KR20140083595A - 전기자동차용 공조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기자동차용 공조장치에 관한 것으로서, PTC 히터를 컷 오프시키지 않고서도 PTC 히터의 과열현상을 방지할 수 있고, 이로써, 차실내의 난방을 중지시키지 않고서도 PTC 히터의 과열로 인한 장치의 변형과 손상을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 공조케이스의 내부통로에 설치되는 PCT 히터와, 설정된 목표토출온도에 따라 PTC 히터의 발열온도를 제어하는 히터제어유닛을 구비하는 전기자동차용 공조장치에 있어서, PTC 히터의 과열을 방지하기 과열방지장치를 더 구비하며, 과열방지장치는, PTC 히터의 발열온도가 미리 내장된 기준온도를 초과할 시에 PTC 히터를 컷 오프시키고; PTC 히터의 발열온도가 기준온도보다 낮게 설정된 예비 기준온도를 초과할 시에, 히터제어유닛의 목표토출온도를 미리 설정된 온도만큼 감소시켜 PTC 히터의 발열온도가 기준온도에 도달하지 못하도록 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

전기자동차용 공조장치{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차용 공조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, PTC 히터를 컷 오프시키지 않고서도 PTC 히터의 과열현상을 방지할 수 있고, 이로써, 차실내의 난방을 중지시키지 않고서도 PTC 히터의 과열로 인한 장치의 변형과 손상을 방지할 수 있는 전기자동차용 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)가 있다.
도 1에는 PTC 히터(10)가 도시되어 있다. PTC 히터(10)는, 공조케이스(20)의 내부통로(22)상에 설치되며, 합성수지재질의 사각 프레임(12)과, 프레임(12)의 내측에 설치되는 발열부(14) 및 발열부(14)를 제어하는 히터제어유닛(16)을 포함한다.
발열부(14)는, PTC 소자와 방열핀으로 구성되는 것으로, PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티비(Duty Ratio:펄스폭의 넓이) 제어에 의해 발열량이 조절된다.
히터제어유닛(16)은, 마이콤과 IGBT 소자 등을 갖추고 있는 것으로, 특정의 "목표토출온도"가 설정되면, 설정된 "목표토출온도"에 대응되는 "PWM 듀티비"를 발열부(14)에 출력한다. 따라서, 발열부(14)가 "목표토출온도"에 맞춰서 제어될 수 있게 한다. 이로써, 차실내에 공급되는 공기를 "목표토출온도"에 맞춰서 가열한다.
한편, PTC 히터(10)의 발열부(14)는, 고출력으로 제어될 경우, 과열될 우려가 있다. 특히, 과열된 발열부(14) 때문에 합성수지재질의 프레임(12)이 열변형되고, 발열부(14)를 통과한 공기의 온도가 과도하게 상승되어 주변의 공조케이스(20)를 변형시킨다는 문제점이 있다.
이를 감안하여, PTC 히터(10)는, 발열부(14)의 과열을 방지하기 위한 과열방지장치(30)를 갖추고 있다.
과열방지장치(30)는, PTC 히터(10)의 발열부(14)온도를 감지하는 온도감지센서(32)와, 온도감지센서(32)로부터 입력된 온도에 따라 PTC 히터(10)를 제어하는 제어부(34)를 포함한다.
특히, 제어부(34)는, 온도감지센서(32)에서 발열부(14)의 온도가 입력되면, 입력된 온도가 미리 내장된 "기준온도(34a)"를 초과하였는지를 판단하고, 판단 결과, "기준온도(34a)"를 초과하였을 경우, PTC 히터(10)를 컷 오프(Cut-Off)시킨다.
따라서, PTC 히터(10)의 과열을 방지한다. 이로써, 과열로 인한 프레임(12)의 변형과 토출공기 온도의 과도한 온도상승 및, 그로 인한 공조케이스(20)의 변형을 방지할 수 있다.
통상적으로, 제어부(34)의 "기준온도(34a)"는 120℃정도로 설정된다. 이는, 발열부(14)의 온도가 120℃를 초과할 경우, 발열부(14) 주변의 프레임(12)과 공조케이스(20)의 변형이 시작되는 것으로 나타났기 때문이다.
그런데, 이러한 종래의 공조장치는, PTC 히터(10)가 컷 오프된 상태에서는 PTC 히터(10)의 작동이 정지되는 구조이므로, PTC 히터(10)가 컷 오프된 상태에서는 차실내의 난방이 중지된다는 단점이 있다.
