KR20130093949A - 전기자동차용 공조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기자동차용 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 스위칭소자 각각에 연결되는 다수의 발열체를 상기 스위칭소자의 배열순서에 맞춰 순차적으로 혼합시켜 교호되게 구비함으로써, 다수의 스위칭소자의 소모전류의 차이에 따른 리플전류(Ripple Current)를 감소시켜 배터리의 수명을 연장하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명은, 송풍공기를 가열하도록 공조케이스의 내부에 장착되며, PTC소자가 내장된 다수의 발열체가 프레임의 내부에 나란히 설치된 PTC히터와, 상기 PTC히터로 인가되는 배터리의 전류를 조절하여 상기 PTC히터의 발열량을 제어하는 히터제어부를 포함한 자동차용 공조장치에 있어서, 상기 히터제어부(7)는, PTC히터(10)의 발열량을 조절하기 위해 제어신호를 출력하는 제어기(8), 및 상기 제어기(8)의 제어신호에 따라 PTC히터(10)의 다수의 발열체(14)에 인가되는 배터리(5)의 전류를 제어하는 복수의 스위칭소자(9)를 포함하고; 상기 각 스위칭소자(9a)(9b)(9c)는, 서로 다른 발열체 그룹(14a)(14b)(14c)들과 연결되되, 각 스위칭소자(9a)(9b)(9c)에 연결된 다수의 발열체 그룹(14a)(14b)(14c)은 서로 교호되게 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차용 공조장치{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLES}
본 발명은 전기자동차용 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다수의 스위칭소자 각각에 연결되는 다수의 발열체를 상기 스위칭소자의 배열순서에 맞춰 순차적으로 혼합시켜 교호되게 구비함으로써, 스위칭소자의 소모전류의 차이에 따른 리플전류(Ripple Current)를 감소시켜 배터리의 수명을 연장할 수 있는 전기자동차용 공조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드(Hybrid) 자동차 또는 전기자동차는, 엔진의 사용이 제한적이거나 엔진을 사용하지 않으므로 난방에 필요한 엔진 냉각수가 부족하거나 엔진 냉각수를 얻을 수 없다.
따라서, 하이브리드 자동차 또는 전기자동차(이하, "자동차"라 함)의 공조장치는, 엔진 냉각수 없이도 자동차 실내를 난방할 수 있는 난방장치를 채용하고 있다. 그 일례로서, PTC히터(Positive Temperature Coefficient Heater)를 이용한 난방장치가 있다.
상기한 난방장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공조케이스(1)와 상기 공조케이스(1)의 내부통로(3)에 구비되는 PTC히터(10) 및 상기 PTC히터(10)를 제어하는 히터제어부(7)를 포함하여 구성된다.
상기 PTC히터(10)는, 고전압 PTC로서 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티비(Duty Ratio: 펄스 폭의 넓이) 제어에 의해 발열량을 조절하여 자동차 실내로 송풍되는 공기를 가열한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 PTC히터(10)는, 프레임(Frame, 12)과, 상기 프레임(12)에 구비되는 발열체(14), 및 상기 발열체(14)에 구비되어 상기 발열체(14)의 발열을 확산시키는 방열핀(16)을 포함하여 구성된다.
상기 발열체(14)는 스위칭소자(9)를 통해 제공되는 전류에 의해 발열된다.
또한, 상기 히터제어부(7)는, 제어기(8)와, 스위칭소자(9)를 포함한다.
상기 제어기(8)는, PTC히터(10)의 발열량을 조절하기 위한 "PWM제어신호"를 출력하고, 스위칭소자(9)는, 상기 제어기(8)의 "PWM제어신호"에 따라 PTC히터(10)에 인가되는 배터리(5)의 전류를 제어한다.
또한, 상기 다수의 스위칭소자(9) 각각에는 다수의 발열체(14)가 순차적으로 연결되어 있다.
그런데, 상기 스위칭소자는 PTC히터로 송풍되는 공기 풍량의 불균형으로 인해 각각의 스위칭소자 간에 소모전류의 차이가 발생되는 문제점이 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 PTC히터(10)는, 설치상태를 기준으로 상방에서 하방으로 PTC소자가 구비된 다수의 발열체(14)가 하나의 스위칭소자(9)에 연결되며, 다수의 상기 스위칭소자(9) 및 발열체(14)가 순차적으로 배열된다.
이때, 송풍되는 공기는, PTC히터(10)의 설치구조에 의해 상기 PTC히터(10)의 상방에서 하방으로 내려갈수록 공기의 토출공기량이 저하된다.
즉, PTC히터(10)를 3구간으로 분할하여 살펴보면, 토출 공기량이 최상단부(22)가 가장 많고, 중단부(24)가 그 다음으로 많으며, 최하단부(26)가 가장 적다.
