KR20180029439A - 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 차량의 주행 상태 또는 충전 상태에 따라 제어밸브를 제어하여 냉각 효율 및 공조 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 전력 제어 장치, 완속 충전기, 라디에이터 및 모터를 상호 연결하며, 워터펌프의 작동을 통해 냉각수가 순환되는 제1 냉각 라인; 상기 전력 제어 장치와 상기 완속 충전기 사이에서 상기 제1 냉각 라인에 구비되는 제어밸브; 상기 제어밸브를 통해 상기 제1 냉각 라인과 칠러를 연결하는 제2 냉각 라인; 상기 라디에이터와 상기 워터펌프의 사이에서 상기 칠러를 상기 제1 냉각 라인에 연결하는 연결라인; 및 히트펌프가 작동 중일 때 상태 데이터를 기반으로 충전 상태인지 주행 상태인지를 판단하고, 상기 충전 상태이면 상기 완속 충전기의 충전기 온도에 따라 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제1 냉각 라인 및 상기 제2 냉각 라인의 개폐를 제어하며, 상기 주행 상태이면 상기 전력 제어 장치의 장치 온도 및 상기 냉각수의 냉각수온 중 적어도 하나에 따라 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제1 냉각 라인 및 상기 제2 냉각 라인의 개폐를 제어하는 제어기를 포함한다.

Description

차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어 방법{HEATPUMP SYSTEM FOR VEHICLE AND METHOD CONTROLLING OF THE SAME}
본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 차량의 주행 상태 또는 충전 상태에 따라 제어밸브를 제어하여 냉각 효율 및 공조 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공기 조화 장치는 차량의 실내를 냉난방하기 위한 에어컨 모듈을 포함한다.
에어컨 모듈은 압축기의 구동에 의하여 토출되는 열교환매체가 응측기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 증발기에 의한 열교환에 의하여 차량의 실내를 냉방하거나, 냉각수를 히터로 유입하여 열교환시킴으로써 실내를 난방하도록 구성된다.
한편, 최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 차량을 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 차량의 개발이 요구되고 있다.
친환경 차량은 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 차량(Electric Vehicle: EV)나, 엔진과 전기 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle: HEV)로 구분된다.
이러한 친환경 차량 중 전기 차량에는 일반 차량의 공기 조화 장치와는 달리 별도의 히터가 사용되지 않으며, 전기 차량에 적용되는 공기 조화 장치를 히트펌프 시스템이라 한다.
히트펌프 시스템은 여름철 냉방 모드 시 압축기로부터 압축된 고온 및 고압의 기상냉매가 응축기를 통하여 응축된 후 리시버 드라이버 및 팽창밸브를 거쳐 증발기에서의 증발을 통하여 실내의 온도 및 습도를 낮추는 일반적인 원리와 동일하나, 겨울철 난 모드 시 고온 및 고압의 기상냉매를 히터 매체로 이용한다는 특징을 가지고 있다.
즉, 전기 차량은 난방 모드에서 고온, 고압의 기상냉매가 밸브를 통하여 실외응축기가 아닌 실내응축기로 유동하여 흡입된 외기와의 열교환이 이루어지며, 열교환된 외기가 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터를 통과하면서 차량의 실내로 유입됨에 따라, 차량의 실내 온도를 높이게 된다.
그리고 실내 응축기로 유입된 고온 및 고압의 기상냉매는 흡입된 외기와의 열교환을 통하여 응축되어 다시 액냉매로 토출된다.
종래의 경우에는 완속 충전일 때 히트펌프가 작동 중이면 냉각수가 흐리지 않아 완속 충전기가 과온되며, 단품의 보호를 위하여 충전 전류가 감소되어 충전 시간이 과도하게 증대될 수 있다. 충전 중일 경우에는 전력 제어 장치에 열 발생이 이루어지지 않아 폐열을 이용하는 히트펌프 시스템의 특성상 효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 그리고 예약 충전할 경우에는 히트펌프가 작동하지 않으므로 전력 제어 장치만 사용하여 공조 효율이 낮아지는 문제가 발생한다.
