KR20180104526A - 온도 조절 장치 및 이의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

실시 예에 따른 온도 조절 장치는, 공조 유닛; 상기 공조 유닛에 전력을 공급하며, 복수의 전력 공급원을 포함하는 에너지 저장부; 상기 실내 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서를 통해 측정된 실내 온도를 기준으로 상기 공조 유닛에 전력을 공급하는 전력 공급원을 결정하고, 상기 결정된 전력 공급원을 통해 상기 공조 유닛에 구동 전력이 공급되도록 하는 제어부를 포함하며, 상기 복수의 전력 공급원은, 배터리 및 슈퍼 커패시터를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 실내 온도와 기설정된 제 1 목표 온도를 비교하고, 상기 비교 결과에 따른 실내 온도와 상기 제 1 목표 온도 사이의 차이 값이 기설정된 기준 값을 초과하면, 상기 슈퍼 커패시터를 방전시켜 상기 공조 유닛에 상기 슈퍼 커패시터의 방전 전력이 공급되도록 한다.

Description

온도 조절 장치 및 이의 동작 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING TEMPERATURE AND OPERATION METHOD THEREOF}

본 발명은 온도 조절 장치에 관한 것으로, 특히 슈퍼 커패시터를 전력 공급원으로 차량의 공조 유닛에 구동 전원을 공급하여 차량의 급속 난방 또는 급속 냉방이 가능하도록 한 온도 조절 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 실내의 쾌적한 환경을 위한 편의시설로서 실내온도를 조절할 수 있는 공조장치가 구비되어 있다.

상기 공조장치는, 외기온도가 낮은 겨울철에 난방장치로 가동하여 실내온도를 높이고 외기온도가 높은 여름철에는 냉방장치로 가동하여 실내온도를 낮춤으로써 실내온도를 외기온도와 관계없이 운전자 및 승객에게 쾌적한 온도로 조절할 수 있게 이루어져 있다

상기와 같은 공조장치는, 겨울철과 같이 추운 날에 자동차의 내부 온도를 올리기 위해 엔진을 시동시키고, 상기 엔진 내의 냉각수가 순환되도록 하며, 상기 엔진을 냉각시켜 뜨거워진 냉각수가 공기 흡입구를 통해 실내로 유입되도록 하여 공기를 가열시키도록 한다.

한편, 겨울철 실외 장기 주차 시에 차량의 내부 온도가 급격하게 떨어지며, 상기 차량 내부의 실내 온도를 올리기 위해서는 상기 차량의 시동 후에 급속 난방이 필요로 한다.

그러나 상기와 같은 종래의 공조장치는, 상기 엔진 및 엔진을 냉각시킨 냉각수가 일정온도에 다다르기 전에는 차량의 내부온도가 증가하지 않으며, 상기 엔진을 일정 온도 이상으로 올리기 위해서는 수십 분 동안 상기 엔진을 시동시켜야만 한다.

즉, 일반적인 내연 기관 차량은, 실내 온도를 일정 수준으로 올리기 위한 충분한 엔진 폐열이 필요하며, 이에 따른 차량 내부 온도를 올리기 위해서는 많은 연료 소모가 발생하여 겨울철 연비 감소의 원인이 된다. 이에 따라, 종래의 내연 기관 차량에서는, 상기와 같이 충분한 엔진 폐열이 필요하기 때문에 차량의 시동 시점에서부터 실내 온도가 일정 수준까지 올라가기까지 많은 시간이 필요한 문제점이 있다.

한편, 전기 차량은, 시동 초기에 차량 실내 온도를 올리기 위하여 전기 히터를 사용하며, 이에 따른 상기 전기 히터를 구동시키기 위한 배터리 소모에 의한 주행 가능 거리가 감소하는 문제점이 있다.

한편, 차량의 실내 온도가 일정 수준까지 올라가지 않은 상태에서는 전면유리 등에 낀 서리 또는 성에가 제거되지 않아 안전운전을 방해하며, 어린아이나 노약자가 동승할 경우 추위에 떠는 경우가 다반사이다.

