KR20130091400A - 차량용 공조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, PTC 히터에 인가되는 듀티비의 슬루율을 개선함으로써 PTC 히터의 발열량 제어 시에 발생되는 돌입전류를 최소화시킬 수 있고, 이로써, 돌입전류로 인한 각종 전기, 전자부품의 손상과 고장을 미연에 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차실내로 송풍되는 공기를 가열하는 PTC 히터와, PTC 히터에 인가되는 듀티비를 제어하여 PTC 히터의 발열량을 조절하는 히터제어유닛을 구비하는 차량용 공조장치에 있어서, PTC 히터에 인가되는 듀티비를 목표치로 하기 위해 듀티비를 상승시키거나 하강시킬 시에, 듀티비 상승시와 하강시의 슬루율의 크기를 서로 차등화하도록 제어하는 슬루율 제어부를 구비한다.

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLES}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, PTC 히터에 인가되는 듀티비의 슬루율을 개선함으로써, PTC 히터의 발열량 제어 시에 발생되는 돌입전류를 최소화시킬 수 있고, 이로써, 돌입전류로 인한 각종 전기, 전자부품의 손상과 고장을 미연에 방지할 수 있는 차량용 공조장치에 관한 것이다.
하이브리드(Hybrid) 차량이나 전기차량은, 엔진의 사용이 제한적이거나 엔진을 사용하지 않으므로 난방에 필요한 엔진 냉각수가 부족하거나 엔진 냉각수를 얻을 수 없다.
따라서, 하이브리드 차량이나 전기차량(이하, "차량"이라 통칭함)의 공조장치는, 엔진 냉각수 없이도 차실내를 난방할 수 있는 난방장치를 채용하고 있다. 그 일례로서, PTC 히터(Positive Temperature Coefficient Heater)를 이용한 난방장치가 있다.
이 기술은, 도 1에 도시된 바와 같이, 공조케이스(1)의 내부통로(3)상에 설치되는 PTC 히터(5)와, PTC 히터(5)를 제어하는 히터제어유닛(7)을 포함한다.
PTC 히터(5)는, 고전압 PTC이며, PWM(Pulse Width Modulation)의 듀티비(Duty Ratio:펄스폭의 넓이) 제어에 의해 발열량이 조절된다. 이러한 PTC 히터(5)는, 차실내로 송풍되는 공기를 가열한다. 따라서, 차실내를 난방한다.
히터제어유닛(7)은, 마이콤(8)과 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자(9)를 포함한다.
마이콤(8)은, PTC 히터(5)의 발열량을 조절하기 위한 "듀티비"를 출력하고, IGBT 소자(9)는 마이콤(8)의 "듀티비"에 따라 PTC 히터(5)에 인가되는 배터리(10)의 전류를 제어한다. 따라서, PTC 히터(5)의 발열량을 조절한다.
여기서, 마이콤(8)은, PTC 히터(5)의 발열량을 제어할 시, PTC 히터(5)에 인가되는 듀티비의 시간당 변화율, 즉, 슬루율(Slew Rate)을 적절하게 제어한다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이, PTC 히터(5)에 인가되는 듀티비를 "목표치"로 상승(U)시키거나 하강(D)시킬 시에, 듀티비 상승(U)시와 하강(D)시의 슬루율의 크기를 동일하게 제어하도록 구성된다.
그런데, 이러한 종래의 공조장치는, PTC 히터(5)의 발열량을 높이기 위해 듀티비를 급격히 증가시킬 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 순간적으로 많은 량의 전류가 흐르는 이른바, 돌입전류(Inrush Current)(I) 현상이 발생된다는 단점이 있다. 특히, "목표치"의 전류보다 월등히 높은 돌입전류(I)가 발생된다는 단점이 있다.