또한, 종래의 경우에는 주행 시 히트펌프가 작동 중이면 폐열루프 방향으로 흐르기 때문에 라디에이터로 냉각수가 흐르지 않아 냉각수 온도가 쉽게 떨어지지 않으며, 이로 인해 냉각 효율이 저하되고, 전력 제어 장치의 온도가 과도하게 올라 출력 저하로 이루어질 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 차량의 주행 상태 또는 충전 상태에 따라 제어밸브를 제어할 수 있는 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명의 실시 예는 차량이 주행 중일 때 라디에이터를 이용하여 냉각수의 온도를 낮추고, 낮아진 냉각수를 이용하여 전력 제어 장치를 냉각할 수 있는 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 차량이 충전 중일 때 완속 충전기의 온도를 통해 냉각수의 온도를 증가시킬 수 있으며, 온도를 증가시킨 냉각수를 히트펌프에 이용할 수 있는 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 전력 제어 장치, 완속 충전기, 라디에이터 및 모터를 상호 연결하며, 워터펌프의 작동을 통해 냉각수가 순환되는 제1 냉각 라인; 상기 전력 제어 장치와 상기 완속 충전기 사이에서 상기 제1 냉각 라인에 구비되는 제어밸브; 상기 제어밸브를 통해 상기 제1 냉각 라인과 칠러를 연결하는 제2 냉각 라인; 상기 라디에이터와 상기 워터펌프의 사이에서 상기 칠러를 상기 제1 냉각 라인에 연결하는 연결라인; 및 히트펌프가 작동 중일 때 상태 데이터를 기반으로 충전 상태인지 주행 상태인지를 판단하고, 상기 충전 상태이면 상기 완속 충전기의 충전기 온도에 따라 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제1 냉각 라인 및 상기 제2 냉각 라인의 개폐를 제어하며, 상기 주행 상태이면 상기 전력 제어 장치의 장치 온도 및 상기 냉각수의 냉각수온 중 적어도 하나에 따라 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제1 냉각 라인 및 상기 제2 냉각 라인의 개폐를 제어하는 제어기를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 충전 상태이면 상기 완속 충전기의 충전기 온도가 제1 기준 온도 이상인지를 판단하고, 상기 충전기 온도가 제1 기준 온도 이상이면 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제2 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제1 냉각 라인을 개방할 수 있다.
또한, 상기 완속 충전기는 상기 제어밸브를 통해 상기 제1 냉각 라인이 개방되면, 상기 제1 냉각 라인을 순환하는 냉각수를 이용하여 냉각될 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 충전기 온도가 제1 기준 온도 미만이면 상기 제어밸브를 제어하여 상기 완속 충전기와 연결된 제1 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제2 냉각 라인을 개방할 수 있다.
또한, 상기 칠러는 상기 제어밸브를 통해 상기 제2 냉각 라인이 개방되면, 상기 연결 라인을 통해 상기 모터와 상기 전력 제어 장치가 연결된 제1 냉각 라인과 연결되며, 상기 제2 냉각 라인을 통해 유입된 냉각수를 이용하여 열교환하고, 열교환된 냉각수를 상기 모터 및 상기 전력 제어 장치로 배출할 수 있다.
또한, 상기 전력 제어 장치는 상기 제어밸브를 통해 제2 냉각 라인이 개방되면, 상기 칠러에서 배출된 냉각수를 이용하여 냉각될 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 주행 상태이면 상기 전력 제어 장치의 장치 온도가 제2 기준 온도 이상인지를 판단하고, 상기 전력 제어 장치의 장치 온도가 제2 기준 온도 이상이면 상기 냉각수의 냉각수온이 기준 수온을 초과하는지를 판단하고, 상기 냉각수온이 기준 수온을 초과하면, 상기 제어밸브를 제어하여 상기 완속 충전기가 연결된 제2 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제1 냉각 라인을 개방될 수 있다.
또한, 상기 냉각수는 상기 제어밸브를 통해 상기 제1 냉각 라인이 개방되면 상기 제1 냉각 라인을 통해 전력 제어 장치, 완속 충전기, 라디에이터 및 모터를 순환할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 장치 온도가 제2 기준 온도 미만이거나, 상기 냉각수온이 기준 수온 이하이면, 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제1 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제2 냉각 라인을 개방할 수 있다.
또한, 상기 냉각수는 상기 제어밸브를 통해 상기 제2 냉각 라인이 개방되면, 상기 전력 제어 장치 및 상기 모터가 연결된 제1 냉각 라인, 상기 연결 라인 및 상기 제2 냉각 라인을 통해 상기 전력 제어 장치, 칠러 및 모터를 순환할 수 있다.