본 발명에 따른 실시 예에서는, 슈퍼 커패시터를 전력 공급원으로 사용하여 차량의 초기 시동 시에 급속 난방 또는 급속 냉방이 가능하도록 한 온도 조절 장치 및 이의 동작 방법을 제공하도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 기설정된 온도 조건에 따라 공조 유닛에 전력을 공급하는 전력 공급원을 선택적으로 변경할 수 있는 온도 조절 장치 및 이의 동작 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 기설정된 온도 조건에 따라 차량의 실내 온도를 올리기 위한 난방 유닛을 선택적으로 변경할 수 있는 온도 조절 장치 및 이의 동작 방법을 제공한다.

제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시 예에 따른 온도 조절 장치는, 공조 유닛; 상기 공조 유닛에 전력을 공급하며, 복수의 전력 공급원을 포함하는 에너지 저장부; 상기 실내 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서를 통해 측정된 실내 온도를 기준으로 상기 공조 유닛에 전력을 공급하는 전력 공급원을 결정하고, 상기 결정된 전력 공급원을 통해 상기 공조 유닛에 구동 전력이 공급되도록 하는 제어부를 포함하며, 상기 복수의 전력 공급원은, 배터리 및 슈퍼 커패시터를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 실내 온도와 기설정된 제 1 목표 온도를 비교하고, 상기 비교 결과에 따른 실내 온도와 상기 제 1 목표 온도 사이의 차이 값이 기설정된 기준 값을 초과하면, 상기 슈퍼 커패시터를 방전시켜 상기 공조 유닛에 상기 슈퍼 커패시터의 방전 전력이 공급되도록 한다.

또한, 상기 공조 유닛은, 상기 실내 온도를 상승시키는 히터를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 실내 온도가 상기 제 1 목표 온도보다 상기 기준 값 이상 낮으면, 상기 슈퍼 커패시터의 방전 전력에 의해 상기 히터의 급속 난방 모드가 수행되도록 한다.

또한, 상기 공조 유닛은, 상기 실내 온도를 감소시키는 에어컨을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 실내 온도가 상기 제 1 목표 온도보다 상기 기준 값 이상 높으면, 상기 슈퍼 커패시터의 방전 전력에 의해 상기 에어컨의 급속 냉방 모드가 수행되도록 한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 차이 값을 기준으로 상기 슈퍼 커패시터의 방전 시간을 설정하며, 상기 방전 시간이 경과하면, 상기 슈퍼 커패시터의 방전을 중지시켜 상기 배터리를 통해 상기 공조 유닛에 구동 전력이 공급되도록 한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 슈퍼 커패시터의 방전 이후에 상기 실내 온도가 기설정된 제 2 목표 온도에 도달하면, 상기 슈퍼 커패시터의 방전을 중지시켜 상기 배터리를 통해 상기 공조 유닛에 구동 전력이 공급되도록 한다.

또한, 상기 배터리의 온도를 상승 또는 감소시키는 배터리 보호부; 및 상기 배터리의 온도를 측정하는 배터리 온도 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 배터리의 온도가 기설정된 기준 범위를 벗어나면, 상기 슈퍼 커패시터를 방전시켜 상기 배터리 보호부가 구동되도록 한다.

또한, 상기 제어부는, 시동 온 이벤트가 발생하는 시점에 상기 전력 공급원을 결정한다.