그리고 이러한 돌입전류(I) 때문에 PTC 히터(5)와 히터제어유닛(7)이 손상된다는 문제점이 있다. 특히, 히터제어유닛(7)의 각종 전기, 전자부품이 손상되고, 퓨즈가 끊어져 단락된다는 결점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, PTC 히터에 인가되는 듀티비의 슬루율을 개선함으로써, PTC 히터의 발열량 제어 시에 발생되는 돌입전류를 최소화시킬 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, PTC 히터의 발열량 제어 시에 발생되는 돌입전류를 최소화시킬 수 있도록 구성함으로써, 돌입전류로 인한 PTC 히터와 히터제어유닛의 손상과 고장을 미연에 방지할 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 돌입전류로 인한 PTC 히터와 히터제어유닛의 손상과 고장을 방지할 수 있도록 구성함으로써, 제품의 품질 향상과 제품에 대한 사용자의 신뢰성 향상을 도모할 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 차량용 공조장치는, 차실내로 송풍되는 공기를 가열하는 PTC 히터와, 상기 PTC 히터에 인가되는 듀티비를 제어하여 상기 PTC 히터의 발열량을 조절하는 히터제어유닛을 구비하는 차량용 공조장치에 있어서, 상기 PTC 히터에 인가되는 듀티비를 목표치로 하기 위해 상기 듀티비를 상승시키거나 하강시킬 시에, 상기 듀티비 상승시와 하강시의 슬루율의 크기를 서로 차등화하도록 제어하는 슬루율 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 슬루율 제어부는, 상기 듀티비 상승시 슬루율의 절대값이 하강시 슬루율의 절대값을 서로 차등화하되, 듀티비 상승시의 슬루율 절대값이 듀티비 하강시의 슬루율 절대값보다 작도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 슬루율 제어부는, 상기 듀티비 상승시 슬루율이 복수의 절대값을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치에 의하면, PTC 히터에 인가되는 듀티비의 슬루율을 개선하고, 슬루율의 개선을 통해 PTC 히터의 발열량 제어 시에 발생되는 돌입전류를 최소화시키는 구조이므로, "돌입전류"로 인한 각종 전기,전자부품의 손상 및 퓨즈의 단락현상을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, "돌입전류"로 인한 퓨즈의 단락현상을 방지할 수 있으므로, 낮은 용량의 퓨즈를 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 낮은 용량의 퓨즈를 사용할 수 있으므로, 부품 구입비용을 절감시킬 수 있다. 이로써, 원가절감의 효과를 기대할 수 있다.
또한, "돌입전류"로 인한 각종 전기,전자부품의 손상 및 퓨즈의 단락현상을 미연에 방지할 수 있으므로, 제품에 대한 사용자의 신뢰성 향상과 제품의 품질 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량용 공조장치를 나타내는 도면,
도 2는 종래의 차량용 공조장치의 작동예를 나타내는 그래프로서, PTC 히터의 발열량을 제어할 시에 듀티비의 제어과정 및, 듀티비를 제어하여 PTC 히터의 발열량을 조절할 시에 소모전류량을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 작동예를 나타내는 그래프로서, PTC 히터의 발열량을 제어할 시에 듀티비의 제어과정 및, 듀티비를 제어하여 PTC 히터의 발열량을 조절할 시에 소모전류량을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 다른 작동예를 나타내는 그래프로서, PTC 히터의 발열량을 제어할 시에 듀티비의 제어과정 및, 듀티비를 제어하여 PTC 히터의 발열량을 조절할 시에 소모전류량을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 3을 참조하여 차량의 PTC 히터 장치에 대해 간략하게 설명한다.
PTC 히터 장치는, PTC 히터(5)와, PTC 히터(5)를 제어하는 히터제어유닛(7)을 구비한다.
PTC 히터(5)는, PWM 신호의 듀티비 제어에 의해 발열량이 조절되며, 차실내로 송풍되는 공기를 가열한다. 따라서, 차실내를 난방한다.
히터제어유닛(7)은, 마이콤(8)과 IGBT 소자(9)를 포함한다. 마이콤(8)은, PTC 히터(5)의 발열량을 조절하기 위한 "듀티비"를 출력한다.
IGBT 소자(9)는, 마이콤(8)의 "듀티비"에 따라 PTC 히터(5)에 인가되는 배터리(10)의 전류를 제어한다. 따라서, PTC 히터(5)의 발열량을 조절한다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 도 3과 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 공조장치는, 슬루율 제어부(10)를 구비한다.
슬루율 제어부(10)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, 마이콤(8)에서 PTC 히터(5)의 발열량을 제어하기 위한 "듀티비"를 출력할 시에, 출력된 "듀티비"의 시간당 변화율, 즉, 슬루율(Slew Rate)의 크기를 제어하도록 구성된다.
특히, 도 4에 도시된 바와 같이, PTC 히터(5)에 인가되는 듀티비를 "목표치"로 제어하기 위해, 상기 듀티비를 상승(U)시키거나 하강(D)시킬 시에, 듀티비 상승(U)시와 하강(D)시의 슬루율의 크기를 서로 차등화하도록 제어한다.