또한, 상기 차량용 히트펌프 시스템은 상기 라디에이터와 상기 칠러 사이에서 상기 제1 냉각 라인에 구비되는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시 예에서는 전력 제어 장치, 완속 충전기, 라디에이터 및 모터를 연결하며, 워터펌프의 작동을 통해 냉각수가 순환되는 제1 냉각 라인, 상기 전력 제어 장치와 상기 완속 충전기 사이에서 상기 제1 냉각 라인에 구비되는 제어밸브, 및 상기 제어밸브를 통해 상기 제1 냉각 라인과 칠러를 연결하는 제2 냉각 라인을 포함하는 차량용 히트펌프 시스템을 제어하는 방법에 있어서, 히트펌프가 작동 중이면 상태 데이터를 기반으로 충전 상태인지를 판단하는 단계; 상기 충전 상태이면 완속 충전기의 충전기 온도가 기준 온도 이상인지를 판단하는 단계; 및 상기 충전기 온도가 기준 온도 이상이면 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제2 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제1 냉각 라인을 개방하는 단계를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법을 제공할 수 있다.
그리고 본 발명의 또 다른 실시 예에서는 전력 제어 장치, 완속 충전기, 라디에이터 및 모터를 연결하며, 워터펌프의 작동을 통해 냉각수가 순환되는 제1 냉각 라인, 상기 전력 제어 장치와 상기 완속 충전기 사이에서 상기 제1 냉각 라인에 구비되는 제어밸브, 및 상기 제어밸브를 통해 상기 제1 냉각 라인과 칠러를 연결하는 제2 냉각 라인을 포함하는 차량용 히트펌프 시스템을 제어하는 방법에 있어서, 히트펌프가 작동 중이면 상태 데이터를 기반으로 주행 상태인지를 판단하는 단계; 상기 주행 상태이면 전력 제어 장치의 장치 온도 및 상기 냉각수의 냉각수온을 기반으로 제어 조건에 만족하는지를 판단하는 단계; 및 상기 제어 조건에 만족하면 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제2 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제1 냉각 라인을 개방하는 단계를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 차량이 주행 중일 때 라디에이터를 이용하여 냉각수의 온도를 낮추고, 낮아진 냉각수를 이용하여 전력 제어 장치를 냉각하므로 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 차량이 충전 중일 때 완속 충전기의 온도를 통해 냉각수의 온도를 증가시킬 수 있으며, 온도를 증가시킨 냉각수를 히트펌프에 이용하므로 공조 효율을 향상시킬 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어기 및 데이터 검출기를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각수 흐름도를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 냉각수 흐름도를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어 방법의 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어기 및 데이터 검출기를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 전기 차량에 적용되는 것으로, 전기 차량에서 전력 제어 장치(Electric Power Control Unit: 이하 'EPCU'로 통칭함, 120) 및 모터(250)에서 발생하는 폐열원을 이용하여 온도가 상승된 냉각수와 냉매를 상호 열 교환시킴으로써, 난방 성능 및 효율을 향상시키는 동시에 차량의 난방 모드에서 발생할 수 있는 난방부하를 감소시켜 불필요한 전기 소모를 방지하므로 주행거리를 증가시킬 수 있는 구조이다.
이를 위해, 차량용 히트펌프 시스템은 제1 냉각 라인(105), 제어밸브(110), 제2 냉각 라인(115), EPCU(120), 완속 충전기(On Board Charge: 이하 'OBC'로 통칭함, 125), 라디에이터(130), 체크밸브(133), 워터펌프(135), 모터(140), 칠러(150), 연결 라인(155), 데이터 검출기(200) 및 제어기(250)를 포함한다.
제1 냉각 라인(105)은 EPCU(120), OBC(125), 라디에이터(130) 및 모터(140)를 상호 연결하며, 워터펌프(135)의 작동을 통해 냉각수가 순환된다.
제어밸브(110)는 EPCU(120) 및 OBC(125) 사이에서 제1 냉각 라인(105)에 구비된다.
제어밸브(110)는 제1 냉각 라인(105)과 제2 냉각 라인(115)을 연결한다. 즉, 제어밸브(110)는 제1 냉각 라인(105)과 제2 냉각 라인(115)을 선택적으로 연결하여 냉각수의 유동을 조절한다. 이러한, 제어밸브(110)는 3 WAY 밸브일 수 있다.
제2 냉각 라인(115)은 제어밸브(110)를 통해 제1 냉각 라인(105)과 칠러(150)를 연결한다.
EPCU(120)는 제1 냉각 라인(105)에 구비되며, 전기를 제어한다. 이러한, EPCU(120)는 인버터, 컨버터, 모터 제어 유닛, 고전압 분배기 등을 포함할 수 있다.