특히, PTC 히터(10)의 컷 오프가 빈번하게 발생되는 경우에는, 차실내의 난방도 빈번하게 중지된다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 차실내의 난방효율이 현저하게 저하된다는 결점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, PTC 히터를 컷 오프시키지 않고서도 PTC 히터의 과열현상을 방지할 수 있는 전기자동차용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, PTC 히터를 컷 오프시키지 않고서도 PTC 히터의 과열현상을 방지할 수 있도록 구성함으로써, 차실내의 난방을 중지시키지 않고서도 PTC 히터의 과열로 인한 장치의 변형과 손상을 방지할 수 있는 전기자동차용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 차실내의 난방을 중지시키지 않고서도 PTC 히터의 과열현상을 방지할 수 있도록 구성함으로써, 차실내의 난방효율을 향상시킬 수 있는 전기자동차용 공조장치를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치는, 공조케이스의 내부통로에 설치되는 PCT 히터와, 설정된 목표토출온도에 따라 상기 PTC 히터의 발열온도를 제어하는 히터제어유닛을 구비하는 전기자동차용 공조장치에 있어서, 상기 PTC 히터의 과열을 방지하기 과열방지장치를 더 구비하며, 상기 과열방지장치는, 상기 PTC 히터의 발열온도가 미리 내장된 기준온도를 초과할 시에 상기 PTC 히터를 컷 오프시키고; 상기 PTC 히터의 발열온도가 상기 기준온도보다 낮게 설정된 예비 기준온도를 초과할 시에, 상기 히터제어유닛의 목표토출온도를 미리 설정된 온도만큼 감소시켜 상기 PTC 히터의 발열온도가 상기 기준온도에 도달하지 못하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치에 의하면, PTC 히터가 컷오프 되기 전에 "목표토출온도"를 조절하여 PTC 히터의 발열량을 저감시키는 구조이므로, PTC 히터를 컷오프시키지 않고서도 PTC 히터의 과열현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, PTC 히터를 컷 오프시키지 않고서도 PTC 히터의 과열현상을 방지할 수 있으므로, 차실내의 난방을 중지시키지 않고서도 PTC 히터의 과열현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차실내의 난방을 중지시키지 않고서도 PTC 히터의 과열현상을 방지할 수 있으므로, 차실내의 난방 중지로 인한 차실내의 난방효율 저하현상과, PTC 히터의 과열로 인한 토출공기 온도의 과도한 온도상승 및, 그로 인한 공조케이스의 변형을 동시에 해소할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차실내의 난방을 중지시키지 않아도 되는 구조이므로, 차실내의 난방효율을 향상시킬 수 있으며, 이로써, 차실내의 쾌적성을 현저하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전기자동차용 공조장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 공조장치의 작동예를 나타내는 그래프로서, PTC 히터의 발열온도에 따른 PTC 히터의 제어과정을 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치의 작동예를 나타내는 플로우차트이다.
이하, 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 2를 참조하여 전기자동차용 PTC 히터(10)에 대해 간략하게 설명한다.
PTC 히터(10)는, 공조케이스(20)의 내부통로(22)상에 설치되며, 합성수지재질의 사각 프레임(12)과, 프레임(12)의 내측에 설치되는 발열부(14) 및 발열부(14)를 제어하는 히터제어유닛(16)으로 구성된다.
발열부(14)는, PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티비(Duty Ratio:펄스폭의 넓이) 제어에 의해 발열량이 조절된다.
히터제어유닛(16)은, 마이콤과 IGBT 소자 등을 갖추고 있는 것으로, 특정의 "목표토출온도"가 설정되면, 설정된 "목표토출온도"에 대응되는 "PWM 듀티비"를 발열부(14)에 출력한다. 따라서, 발열부(14)가 "목표토출온도"에 맞춰서 제어될 수 있게 한다. 이로써, 차실내에 공급되는 공기를 "목표토출온도"에 맞춰서 가열한다.
그리고 PTC 히터(10)는, 발열부(14)의 과열을 방지하기 과열방지장치(30)를 갖추고 있다.
과열방지장치(30)는, PTC 히터(10)의 발열부(14)온도를 감지하는 온도감지센서(32)와, 온도감지센서(32)로부터 입력된 온도에 따라 PTC 히터(10)를 제어하는 제어부(34)를 포함한다.