바람직하게는, 듀티비 상승(U)시와 하강(D)시의 슬루율의 절대값을 서로 차등화하되, 듀티비 상승(U)시 슬루율의 절대값이 듀티비 하강(D)시 슬루율의 절대값 보다 작도록 제어한다.
따라서, 듀티비 상승(U)시에 상기 PTC 히터(5)에 인가되는 전류량이 "목표치"에 비해 과도하게 증가되지 않게 한다. 특히, PTC 히터(5)의 발열량을 높이기 위해 듀티비를 급격히 상승시키더라도, PTC 히터(5)에 인가되는 전류량이 과도하게 증가되지 않게 한다.
이로써, 듀티비 상승(U)시에 발생되는 "돌입전류"(I)를 최소화시킨다. 그 결과, "돌입전류"(I)로 인한 PTC 히터(5)와 히터제어유닛(7)의 손상과 고장을 미연에 방지한다.
한편, 슬루율 제어부(10)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 듀티비 상승(U)시 슬루율이 복수의 절대값을 갖도록 제어하는 것도 가능하다.
특히, 듀티비 상승(U) 초기시에는 슬루율의 절대값을 듀티비 하강(D)시 슬루율의 절대값과 동일하게 제어하고, 듀티비 상승(U) 말기시에는 슬루율의 절대값을 듀티비 하강(D)시 슬루율의 절대값 보다 작게 제어하도록 구성된다.
따라서, 듀티비 상승(U)시에 상기 PTC 히터(5)에 인가되는 전류량이 "목표치"에 비해 과도하게 증가되지 않게 한다. 이로써, 듀티비 상승(U)시에 발생되는 "돌입전류"(I)를 최소화시킨다.
한편, 본 발명의 도면에서는, 듀티비의 슬루율을 제어하는 슬루율 제어부(10)가 히터제어유닛(7)과 별도로 구성된 것으로 도시되어 있지만, 경우에 따라, 히터제어유닛(7)의 마이콤(8)에 일체로 내장될 수도 있다. 이러한 경우, 부품의 수를 줄일 수 있으므로, 원가 절감의 효과를 기대할 수 있다.
이러한 구성의 본 발명에 의하면, PTC 히터(5)에 인가되는 듀티비의 슬루율을 개선하고, 슬루율의 개선을 통해 PTC 히터(5)의 발열량 제어 시에 발생되는 "돌입전류"를 최소화시키는 구조이므로, "돌입전류"로 인한 각종 전기,전자부품의 손상 및 퓨즈의 단락현상을 미연에 방지할 수 있다.
또한, "돌입전류"로 인한 퓨즈의 단락현상을 방지할 수 있으므로, 낮은 용량의 퓨즈를 사용할 수 있고, 낮은 용량의 퓨즈를 사용할 수 있으므로, 부품 구입비용을 절감시킬 수 있다. 이로써, 원가절감의 효과를 기대할 수 있다.
또한, "돌입전류"로 인한 각종 전기,전자부품의 손상 및 퓨즈의 단락현상을 미연에 방지할 수 있으므로, 제품의 품질 향상과 제품에 대한 사용자의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
1: 공조케이스 3: 내부통로
5: PTC 히터(Heater) 7: 히터제어유닛
8: 마이콤(Micom) 9: IGBT 소자
10: 슬루율 제어부 U: 듀티비 상승
D: 듀티비 하강 I: 돌입전류

Claims (3)

  1. 차실내로 송풍되는 공기를 가열하는 PTC 히터(5)와, 상기 PTC 히터(5)에 인가되는 듀티비를 제어하여 상기 PTC 히터(5)의 발열량을 조절하는 히터제어유닛(7)을 구비하는 차량용 공조장치에 있어서,
    상기 PTC 히터(5)에 인가되는 듀티비를 목표치로 하기 위해 상기 듀티비를 상승(U)시키거나 하강(D)시킬 시에, 상기 듀티비 상승(U)시와 하강(D)시의 슬루율의 크기를 서로 차등화하도록 제어하는 슬루율 제어부(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 슬루율 제어부(10)는,
    상기 듀티비 상승(U)시 슬루율의 절대값이 하강(D)시 슬루율의 절대값을 서로 차등화하되, 듀티비 상승(U)시의 슬루율 절대값이 듀티비 하강(D)시의 슬루율 절대값보다 작도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 슬루율 제어부(10)는,
    상기 듀티비 상승(U)시 슬루율이 복수의 절대값을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
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