EPCU(120)는 제어밸브(110)를 통해 제2 냉각 라인(115)이 개방되면 칠러(150)에서 배출된 냉각수를 이용하여 냉각될 수 있다.
OBC(125)는 제1 냉각 라인(105)에 구비되며, 배터리를 충전하기 위해 차량 내에 설치되는 충전기이다.
OBC(125)는 충전 시 제1 냉각 라인(105)을 통해 저온의 냉각수가 유입되어 냉각되며, 제1 냉각 라인(105)을 통해 고온의 냉각수를 배출한다.
라디에이터(130)는 제1 냉각 라인(105)에 구비되며, 제1 냉각 라인(105)을 순환하는 냉각수를 냉각시킨다. 이러한 라디에이터(130)는 냉각 팬을 포함할 수 있다.
체크밸브(133)는 제1 냉각 라인(105)에 구비된다. 즉, 체크밸브(133)는 라디에이터(130)와 칠러(150) 사이에서 제1 냉각 라인(105)에 구비된다.
체크밸브(133)는 라디에이터(130)에서 배출되는 냉각수를 제1 냉각 라인(105)을 통해 모터(140) 및 EPCU(120)에 유입시킨다. 한편, 체크밸브(133)는 칠러(150)에서 배출되는 냉각수를 라디에이터(130)로 유입되는 것을 차단한다.
워터펌프(135)는 제1 냉각 라인(105)에 구비되며, 라디에이터(130)와 모터(140) 사이에 구비될 수 있다. 워터펌프(135)는 제1 냉각 라인(105) 및 제2 냉각 라인(115)을 통해 냉각수가 순환하도록 작동한다.
모터(140)는 워터펌프(135)와 EPCU(120) 사이에서 제1 냉각 라인(105) 상에 구비된다.
모터(140)는 차량을 구동시킨다. 즉, 모터(140)는 전력 제어 장치에 의해 인가되는 3상 교류전압에 의해 동작되어 토크를 발생시킨다. 모터(140)는 타행 주행 또는 회생 제동 시 발전기로 동작되어 배터리에 전압을 공급한다.
칠러(150)는 제2 냉각 라인(115)에 구비되며, 제어밸브(110)를 통해 제1 냉각 라인(105)과 연결된다. 또한, 칠러(150)는 연결 라인(155)을 통해 제1 냉각 라인(105)과 연결된다.
칠러(150)는 열교환 매체로, 유입되는 냉각수 및 냉매를 열교환시켜 배출한다. 예를 들어, 칠러(150)는 냉매와 냉각수를 사용하는 수냉식 열교환기로 구비될 수 있다.
칠러(150)는 제어밸브(110)를 통해 제2 냉각 라인(115)이 개방되면, 연결 라인(155)을 통해 모터(140)와 EPCU(120)가 연결된 제1 냉각 라인(105)과 연결된다. 칠러(150)는 제2 냉각 라인(115)을 통해 유입된 냉각수를 이용하여 열교환하고, 열교환된 냉각수를 모터(140) 및 EPCU(120)로 배출한다.
연결 라인(155)은 라디에이터(130)와 워터펌프(135) 사이에서 칠러(150)를 제1 냉각 라인(105)에 연결한다.
데이터 검출기(200)는 히트펌프 시스템을 제어하기 위해 필요한 데이터를 검출한다.
이를 위해, 데이터 검출기(200)는 상태 검출부(210), 제1 온도 센서(215), 제2 온도 센서(220) 및 수온 센서(225)를 포함한다.
상태 검출부(210)는 차량의 상태인 상태 데이터를 검출한다. 예를 들어, 상태 검출부(210)는 배터리의 SOC(State Of Charge), 차속, 가속 페달 위치값, 브레이크 페달 위치값 등을 포함하는 상태 데이터를 검출한다.
상태 검출부(210)는 검출한 상태 데이터를 제어기(250)에 제공한다.
제1 온도 센서(215)는 OBC(125)의 온도인 충전기 온도를 측정하고, 측정한 충전기 온도를 제어기(250)에 제공한다.
제2 온도 센서(220)는 EPCU(120)의 온도인 장치 온도를 측정하여 제어기(250)에 제공한다.
수온 센서(225)는 제1 냉각 라인(105) 및 제2 냉각 라인(115)에 흐르는 냉각수의 냉각수온을 측정한다. 수온 센서(225)는 측정한 냉각수온을 제어기(250)에 제공한다.