이에 따라, 최상단부(22)에 위치한 발열체(14)는 많은 토출공기와 접촉하게 되어 발열량이 높으므로, 전류를 필요로 하게 되고, 상기 중단부(24)는 그 다음으로 전류가 필요로 하며, 최하단부(26)는 상대적으로 적은 전류를 필요로 하게 된다. 즉, 다수의 스위칭소자(9)의 설치위치에 따라 소모전류의 차이가 발생하게 된다는 문제점이 있다.
또한, 상기 스위칭소자의 소모전류의 차이로 인해, 배터리(5)에서 감지하는 리플전류(Ripple Current)의 폭이 불균일해지게 되어 상기 배터리(5)의 수명이 단축된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 다수의 스위칭소자 각각에 연결되는 다수의 발열체를 상기 스위칭소자의 배열순서에 따라 순차적으로 교호되게 구비함으로써, 스위칭소자의 소모전류의 차이에 따른 리플전류(Ripple Current)를 감소시켜 배터리의 수명을 연장할 수 있는 전기자동차용 공조장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 송풍공기를 가열하도록 공조케이스의 내부에 장착되며, PTC소자가 내장된 다수의 발열체가 프레임의 내부에 나란히 설치된 PTC히터와, 상기 PTC히터로 인가되는 배터리의 전류를 조절하여 상기 PTC히터의 발열량을 제어하는 히터제어부를 포함한 자동차용 공조장치에 있어서, 히터제어부는, PTC히터의 발열량을 조절하기 위해 제어신호를 출력하는 제어기, 및 상기 제어기의 제어신호에 따라 PTC히터의 다수의 발열체에 인가되는 배터리의 전류를 제어하는 복수의 스위칭소자를 포함하고; 상기 각 스위칭소자는, 서로 다른 발열체 그룹들과 연결되되, 각 스위칭소자에 연결된 다수의 발열체 그룹은 서로 교호되게 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 다수의 발열체는, 상기 공조케이스의 내부에 설치된 상기 PTC히터의 높이방향으로 나란히 적층 배열되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 발열체 그룹은, 상기 PTC히터 내부의 발열체 적층방향으로 서로 교호되도록 번갈아 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 각 스위칭소자와 연결된 각각의 발열체 그룹은, 상기 PTC히터를 통과하는 풍량이 상대적으로 높은 영역에 적어도 하나 이상의 발열체가 배치되도록 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 다수의 스위칭소자 각각에 연결되는 다수의 발열체를 상기 스위칭소자의 배열순서에 맞추어 순차적으로 혼합시켜 교호되게 구비함으로써, 다수의 상기 스위칭소자의 소모전류의 차이에 따른 리플전류(Ripple Current)를 감소시켜 배터리의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전기자동차용 공조장치를 도시한 단면도.
도 2는 종래의 전기자동차용 공조장치의 PTC히터의 일부 단면도.
도 3은 종래의 전기자동차용 공조장치를 도시한 측 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치를 도시한 측 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 공조장치의 PTC히터의 일부 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다).
도 4에 도시된 바와 같이, 전기자동차용 공조장치는, 공조케이스(1)와, 상기 공조케이스(1)의 내측에 구비되고 송풍공기를 냉각 또는 가열시키는 열교환부와, 상기 열교환부를 통해 열교환된 냉각 또는 가열된 공기를 혼합하는 온도조절도어(4)와 상기 공조케이스(1)의 일단에 구비되고 상기 온도조절도어(4)에 의해 혼합된 공기를 자동차 실내로 토출시키도록 연통되고 토출위치에 따라 구비된 디프로스트, 페이스, 플로어 벤트(6) 및 상기 디프로스트, 페이스, 플로어 벤트(6)의 개폐면적을 제어하여 상기 토출되는 혼합공기의 량을 제어하는 도어들을 포함한다.
상기 열교환부는, 공조케이스(1)의 일측에 구비되고 송풍공기를 냉각시켜 냉기를 토출하는 증발기(2)와, 송풍공기를 가열시켜 온기를 토출하는 PTC히터(10), 및 상기 PTC히터(10)를 제어하는 히터제어부(7)를 포함한다.
상기 PTC히터(10)는, 프레임(12)과, 상기 프레임(12)에 고정 지지되고 전류에 의해 열을 발산하는 발열체(14), 및 상기 발열체(14)의 외주에 구비되어 상기 발열체(14)의 발열을 확산시키도록 하는 방열핀(16)을 포함한다.
상기 발열체(14)는 PTC소자로서, 스위칭소자(9)를 통해 제공되는 전류에 의해 발열되며 프레임(12)에 일정간격을 가지고 다수 배열된다.
상기 히터제어부(7)는, 제어기(8)와, 스위칭소자(9)를 포함하여 구성된다.
상기 제어기(8)는, PTC히터(10)의 발열량을 조절하기 위한 "PWM제어신호"를 출력한다.
상기 스위칭소자(9)는 다수 스위칭소자(9a)(9b)(9c)로 구성되고, 상기 스위칭소자(9) 각각에는 다수의 발열체 그룹(14a)(14b)(14c)이 연결되어, 상기 제어기(8)의 "PWM제어신호"에 따라 PTC히터(10)에 인가되는 배터리(5)의 전류를 제어한다.