한편, 온도 조절 장치의 동작 방법은 실내 온도를 측정하는 단계; 상기 측정된 실내 온도와 기설정된 목표 온도를 비교하는 단계; 상기 실내 온도와 목표 온도 사이의 차이 값이 기설정된 기준 값을 초과하였는지 여부를 판단하는 단계; 상기 차이 값이 상기 기준 값을 초과하였는지 여부에 따라 공조 유닛에 전력을 공급할 전력 공급원을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 전력 공급원을 방전시켜 상기 공조 유닛을 구동시키는 단계를 포함하고, 상기 전력 공급원은, 제 1 출력 밀도를 가지는 제 1 전력 공급원과, 상기 제 1 출력 밀도보다 높은 제 2 출력 밀도를 가지는 제 2 전력 공급원을 포함하고, 상기 결정하는 단계는, 상기 차이 값이 상기 기준 값을 초과하면, 상기 제 2 전력 공급원을 통해 상기 공조 유닛에 구동 전력이 공급되도록 하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 제 2 전력 공급원에 의해 상기 공조 유닛이 구동된 이후에 상기 실내 온도를 재측정하는 단계; 상기 재측정된 실내 온도와 상기 목표 온도 사이의 차이 값이 상기 기준 값 이하이면, 상기 제 2 전력 공급원의 출력을 차단하는 단계; 및 상기 제 1 전력 공급원을 통해 상기 공조 유닛에 전력을 공급하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 제 1 전력 공급원의 온도를 측정하는 단계; 및, 상기 측정된 제 1 전력 공급원의 온도가 기설정된 범위를 벗어나면, 상기 제 2 전력 공급원을 통해 상기 제 1 전력 공급원을 승온시키는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 슈퍼 커패시터를 전력 공급원으로 사용하여, 차량의 초기 시동 시에 에어컨이나 히터를 포함하는 공조 유닛을 구동시킴으로써, 상기 공조 유닛이 사용하는 배터리 소모를 최소화할 수 있으며, 이에 따른 차량의 주행 거리를 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 전기 차량 또는 하이브리드 차량의 배터리 사용을 최소화함으로써, 배터리 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 차량의 초기 시동 시에 슈퍼 커패시터를 이용한 급속 난방 또는 급속 냉방이 가능하도록 함으로써, 짧은 시간 내에 차량의 실내 온도를 목표 온도로 맞출 수 있으며, 이에 따라 운전자 만족도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 슈퍼 커패시터를 이용하여 짧은 시간 내에 차량의 배터리 온도를 목표 온도로 상승 또는 하강시킴으로써, 이상 온도(abnormal Temperature)에서 급감하는 배터리 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온도 조절 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 온도 조절 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온도 조절 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 조절 장치의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 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 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

본 발명의 설명에 앞서, 본 발명의 실시 예에 따른 차량은, 배터리 및 모터를 이용한 순수 전기 자동차를 포함할 수 있으며, 상기 순수 전기 자동차 이외에도 엔진을 사용하면서, 배터리 및 모터를 이용하는 하이브리드 자동차를 포함하는 개념일 수 있다.

이때, 하이브리드 전기 자동차는, 배터리와 엔진 중 적어도 어느 하나를 선택 가능한 절환 수단, 및 변속기를 더 구비할 수도 있다. 한편, 하이브리드 전기 자동차는, 엔진에서 출력되는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하여 모터를 구동하는 직렬 방식과, 엔진에서 출력되는 기계 에너지와 배터리에서의 전기 에너지를 동시에 이용하는 병렬 방식으로 나뉠 수 있다.

한편, 아래에서의 온도 조절 장치는 차량의 주행을 보조하는 차량 보조 장치일 수 있으며, 상기 차량 보조 장치는, 상기 차량과는 별도의 장치로써, 상기 차량과 데이터 통신을 통해 필요 정보를 주고 받으며, 이에 따른 차량 운전을 보조하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 이와 다르게 상기 차량 보조 장치는 상기 차량을 구성하는 유닛 중 일부의 집합으로 정의될 수 있다. 다시 말해서, 상기 차량 보조 장치는 차량과는 별개의 장치로 차량의 각종 유닛을 제어하기 위한 필요 정보를 생성하여 상기 차량의 제어부로 전달할 수 있다. 또한, 이와 다르게 상기 차량 보조 장치는 상기 차량을 구성하는 유닛의 일부이며, 이에 따라 상기 차량 보조 장치는 실질적으로 차량에 직접 설치된 각 유닛들의 조합으로 구현될 수 있다.

이러한 차량 보조장치는 차량의 시동 온 이벤트가 발생하는 시점에서, 슈퍼 커패시터(20)의 방전 조건을 결정하고, 상기 결정된 슈퍼 커패시터(20)의 방전 조건에 따라 차량 내에 설치된 공조 유닛(60)을 구동시켜, 상기 공조 유닛(60)에 의한 급속 냉방 또는 급속 난방이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온도 조절 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온도 조절 장치는, 상기에서의 순수 전기 자동차에 적용되는 보조 장치이다. 이에 따라, 도 1에 도시된 온도 조절 장치는, 엔진을 제외한 배터리(10) 및 모터(50)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 온도 조절 장치는 배터리(10), 슈퍼 커패시터(20), 양방향 DC-DC 컨버터(30), 인버터(40), 모터(50), 공조 유닛(60), 스위치(70), 온도 센서(80), 제어부(90)를 포함한다.