제어기(250)는 상태 데이터를 기반으로 충전 상태인지 주행 상태인지를 판단한다. 즉, 제어기(250)는 상태 검출부(210)로부터 상태 데이터를 제공받고, 제공받은 상태 데이터를 기반으로 충전 상태인지 주행 상태인지를 판단할 수 있다.
제어기(250)는 충전 상태이면 OBC(125)의 충전기 온도를 기반으로 제어밸브(110)를 제어한다. 즉, 제어기(250)는 충전기 온도에 따라 제어밸브(110)를 제어하여 제1 냉각 라인(105) 및 제2 냉각 라인(115)의 개폐를 제어한다.
제어기(250)는 주행 상태이면 EPCU(120)의 장치 온도 및 냉각수의 냉각수온 중 적어도 하나에 따라 제어밸브(110)를 제어한다. 즉, 제어기(250)는 EPCU(120)의 장치 온도 및 냉각수의 냉각수온 중 적어도 하나에 따라 제어밸브(110)를 제어하여 제1 냉각 라인(105) 및 제2 냉각 라인(115)의 개폐를 제어한다.
이러한 목적을 위하여 제어기(250)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다. 이때, 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법은 도 3 내지 도 6을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 제어기(250)는 EPCU(120) 및 모터(140)를 통해 히트펌프를 작동시킨다(S310).
제어기(250)는 상태 데이터를 기반으로 차량이 충전 상태인지를 판단한다(S320). 예를 들어, 제어기(250)는 배터리의 SOC, 운전자의 충전 요청 등을 통해 차량 상태가 충전 상태인지를 판단한다.
한편, 제어기(250)는 충전 상태가 아니면 단계 S310으로 리턴할 수 있다. 또한, 제어기(250)는 충전 상태가 아니면 도 6의 단계 S620으로 가서 주행 상태인지를 판단하고, 주행 상태이면 도 6에 도시된 과정을 수행할 수 있다.
제어기(250)는 충전 상태이면 배터리의 SOC가 설정값 이상인지를 판단한다(S330). 이때, 설정값은 배터리 충전이 완료되었는지를 판단하기 위해 기준이 되는 값으로, 미리 설정된 값일 수 있다. 예를 들어, 설정값은 100%일 수 있다.
제어기(250)는 배터리의 SOC가 설정값 이상이면 충전을 완료한다(S340).
제어기(250)는 배터리의 SOC가 설정값 미만이면 OBC(125)의 충전기 온도가 제1 기준 온도 이상인지를 판단한다(S350). 즉, 제어기(250)는 배터리의 SOC가 설정값 미만이면 제1 온도 센서(215)로부터 충전기 온도를 제공받는다. 제어기(250)는 제1 온도 센서(215)로부터 제공받은 충전기 온도가 제1 기준 온도 이상인지를 판단한다. 이때, 제1 기준 온도는 충전 전류에 의해 고온이 된 OBC(125)를 판단하기 위해 기준이 되는 온도를 나타낼 수 있다. 제1 기준 온도는 미리 지정된 알고리즘(예를 들어, 프로그램 및 확률 모델)을 통해 설정될 수 있다.
제어기(250)는 충전기 온도가 제1 기준 온도 이상이면 제어밸브(110)를 제어하여 제1 냉각 라인(105)을 개방하고, 제2 냉각 라인(115)을 폐쇄한다(S360).
다시 말하면, 제어기(250)는 충전기 온도가 제1 기준 온도 이상이면 도 4에 도시된 바와 같이 제어밸브(110)를 제어하여 냉각수가 제1 냉각 라인(105)을 순환하도록 한다.
이때, 냉각수는 제1 냉각 라인(105)을 통해 EPCU(120), OBC(125), 라디에이터(130) 및 모터(140)를 순환한다. 즉, OBC(125)는 제1 냉각 라인(105)을 통해 저온의 냉각수를 유입하여 냉각되고, 고온의 냉각수를 제1 냉각 라인(105)을 통해 배출한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 충전 시 높아지는 OBC(125)가 냉각수를 이용하여 냉각되므로 OBC(125)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 제어밸브(110)를 통해 제1 냉각 라인(105)의 개방에서 제2 냉각 라인(115)의 개방으로 변경되면 고온의 냉각수를 이용하여 난방 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 제어기(250)는 충전기 온도가 제1 기준 온도 미만이면 제어밸브(110)를 제어하여 OBC(125)가 연결된 제1 냉각 라인(105)을 폐쇄하고, 제2 냉각 라인(115)을 개방한다(S370).
