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 설정온도와 실외온도별 그래프를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공조장치의 제어방법은 입구 측에는 실외 또는 실내의 공기를 도입하고 출구 측에는 실내로 공기를 송풍하도록 구성된 공조케이스(110)와, 상기 공조케이스(110)의 내부 공기통로 상에 설치되어 냉각작용을 수행하는 증발기(102)와, 상기 증발기(102)의 냉매를 압축 순환시키는 압축기(120) 및 전기에너지에 의해 가열되어 상기 공조케이스(110) 내부의 가열작용을 위한 열원으로 이용되는 PTC 히터(130)를 포함하는 공조장치의 제어방법이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 공조장치의 제어방법은 압축기(120) 및 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키는 단계(S60) 및 실외의 공기를 실내로 송풍하는 단계(S70)를 포함한다.
또한, 압축기(120) 및 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키는 단계(S60) 이전에, 실내의 습도와 기준습도를 비교하는 단계(S40) 및 실외의 온도와 기준온도를 비교하는 단계(S50)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 실내의 습도가 기준습도 이하이고 실외의 온도가 기준온도 범위 내일 경우, 압축기(120) 및 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키는 단계(S60)를 수행한다.
또한, 실외의 공기를 실내로 송풍하는 단계(S70)는 공조케이스(110) 내에서 유동되는 냉기와 온기의 개도를 조절하는 템프도어(104)의 제어를 함께 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 압축기(120) 및 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키는 단계(S60) 이전에, 공조장치의 냉난방 시스템을 자동 제어하는 단계(S20)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 아울러, 실내의 습도가 기준습도보다 초과이거나 실외의 온도가 기준온도 범위 외일 경우, 공조장치의 냉난방 시스템을 자동 제어하는 단계(S20)를 반복 수행한다.
또한, 압축기(120) 및 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키는 단계(S60) 이전에, 실내의 습도 및 실외의 온도를 감지하여 습도 및 온도 정보를 획득하는 단계(S10)를 더 구비한다.
정리하면, 차량의 시동이 켜지고(ON), 공조장치의 냉난방 시스템이 자동 제어된다(S20). 이 경우, 제1센서(151) 및 제2센서(152)를 이용하여 차량 실내의 습도 및 실외의 온도를 감지함으로써 차량 실내의 습도 및 실외의 온도 정보를 획득한다(S10).
이후에, 제어부(170)는 (S10) 단계에서 획득된 실내습도 정보를 미리 설정된 기준습도와 비교하며, 실내습도가 기준습도보다 이하인지 여부를 판단한다(S40). 이 경우, 실내습도가 기준습도보다 초과이면 전술한 (S20) 단계를 수행한다.
만약, 실내습도가 기준습도보다 이하이면, 제어부(170)는 (S10) 단계에서 획득된 실외온도 정보를 미리 설정된 기준온도와 비교하며, 실외온도가 기준온도 범위 내인지 여부를 판단한다(S50). 이 경우, 실외온도가 기준온도 범위 외이면 전술한 (S20) 단계를 수행한다.
이 경우, 도 4에 도시된 것처럼, 기준온도는 설정온도에 비례한다. 즉, 설정온도가 증가함에 따라, 기준온도1 및 기준온도2는 정비례하면서 기준온도1과 기준온도2 간의 범위는 일정하게 유지된다. 이와 같은 설정 범위는 하나의 예로서, 반복되는 실험을 통해 계산되어 공조 환경에 적절하게 변경 가능하다.
만약, 실외온도가 기준온도 범위 내이면, 제어부(170)는 압축기(120) 및 PTC 히터(130)의 구동을 정지시킨다. 이와 동시에, 제어부(170)는 템프도어(104)의 개도를 제어함과 아울러, 차량 실외의 공기를 차량 실내로 도입하도록 제어한다.
지금까지 본 발명에 따른 공조장치 및 이의 제어방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
102 : 증발기 104 : 템프도어
110 : 공조케이스 121 : 냉매 파이프
120 : 압축기 130 : PTC 히터
151 : 제1센서 152 : 제2센서
170 : 제어부

Claims (4)

  1. 입구 측에는 실외 또는 실내의 공기를 도입하고 출구 측에는 실내로 공기를 송풍하도록 구성된 공조케이스(110)와, 상기 공조케이스(110)의 내부 공기통로 상에 설치되어 냉각작용을 수행하는 증발기(102)와, 상기 증발기(102)의 냉매를 압축 순환시키는 압축기(120) 및 전기에너지에 의해 가열되어 상기 공조케이스(110) 내부의 가열작용을 위한 열원으로 이용되는 PTC 히터(130)를 포함하는 공조장치의 제어방법에 있어서,
    상기 압축기(120) 및 상기 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키는 단계(S60); 및
    실외의 공기를 실내로 송풍하는 단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조장치의 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축기(120) 및 상기 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키는 단계(S60) 이전에,
    상기 실내의 습도 및 상기 실외의 온도를 감지하여 습도 및 온도 정보를 획득하는 단계(S10);
    실내의 습도와 기준습도를 비교하는 단계(S40); 및
    실외의 온도와 기준온도를 비교하는 단계(S50)를 더 포함하며,
    상기 실내의 습도가 기준습도 이하이고 상기 실외의 온도가 기준온도 범위 내일 경우, 상기 압축기(120) 및 상기 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키는 단계(S60)를 수행하는 것을 특징으로 하는 공조장치의 제어방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 실외의 공기를 실내로 송풍하는 단계(S70)는,
    상기 공조케이스(110) 내에서 유동되는 냉기와 온기의 개도를 조절하는 템프도어(104)의 제어를 함께 수행하는 것을 특징으로 하는 공조장치의 제어방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 압축기(120) 및 상기 PTC 히터(130)의 구동을 모두 정지시키는 단계(S60) 이전에,
    공조장치의 냉난방 시스템을 자동 제어하는 단계(S20)를 더 구비하며,
    상기 실내의 습도가 기준습도보다 초과이거나 상기 실외의 온도가 기준온도 범위 외일 경우, 상기 공조장치의 냉난방 시스템을 자동 제어하는 단계(S20)를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 공조장치의 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104773047A (zh) * 2015-03-17 2015-07-15 河南银泰新能源汽车有限公司 电动车空调面板控制系统及其控制方法

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