즉, 하나의 스위칭소자(9a)에 다수의 발열체(14a)가 연결되고, 다른 하나의 스위칭소자(9b)에 다수의 발열체(14b)가 연결되며, 또 다른 하나의 스위칭소자(9c)에 다수의 발열체(14c)가 연결된다.
또한, 스위칭소자(9)에 연결된 발열체(14)는 프레임(12)에 일정간격을 가지고 배열된다.
한편, 상기 스위칭소자(9)는, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)소자임이 바람직하고, 상기 IGBT소자는 전력용 반도체의 일종으로서, 고전력 스위칭용 반도체(소자)이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 발열체(14)는, 다수의 스위칭소자(9a)(9b)(9c)의 배열순서에 맞추어 다수의 발열체 그룹(14a)(14b)(14c)이 교호되게 혼합되어 배열된다.
즉, 공조케이스(1)의 송풍유로를 송풍공기량이 가장 많이 토출되는 최상단부(22)와, 중간부(24), 및 최하단부(26)로 구분하고, 상기 최상단부(22)에 다수의 스위칭소자(9a)(9b)(9c) 각각에 연결된 다수의 발열체(14a)(14b)(14c)를 순차적으로 혼합하여 교호되게 배열하며, 중단부(24) 및 최하단부(26)에도 상기한 바와 같이 발열체 그룹(14a)(14b)(14c)을 배열하는 것이다.
상기와 같이 구성된 전기자동차용 공조장치의 작용상태를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 송풍기(도시하지 않음)를 통해 외부 또는 자동차 실내의 공기를 상기 공조케이스(1)의 내측에 강제로 유입시키면, 유입된 공기는 증발기(2)를 거쳐 온도조절도어(4)의 개폐에 따라 PTC히터(10)로 유입된다.
이때, 상기 PTC히터(10)로 유입되는 공기는, 구조상 최상단부(22)가 토출공기량이 가장 많고, 그 다음으로 중간부(24) 및 최하단부(26) 순서로 토출공기량이 감소하게 된다.
또한, 상기 PTC히터(10)는, 다수의 스위칭소자(9a)(9b)(9c) 각각에 연결된 발열체 그룹(14a)(14b)(14c)이 순차적으로 교호되게 구비되어 있으므로, 위치에 따라 토출공기량이 달라지더라도 상기 스위칭소자(9) 각각의 소모전류는 균일하게 된다.
즉, 토출공기량에 따라 구분된 최상단부(22)와, 중간부(24) 및 최하단부(26) 각각에 다수의 스위칭소자(9a)(9b)(9c) 각각에 연결된 발열체 그룹(14a)14b)(14c)들이 구비되어 있으므로, 다수의 스위칭소자(9)는 균일한 소모전류를 갖게 되는 것이다.
이에 따라, 상기 스위칭소자의 균등한 소모전류로 인해 리플전류의 차이를 감소시켜 배터리의 수명을 연장할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 전기자동차용 공조장치를 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경 실시가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
1: 공조케이스 2: 증발기
4: 온도조절도어 6: 벤트(Vent)
7: 히터제어부 9: 스위칭소자
10: PTC히터 12: 프레임(Frame)
14: 발열체 16: 방열핀

Claims (4)

  1. 송풍공기를 가열하도록 공조케이스의 내부에 장착되며, PTC소자가 내장된 다수의 발열체가 프레임의 내부에 나란히 설치된 PTC히터와, 상기 PTC히터로 인가되는 배터리의 전류를 조절하여 상기 PTC히터의 발열량을 제어하는 히터제어부를 포함한 자동차용 공조장치에 있어서,
    상기 히터제어부(7)는, PTC히터(10)의 발열량을 조절하기 위해 제어신호를 출력하는 제어기(8), 및 상기 제어기(8)의 제어신호에 따라 PTC히터(10)의 다수의 발열체(14)에 인가되는 배터리(5)의 전류를 제어하는 복수의 스위칭소자(9)를 포함하고;
    상기 각 스위칭소자(9a)(9b)(9c)는, 서로 다른 발열체 그룹(14a)(14b)(14c)들과 연결되되, 각 스위칭소자(9a)(9b)(9c)에 연결된 다수의 발열체 그룹(14a)(14b)(14c)은 서로 교호되게 배열되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 발열체(14)는, 상기 공조케이스(1)의 내부에 설치된 상기 PTC히터(10)의 높이방향으로 나란히 적층 배열되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열체 그룹(14a)(14b)(14c)은, 상기 PTC히터(10) 내부의 발열체 적층방향으로 서로 교호되도록 번갈아 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 스위칭소자(9a)(9b)(9c)와 연결된 각각의 발열체 그룹(14a)(14b)(14c)은, 상기 PTC히터(10)를 통과하는 풍량이 상대적으로 높은 영역에 적어도 하나 이상의 발열체가 배치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
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