구체적으로, 제어기(250)는 충전기 온도가 제1 기준 온도 미만이면 도 5에 도시된 바와 같이 제어밸브(110)를 제어하여 냉각수가 제2 냉각 라인(115) 및 EPCU(120)와 모터(140)가 연결된 제1 냉각 라인(105)을 순환하도록 한다.
이때, 냉각수는 EPCU(120)와 모터(140)가 연결된 제1 냉각 라인(105), 제2 냉각 라인(115) 및 연결 라인(155)을 통해 모터(140), EPCU(120) 및 칠러(150)를 순환한다. 즉, 칠러(150)는 연결 라인(155)을 통해 EPCU(120) 및 모터(140)가 연결된 제1 냉각 라인(105)과 연결된다. 칠러(150)는 제1 냉각 라인(105)을 개방할 때 높아진 냉각수를 통해 열교환을 수행하므로 공조 효율을 높일 수 있다.
이후, 제어기(250)는 단계 S330으로 리턴하여 단계 S330 이후의 과정을 반복한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 제어기(250)는 운전자의 요청 또는 외부 온도를 기반으로 히트펌프를 작동시킨다(S610).
제어기(250)는 상태 검출부(210)에서 검출한 상태 데이터를 기반으로 주행 상태인지를 판단한다(S620). 즉, 제어기(250)는 상태 데이터의 차속, 가속 페달 위치값, 브레이크 페달 위치값 등을 기반으로 주행 상태인지를 판단할 수 있다.
한편, 제어기(250)는 주행 상태가 아니면 단계 S610으로 리턴할 수 있다. 또한, 제어기(250)는 주행 상태가 아니면 도 3에서 설명한 단계 S320으로 가서 충전 상태인지를 판단하고, 충전 상태이면 도 3에 도시된 과정을 수행할 수 있다.
제어기(250)는 주행 상태이면 EPCU(120)의 장치 온도 및 냉각수의 냉각수온을 기반으로 제어 조건에 만족하는지를 판단한다(S630). 다시 말하면, 제어기(250)는 주행 상태이면 EPCU(120)의 장치 온도가 제2 기준 온도 이상인지를 판단한다. 이때, 제2 기준 온도는 EPCU(120)가 고온 상태인지를 판단하기 위해 기준이 되는 값으로, 미리 지정된 알고리즘(예를 들어, 프로그램 및 확률 모델)을 통해 설정될 수 있다.
제어기(250)는 EPCU(120)의 장치 온도가 제2 기준 온도 이상이면 냉각수의 냉각수온이 기준 수온을 초과하는지를 판단한다. 여기서, 기준 수온은 냉각수의 온도가 고온인지를 판단하기 위해 기준이 되는 값이고, 미리 지정된 알고리즘(예를 들어, 프로그램 및 확률 모델)을 통해 설정될 수 있다. 냉각수온은 EPCU(120)에서 배출되는 냉각수의 온도를 측정한 값을 타낼 수 있다.
제어기(250)는 제어 조건에 만족하면 제어밸브(110)를 제어하여 제1 냉각 라인(105)을 개방하고, 제2 냉각 라인(115)을 폐쇄한다(S640).
다시 말하면, 제어기(250)는 냉각수온이 기준 수온을 초과하면 도 4에 도시된 바와 같이 제어밸브(110)를 제어하여 냉각수를 제1 냉각 라인(105)을 통해 순환하도록 한다. 즉, 라디에이터(130)는 제1 냉각 라인(105)을 통해 유입되는 냉각수를 냉각시키며, 냉각된 냉각수를 모터(140) 및 EPCU(120)가 연결된 제1 냉각 라인(105)으로 배출한다. EPCU(120)는 라디에이터(130)를 통해 냉각된 냉각수를 이용하여 냉각된다.
제어기(250)는 냉각수온이 기준 수온 이하인지를 판단한다(S650). 제어기(250)는 냉각수온이 기준 수온 이하이면 단계 S630으로 리턴하여 EPCU(120)의 장치 온도 및 냉각수의 냉각수온을 기반으로 제어 조건에 만족하는지를 판단한다.
한편, 제어기(250)는 냉각수온이 기준 수온을 초과하면 기존 제어를 수행한다(S660). 즉, 제어기(250)는 냉각수온이 기준 수온을 초과하면 히트펌프가 작동 중일 때 OBC(125)로 냉각수가 흐리지 않도록 제어밸브(110)를 통해 OBC(125)가 연결된 제1 냉각 라인(105)을 폐쇄하고, 제2 냉각 라인(115)을 개방한다.