배터리(10)는 차량에 구동 전력을 공급한다. 특히, 배터리(10)는 인버터(40) 내부에 구비된 직류단 커패시터에 직류 전력을 공급한다. 이러한, 배터리(10)는 고전압 배터리일 수 있으며, 이를 위해 복수 개의 단위 셀의 집합으로 형성될 수 있다.

상기 복수 개의 단위 셀은 일정한 전압을 유지하기 위해, 전자 제어 유닛(예를 들어, 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)에 의해 관리될 수 있으며, 상기 배터리(10)는 전자 제어 유닛(도시하지 않음)의 제어하에 일정한 직류 전력을 방출할 수 있다.

또한, 상기 전자 제어 유닛은 상기 배터리(10)의 전압을 검출하고, 이를 추후 설명할 제어부(90)에 전달할 수 있다. 이러한 배터리(10)는 동작 상태에 따라 충전 상태 및 방전 상태로 변경 가능한 2차 전지로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 배터리(10)와 상기 양방향 DC-DC 컨버터(30) 사이에는 메인 릴레이(도시하지 않음)가 배치될 수 있으며, 상기 메인 릴레이의 스위칭 상태에 따라 상기 배터리(10)와 상기 양방향 DC-DC 컨버터(30) 사이가 전기적으로 연결 또는 분리될 수 있다.

양방향 DC-DC 컨버터(30)는 일단이 상기 배터리(10)와 연결되고, 타단이 상기 인버터(40) 및 공조 유닛(60)을 포함하는 전장 부품과 연결된다. 상기 양방향 DC-DC 컨버터(30)는 상기 일단을 통해 상기 배터리(10)를 통해 방전되는 전력을 수신할 수 있다. 그리고, 상기 양방향 DC-DC 컨버터(30)는 상기 일단을 통해 전력이 수신되면, 상기 수신된 전력의 크기를 변환하고, 상기 변환된 전력을 상기 타단을 통해 출력한다.

상기 양방향 DC-DC 컨버터(30)의 타단에는 상기와 같이 인버터(40)와 연결될 수 있으며, 상기 인버터(40)는 상기 수신된 전력을 상기 모터(50)의 구동에 필요한 교류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 교류 전력을 상기 모터(50)로 공급한다.

또한, 상기 양방향 DC-DC 컨버터(30)의 타단에는 다수의 전장 부품(도시하지 않음)이 연결될 수 있으며, 이에 따라, 상기 양방향 DC-DC 컨버터(30)는 상기 전장 부품에서 필요로 하는 크기의 직류 전력으로 상기 배터리(10)로부터 방전된 직류 전력의 크기를 변환하여 출력한다.

상기 인버터(40)는 상기 양방향 DC-DC 컨버터(30)와 연결되고, 상기 양방향 DC-DC 컨버터(30)를 통해 출력되는 직류 전력을 상기 모터(50)의 구동에 필요한 교류 전력으로 변환한다. 이때, 상기 인버터(40)는 상기 모터(50)의 구동을 위하여, 상기 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환한다.

특히, 상기 인버터(40)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 이루어지며, 후술할 제어부(90)에서 인가되는 제어신호에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 스위칭을 실행하여 상기 배터리(10) 및 상기 양방향 DC-DC 컨버터(30)에서 공급되는 직류 전력을 상 변환시켜 모터(50)를 구동시킨다.

모터(50)는 회전하지 않고 고정되는 고정자(미도시)와, 회전하는 회전자(미도시)를 포함한다. 모터(50)는 인버터(40)를 통해 공급되는 교류 전력을 인가받는다.

모터(50)는 예를 들어 3상 모터일 수 있으며, 각 상의 고정자의 코일에 전압 가변/주파수 가변의 각상 교류 전원이 인가되는 경우, 인가되는 주파수에 따라 회전자의 회전 속도가 가변하게 된다.

모터(50)는 유도 모터(Induction Motor), BLDC 모터(Blushless DC motor), 릴럭턴스 모터(reluctance motor) 등 다양한 형태가 가능하다.