제어부(34)는, 온도감지센서(32)에서 발열부(14)의 온도가 입력되면, 입력된 온도가 미리 내장된 "기준온도(34a)"를 초과하였는지를 판단하고, 판단 결과, "기준온도(34a)"를 초과하였을 경우, PTC 히터(10)를 컷 오프시킨다.
따라서, PTC 히터(10)의 과열을 방지한다. 이로써, 과열로 인한 프레임(12)의 변형과 토출공기 온도의 과도한 온도상승 및, 그로 인한 공조케이스(20)의 변형을 방지한다.
다음으로, 본 발명에 따른 전기자동차용 공조장치의 특징부를 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 전기자동차용 공조장치는, 과열방지장치(30)의 제어부(34)를 구비하되, 상기 제어부(34)는, "예비 기준온도(34b)"를 더 내장하고 있다.
"예비 기준온도(34b)"는, "기준온도(34a)"보다 낮은 온도로 설정된다. 바람직하기로는, "기준온도(34a)"의 90%정도 수준의 온도로 설정되는 것이 좋다. 예를 들면, "기준온도(34a)"가 120℃로 설정되면, 120℃의 90%정도 수준인 108℃정도로 설정되는 것이 바람직하다.
한편, 제어부(34)는, 온도감지센서(32)로부터 PTC 히터(10)의 발열부(14)온도가 입력되면, 입력된 발열부(14)의 온도가 "예비 기준온도(34b)를 초과하였는지를 판단한다. 예를 들면, 108℃를 초과하였는지를 판단한다.
판단결과, "예비 기준온도(34b)"를 초과하였으면, 제어부(34)는, 도 3에 도시된 바와 같이, "예비 기준온도(34b)"를 초과시점(A)에서부터 히터제어유닛(16)에 설정된 "목표토출온도"를 낮춰주도록 상기 히터제어유닛(16)을 제어한다.
따라서, 히터제어유닛(16)으로부터 PTC 히터(10)의 발열부(14)로 인가되는 "PWM 듀티비"가 감소될 수 있게 한다. 이로써, 발열부(14)의 발열량이 감소되면서 발열온도가 하강할 수 있게 한다. 그 결과, PTC 히터(10)의 발열부(14)가 "기준온도(34a)"까지 상승되는 것을 저지한다.
이에 따라, PTC 히터(10)의 발열부(14)가 "기준온도(34a)"까지 상승되는 것에 따른 PTC 히터(10)의 "컷 오프"현상을 방지한다. 이로써, PTC 히터(10)의 "컷 오프"현상에 의한 차실내의 난방 중지현상을 방지할 수 있게 된다. 그 결과, 차실내의 난방효율은 상승되고, 따라서, 차실내는 항상 쾌적한 상태를 유지할 수 있게 된다.
한편, 제어부(34)는, 발열부(14)온도가 "예비 기준온도(34b)"를 초과할 시에 "목표토출온도"를 낮춰주도록 제어하되, 발열부(14)온도가 "예비 기준온도(34b)"이하로 낮아질 때(B)까지 "목표토출온도"를 계속해서 저감시키도록 제어한다. 특히, 미리 설정된 온도값만큼 예를 들면, 0.5℃만큼 계속해서 낮춰주도록 제어한다.
따라서, 발열부(14)온도가 "예비 기준온도(34b)"이하로 낮아지기 전까지 발열부(14)에 인가되는 "PWM 듀티비"가 계속해서 감소될 수 있게 한다. 이로써, 발열부(14)온도가 "예비 기준온도(34b)"이하로 낮아지기 전까지 발열부(14)의 발열량이 계속해서 감소될 수 있게 한다.
한편, 제어부(34)는, 발열부(14)온도가 "예비 기준온도(34b)"이하로 낮아지면, 히터제어유닛(16)에 설정된 "목표토출온도"를 원래의 상태로 복원시키도록 상기 히터제어유닛(16)을 제어한다.
따라서, 발열부(14)에 인가되는 "PWM 듀티비"도 원래의 상태로 회복될 수 있게 한다. 이로써, 발열부(14)온도가 원래의 "목표토출온도"에 따라 제어될 수 있게 한다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동예를 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
먼저, PTC 히터(10)가 온(ON)된 상태에서(S101), PTC 히터(10)의 발열부(14)온도를 감지한다(S103).
그리고, 발열부(14)의 온도가 감지되면, 감지된 발열부(14)온도가 미리 내장된 "예비 기준온도(34b)"를 초과하였는지를 판단한다(S105).
판단 결과, "예비 기준온도(34b)"를 초과하였으면, 제어부(34)는, 히터제어유닛(16)을 제어하여 설정 "목표토출온도"를 낮춘다(S107).