그리고 제어기(250)는 제어 조건에 만족하지 않으면 OBC(125)가 연결된 제1 냉각 라인(105)을 폐쇄하고, 제2 냉각 라인(115)을 개방한다(S670).
다시 말하면, 제어기(250)는 EPCU(120)의 장치 온도가 제2 기준 온도 미만이거나, 냉각수의 냉각수온이 기준 수온 이하이면 도 5에 도시된 바와 같이 제어밸브(110)를 제어하여 냉각수가 EPCU(120)와 모터(140)가 연결된 제1 냉각 라인(105) 및 제2 냉각 라인(115)을 순환하도록 한다.
냉각수는 EPCU(120)와 모터(140)가 연결된 제1 냉각 라인(105), 연결 라인(155) 및 제2 냉각라인을 통해 모터(140), EPCU(120) 및 칠러(150)를 순환한다. 즉, 칠러(150)는 제2 냉각 라인(115)을 통해 유입된 냉각수를 이용하여 열교환하고, 열교환된 냉각수를 연결 라인(155) 및 제1 냉각 라인(105)을 통해 모터(140) 및 EPCU(120)로 배출한다. 이때, EPCU(120)는 열교환된 냉각수를 이용하여 냉각되므로 냉각 효율을 극대화할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
105, 115: 냉각 라인
110: 제어밸브
120: EPCU
125: OBC
130: 라디에이터
135: 워터펌프
140: 모터
150: 칠러
115: 연결 라인
200: 데이터 검출기
250: 제어기

Claims (20)

  1. 전력 제어 장치, 완속 충전기, 라디에이터 및 모터를 상호 연결하며, 워터펌프의 작동을 통해 냉각수가 순환되는 제1 냉각 라인;
    상기 전력 제어 장치와 상기 완속 충전기 사이에서 상기 제1 냉각 라인에 구비되는 제어밸브;
    상기 제어밸브를 통해 상기 제1 냉각 라인과 칠러를 연결하는 제2 냉각 라인;
    상기 라디에이터와 상기 워터펌프의 사이에서 상기 칠러를 상기 제1 냉각 라인에 연결하는 연결라인; 및
    히트펌프가 작동 중일 때 상태 데이터를 기반으로 충전 상태인지 주행 상태인지를 판단하고, 상기 충전 상태이면 상기 완속 충전기의 충전기 온도에 따라 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제1 냉각 라인 및 상기 제2 냉각 라인의 개폐를 제어하며, 상기 주행 상태이면 상기 전력 제어 장치의 장치 온도 및 상기 냉각수의 냉각수온 중 적어도 하나에 따라 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제1 냉각 라인 및 상기 제2 냉각 라인의 개폐를 제어하는 제어기;
    를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 충전 상태이면 상기 완속 충전기의 충전기 온도가 제1 기준 온도 이상인지를 판단하고, 상기 충전기 온도가 제1 기준 온도 이상이면 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제2 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제1 냉각 라인을 개방하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 완속 충전기는
    상기 제어밸브를 통해 상기 제1 냉각 라인이 개방되면, 상기 제1 냉각 라인을 순환하는 냉각수를 이용하여 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 충전기 온도가 제1 기준 온도 미만이면 상기 제어밸브를 제어하여 상기 완속 충전기와 연결된 제1 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제2 냉각 라인을 개방하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 칠러는
    상기 제어밸브를 통해 상기 제2 냉각 라인이 개방되면, 상기 연결 라인을 통해 상기 모터와 상기 전력 제어 장치가 연결된 제1 냉각 라인과 연결되며, 상기 제2 냉각 라인을 통해 유입된 냉각수를 이용하여 열교환하고, 열교환된 냉각수를 상기 모터 및 상기 전력 제어 장치로 배출하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전력 제어 장치는
    상기 제어밸브를 통해 제2 냉각 라인이 개방되면, 상기 칠러에서 배출된 냉각수를 이용하여 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 주행 상태이면 상기 전력 제어 장치의 장치 온도가 제2 기준 온도 이상인지를 판단하고, 상기 전력 제어 장치의 장치 온도가 제2 기준 온도 이상이면 상기 냉각수의 냉각수온이 기준 수온을 초과하는지를 판단하고, 상기 냉각수온이 기준 수온을 초과하면, 상기 제어밸브를 제어하여 상기 완속 충전기가 연결된 제2 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제1 냉각 라인을 개방하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉각수는
    상기 제어밸브를 통해 상기 제1 냉각 라인이 개방되면 상기 제1 냉각 라인을 통해 전력 제어 장치, 완속 충전기, 라디에이터 및 모터를 순환하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 장치 온도가 제2 기준 온도 미만이거나, 상기 냉각수온이 기준 수온 이하이면, 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제1 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제2 냉각 라인을 개방하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉각수는