한편, 모터(50)의 일 측에는 구동 기어(미도시)가 구비될 수 있다. 구동 기어는 모터(50)의 회전 에너지를 기어 비어에 따라 변환시킨다. 구동 기어에서 출력되는 회전 에너지는 앞바퀴 및/또는 뒷바퀴에 전달되어 차량이 움직이도록 한다.

한편, 도면에서는 도시되지 않았지만, 차량은 전자 장치들의 전반적인 제어를 위한 전자 제어부(Electronic Controller)를 더 포함할 수 있다. 전자 제어부(미도시)는 각 장치들이 동작, 표시 등을 할 수 있도록 제어한다. 또한, 상술한 배터리 관리 시스템을 제어할 수도 있다.

또한, 전자 제어부는 전기 자동차의 경사각을 감지하는 경사각 감지부(미도시), 전기 자동차의 속도를 감지하는 속도 감지부(미도시), 브레이크 페달의 동작에 따른 브레이크 감지부(미도시), 악셀 페달의 동작에 따른 악셀 감지부(미도시) 등으로부터의 감지 신호에 기초하여, 다양한 운전 모드(주행 모드, 후진 모드, 중립 모드, 및 주차 모드 등)에 따른 운전 지령치를 생성할 수 있다. 이때의 운전 지령치는, 예를 들어, 토크 지령치 또는 속도 지령치일 수 있다.

슈퍼 커패시터(20)는 상기 차량의 주행 중에 충전 동작을 수행하며, 상기 제어부(90)의 제어 신호에 따라 급속 난방 또는 급속 냉방이 필요한 시점에 방전하여 상기 공조 유닛(60)에 구동 전력을 공급한다.

여기에서, 상기 슈퍼 커패시터(20)는 종래의 커패시터에 사용되고 있는 고유물질인 유전체는 없고, 또한 전지와 같이 충/방전에 화학반응을 이용하지도 않는다. 그 특징은 표면적이 큰 활성탄을 사용하고 유전체의 거리를 짧게 하여 소형으로 F 단위의 매우 큰 정전 용량을 얻을 수 있으며, 과충전, 과방전이 이루어져도 전지와 같이 수명에 영향을 주는 일이 없을 뿐만 아니라 환경성이 뛰어나다. 또한, 슈퍼 커패시터(20)는 전자 부품으로서 땜납으로 붙일 수 있으므로 2차 전지와 같이 단락이나 접속 불안정이 일어나지 않는다. 이에 따라, 상기 슈퍼 커패시터(20)는 전기 화학 반응을 이용하는 배터리에 비해, 전하 자체를 물리적으로 축전하는 방법을 이용하고 있어 충/방전 시간의 조절이 가능하고, 긴 수명, 높은 에너지 밀도 등을 얻을 수 있다.

상기 슈퍼 커패시터(20)는 상기 인버터(40)와 연결되어, 상기 인버터(40)를 통해 공급되는 직류 전력을 저장한다. 바람직하게, 상기 슈퍼 커패시터(20)는 회생 제동 시에 상기 인버터(40)를 통해 공급되는 직류 전력을 수신하여 충전 동작을 수행한다.

여기서, 회생 제동(REGENERATIVE BRAKING SYSTEM)이란 브레이크를 밟을 때 모터(50)가 발전기의 역할을 하게 되는 것으로, 상기 모터(50)에 공급되던 전류를 차단하면 도로를 달리던 차량의 바퀴가 상기 모터(50)를 돌리게 되며, 이때 차량의 관성에 의해 돌아가는 모터(50)에서 전류가 발생하여 전력(에너지)이 생산된다. 이에 따라, 본 발명에서는 상기와 같이 회생 제동에 의해 발생한 전력을 상기 슈퍼 커패시터(20)에 공급해 상기 슈퍼 커패시터(20)의 충전이 이루어지도록 한다.

이때, 상기와 같은 회생 제동에 의해 발생하는 에너지는 전류를 기준으로 690A 정도이다. 상기 회생 제동에 의해 발생한 에너지는 상기와 같이 크기가 크며, 이에 따라 일반적인 배터리에서는 상기 발생한 에너지를 그대로 저장/충전할 수 없다. 즉, 상기 배터리(10)는 상기 발생한 에너지를 그대로 저장하지 못하고, 상기 양방향 DC-DC 컨버터(30)에 의해 상기 에너지의 크기를 강압시키게 된다. 반면에, 상기와 같은 슈퍼 커패시터(20)는 상기 회생 제동에 의해 발생하는 에너지를 그대로 충전할 수 있으며, 이에 따른 에너지 손실이 발생하지 않는다.