그러면, PTC 히터(10)의 발열부(14)로 인가되는 "PWM 듀티비"가 감소되면서 PTC 히터(10)의 발열온도가 하강한다(S109). 따라서, PTC 히터(10)는 "기준온도(34a)"까지 상승되지 않는다.
이로써, PTC 히터(10)의 "컷 오프"현상을 방지된다. 그 결과, PTC 히터(10)의 "컷 오프"현상으로 인한 차실내의 난방 중지현상이 방지된다. 이에 따라, 차실내의 난방효율은 상승된다.
한편, "목표토출온도"를 낮춘 상태에서, 제어부(34)는, PTC 히터(10)의 발열부(14)온도가 "예비 기준온도(34b)"이하로 낮아지는지를 다시 판단한다(S111).
판단 결과, "예비 기준온도(34b)"이하로 낮아지면, 제어부(34)는, 히터제어유닛(16)을 제어하여 "목표토출온도"를 원래의 상태로 복원시킨다(S113)
그러면, PTC 히터(10)로 인가되는 "PWM 듀티비"도 원래의 상태로 회복된다. 이로써, PTC 히터(10)는 원래의 "목표토출온도"에 따라 제어된다.
이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, PTC 히터(10)가 컷오프 되기 전에 "목표토출온도"를 조절하여 PTC 히터(10)의 발열량을 저감시키는 구조이므로, PTC 히터(10)를 컷오프시키지 않고서도 PTC 히터(10)의 과열현상을 방지할 수 있다.
또한, PTC 히터(10)를 컷 오프시키지 않고서도 PTC 히터(10)의 과열현상을 방지할 수 있으므로, 차실내의 난방을 중지시키지 않고서도 PTC 히터의 과열현상을 방지할 수 있다.
또한, 차실내의 난방을 중지시키지 않고서도 PTC 히터(10)의 과열현상을 방지할 수 있으므로, 차실내의 난방 중지로 인한 차실내의 난방효율 저하현상과, PTC 히터(10)의 과열로 인한 토출공기 온도의 과도한 온도상승 및, 그로 인한 공조케이스(20)의 변형을 동시에 해소할 수 있다.
또한, 차실내의 난방을 중지시키지 않아도 되는 구조이므로, 차실내의 난방효율을 향상시킬 수 있으며, 이로써, 차실내의 쾌적성을 현저하게 향상시킬 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.
10: PTC 히터(Heater) 12: 프레임(Frame)
14: 발열부 16: 히터제어유닛(Unit)
20: 공조케이스 22; 내부통로
30: 과열방지장치 32: 온도감지센서(Sensor)
34: 제어부 34a: 기준온도
34b: 예비 기준온도

Claims (4)

  1. 공조케이스(20)의 내부통로(22)에 설치되는 PCT 히터(10)와, 설정된 목표토출온도에 따라 상기 PTC 히터(10)의 발열온도를 제어하는 히터제어유닛(16)을 구비하는 전기자동차용 공조장치에 있어서,
    상기 PTC 히터(10)의 과열을 방지하기 과열방지장치(30)를 더 구비하며,
    상기 과열방지장치(30)는,
    상기 PTC 히터(10)의 발열온도가 미리 내장된 기준온도(34a)를 초과할 시에 상기 PTC 히터(10)를 컷 오프시키고;
    상기 PTC 히터(10)의 발열온도가 상기 기준온도(34a)보다 낮게 설정된 예비 기준온도(34b)를 초과할 시에, 상기 히터제어유닛(16)의 목표토출온도를 미리 설정된 온도만큼 감소시켜 상기 PTC 히터(10)의 발열온도가 상기 기준온도(34a)에 도달하지 못하도록 제어하는 제어부(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(34)는,
    상기 PTC 히터(10)의 발열온도가 상기 예비 기준온도(34b)를 초과할 시에 상기 목표토출온도를 감소시키되, 상기 PTC 히터(10)의 발열온도가 상기 예비 기준온도(34b)이하로 저하될 때까지 미리 설정된 온도값만큼 시간차를 두고 점차 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부(34)는,
    상기 PTC 히터(10)의 발열온도가 상기 예비 기준온도(34b)이하로 저하될 시에, 상기 히터제어유닛(16)의 설정 목표토출온도를 원래의 상태로 복원시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부(34)의 예비 기준온도(34b)는, 상기 기준온도(34a)의 90%로 설정되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
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