    상기 제어밸브를 통해 상기 제2 냉각 라인이 개방되면, 상기 전력 제어 장치 및 상기 모터가 연결된 제1 냉각 라인, 상기 연결 라인 및 상기 제2 냉각 라인을 통해 상기 전력 제어 장치, 칠러 및 모터를 순환하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 라디에이터와 상기 칠러 사이에서 상기 제1 냉각 라인에 구비되는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  12. 전력 제어 장치, 완속 충전기, 라디에이터 및 모터를 연결하며, 워터펌프의 작동을 통해 냉각수가 순환되는 제1 냉각 라인, 상기 전력 제어 장치와 상기 완속 충전기 사이에서 상기 제1 냉각 라인에 구비되는 제어밸브, 및 상기 제어밸브를 통해 상기 제1 냉각 라인과 칠러를 연결하는 제2 냉각 라인을 포함하는 차량용 히트펌프 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    히트펌프가 작동 중이면 상태 데이터를 기반으로 충전 상태인지를 판단하는 단계;
    상기 충전 상태이면 완속 충전기의 충전기 온도가 기준 온도 이상인지를 판단하는 단계; 및
    상기 충전기 온도가 기준 온도 이상이면 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제2 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제1 냉각 라인을 개방하는 단계;
    를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 냉각 라인을 개방하는 단계는
    상기 제1 냉각 라인을 통해 순환하는 냉각수를 이용하여 상기 완속 충전기를 냉각하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 충전기 온도가 기준 온도 이상인지를 판단하는 단계는
    상기 충전 상태이면 배터리의 SOC가 설정값 이상인지를 판단하는 단계; 및
    상기 배터리의 SOC가 설정값 미만이면 완속 충전기의 온도가 기준 온도 이상인지를 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 충전기 온도가 기준 온도 이상인지를 판단하는 단계 이후에
    상기 충전기 온도가 기준 온도 미만이면 상기 제어밸브를 제어하여 상기 완속 충전기와 연결된 제1 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제2 냉각 라인을 개방하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 냉각 라인을 개방하는 단계는
    상기 칠러를 연결 라인을 통해 상기 전력 제어 장치 및 상기 모터와 연결된 제1 냉각 라인과 연결하여 냉각수가 순환되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법.
  17. 전력 제어 장치, 완속 충전기, 라디에이터 및 모터를 연결하며, 워터펌프의 작동을 통해 냉각수가 순환되는 제1 냉각 라인, 상기 전력 제어 장치와 상기 완속 충전기 사이에서 상기 제1 냉각 라인에 구비되는 제어밸브, 및 상기 제어밸브를 통해 상기 제1 냉각 라인과 칠러를 연결하는 제2 냉각 라인을 포함하는 차량용 히트펌프 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    히트펌프가 작동 중이면 상태 데이터를 기반으로 주행 상태인지를 판단하는 단계;
    상기 주행 상태이면 전력 제어 장치의 장치 온도 및 상기 냉각수의 냉각수온을 기반으로 제어 조건에 만족하는지를 판단하는 단계; 및
    상기 제어 조건에 만족하면 상기 제어밸브를 제어하여 상기 제2 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제1 냉각 라인을 개방하는 단계;
    를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어 조건에 만족하는지를 판단하는 단계는
    상기 전력 제어 장치의 장치 온도가 기준 온도 이상인지를 판단하는 단계; 및
    상기 전력 제어 장치의 장치 온도가 기준 온도 이상이면 상기 냉각수의 냉각수온이 기준 수온을 초과하는지를 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제어 조건에 만족하는지를 판단하는 단계 이후에
    상기 장치 온도가 기준 온도 미만이거나, 상기 냉각수온이 기준 수온 이하이면 상기 제1 냉각 라인을 폐쇄하고, 상기 제2 냉각 라인을 개방하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 냉각 라인을 개방하는 단계는
    상기 칠러를 연결 라인을 통해 상기 전력 제어 장치 및 상기 모터와 연결된 제1 냉각 라인과 연결하여 냉각수가 순환되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템 제어 방법.
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