다시 말해서, 1톤 무게의 차량이 50km/hr로 주행 중 10초 이내에 정지하는 경우, 이에 따른 회생 제동 에너지는 9.6kW일 수 있다. 이때, 상기와 같은 에너지를 14V로 충전시, 690A의 전류로 충전이 이루어진다.

이때, 상기 충전되는 전류의 크기가 너무 높기 때문에, 일반적인 배터리(10)는 수용 불가하며, 이에 따라 상기 전류의 크기를 강압시켜 충전동작을 수행하게 된다.

반면에, 슈퍼 커패시터(20)에서는 상기 690A의 전류로 충전 동작이 이루어지는 경우에도 수용이 가능하며, 이에 따라 버려지는 전기 에너지를 최소화할 수 있다.

다시 말해서, 상기 배터리(10)는 화학적 반응으로 충방전이 이루어지기 때문에, 큰 용량의 전기 에너지를 빠르게 충전 및 방전하는 것이 불가능하지만, 상기 슈퍼 커패시터(20)는 물리적으로 전기 에너지를 충방전 하므로, 큰 용량의 전기 에너지를 빠르게 충전 및 방전할 수 있으며, 이에 따라 상기 큰 용량의 전기 에너지를 상기 공조 유닛(60)에 공급하여, 상기 공조 유닛(60)에 의한 급속 냉방 또는 급속 난방이 가능하도록 한다.

결론적으로, 본 발명에서는 상기 회생 제동에 의해 발생한 에너지를 이용하여 상기 슈퍼 커패시터(20)를 충전시키고, 상기 슈퍼 커패시터(20)에 충전된 에너지를 이용하여 공조 유닛(60)에 의한 급속 냉방 또는 급속 난방이 가능하도록 한다.

공조 유닛(60)은 차량 내부에 설치되어, 상기 차량의 실내 공기를 냉방 또는 난방한다. 바람직하게, 상기 공조 유닛(60)는 상기 차량의 실내 공기를 냉방하는 에어컨과, 상기 실내 공기를 난방하는 히터를 포함할 수 있다. 한편, 상기와 같은 공조 유닛(60)은 상기 실내 공기를 냉방 또는 난방시켜 상기 차량의 창유리에 김서림을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.

또한, 상기와 같은 공조 유닛(60)은 차량 내의 시트 내에 설치되어, 상기 시트로 온열 또는 냉열을 제공하는 시트 열선 및 냉방 시트를 포함할 수 있다.

스위치(70)는 상기 공조 유닛(60)과 상기 슈퍼 커패시터(20) 사이에 배치되며, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 출력 전력을 단속한다. 바람직하게, 상기 스위치(70)는 제 1 동작 상태에서 열림 상태로 동작하여, 상기 슈퍼 커패시터(20)와 상기 공조 유닛(60) 사이를 전기적으로 분리한다. 또한, 상기 스위치(70)는 제 2 동작 상태에서 닫힘 상태로 동작하여 상기 슈퍼 커패시터(20)와 상기 공조 유닛(60) 사이를 전기적으로 연결한다. 이에 따라, 상기 공조 유닛(60)은 상기 스위치(70)가 상기 제 2 동작 상태로 동작하는 경우에만 상기 슈퍼 커패시터(20)로부터 구동 전력을 공급받을 수 있다.

스위치(70)는 후술할 제어부(90)의 제어 신호에 따라 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 전력을 상기 공조 유닛(60)으로 공급하거나, 상기 공조 유닛(60)으로 공급되는 상기 방전 전력을 차단한다.

온도 센서(80)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 조건을 결정하기 위한 온도를 측정한다. 이때, 상기 온도 센서(80)는 상기 차량의 실내에 설치될 수 있으며, 이에 따라 상기 차량의 실내 온도를 측정할 수 있다. 또한, 이와 다르게 상기 온도 센서(80)는 상기 차량의 외부에 설치될 수 있으며, 이에 따른 실외 온도를 측정할 수 있다.

다시 말해서, 상기 슈퍼 커패시터(20)는 상기 차량의 실내 온도 또는 실외 온도를 기준으로 방전 조건이 결정되며, 그에 따라 상기 공조 유닛(60)으로 구동 전력을 공급한다.

제어부(90)는 상기 온도 조절 장치의 전반적인 동작을 제어한다.

특히, 상기 제어부(90)는 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1과 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(90)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 차량 보조장치에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.

이러한 제어부(90)는 하드웨어 측면에서, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(170)(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

즉, 상기 제어부(90)는 상기 차량의 시동 온 이벤트가 발생함에 따라 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 이루어지도록 한다. 이때, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전은 기설정된 시간동안 방전이 이루어질 수 있으며, 이와 다르게 상기 온도 센서(80)를 통해 기설정된 기준 범위 내의 온도가 측정되는 시점까지 방전이 이루어질 수 있다.

상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 이루어지면, 상기 스위치(70)는 닫힘 상태로 변경되며, 그에 따라 상기 슈퍼 커패시터(20)와 상기 공조 유닛(60)이 상호 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 공조 유닛(60)은 상기 슈퍼 커패시터(20)를 전력 공급원으로 구동 전력을 공급받게 되며, 상기 슈퍼 커패시터(20)를 통해 공급되는 구동 전력에 의해 구동되어 급속 냉방 또는 급속 난방이 이루어진다.

이를 위해, 상기 슈퍼 커패시터(20)는 상기 급속 난방 또는 급속 냉방이 이루어질 수 있도록, 복수의 슈퍼 커패시터를 직렬 및/또는 병렬로 연결된 모듈로 구성되어 3000 Farads 이상의 용량과, 12V 이상의 전압이 출력되도록 할 수 있다.

다시 말해서, 일반적인 열량은 고온의 물체에서 저온의 물체로 이동한 열의 양을 의미하며, 이에 따른 열량은 아래의 식 1로 정의될 수 있다.

[식 1]

Q = c * m * △T

여기에서, 상기 Q 는 열량이고, 상기 c는 비열이며, 상기 m은 질량이고, 상기 △T는 온도 변화를 의미한다.

이에 따라, 1kg의 물의 온도를 1℃ 높이는데 필요한 열량은, 1 키로칼로리(kcal)이다. 그리고, 상기 1 키로칼로리는 1000 칼로리로 표현될 수 있으며, 1 칼로리는 4.2 줄(joule)로 표현될 수 있다.

이에 따라, 3000리터(3m³)의 공기를 0℃에서 40℃로 3분 내에 가열하는데 필요한 열량은 아래의 식 2와 같을 수 있다.

[식 2]

열량 = 질량 * 비열 * △T = 3.88kg * 1.005 kj/kg.k * 40k = 156J

그리고, 이에 따른 필요 에너지는 아래의 식 3과 같을 수 있다.

[식 3]

에너지(Watt) = 에너지(Joule) / Time(sec) = 156,000J/180sec = 866W

이에 따라, 상기와 같은 866W 구동에 필요한 상기 슈퍼 커패시터(20)의 에너지는, 아래의 식 4와 같을 수 있다.

[식 4]

에너지(Joule) = 1/2 * capacitance(Farad) * voltage²(volts) = 0.5 * 2,166 * 144 = 156kj

이에 따라, 본 발명에서의 슈퍼 커패시터(20)는 3000 Farads 이상의 용량과, 12V 이상의 전압을 출력하여 상기 공조 유닛(60)을 초기 구동하여, 이에 따른 급속 냉방 또는 급속 난방이 가능하도록 한다.

한편, 제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 시에, 상기 온도 센서(80)를 통해 측정된 온도에 따라 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 조건을 결정할 수 있다. 이를 위해, 제어부(90)에는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 조건을 결정하기 위한 기준 온도 값이 저장되어 있다. 이때, 상기 기준 온도 값은, 에어컨 구동에 필요한 제 1 기준 온도 값과, 히터 구동에 필요한 제 2 기준 온도 값을 포함할 수 있다.

그리고, 제어부(90)는 상기 온도 센서(80)를 통해 측정된 온도가 상기 제 1 기준 값보다 높으면, 상기 공조 유닛(60)을 구성하는 에어컨에 상기 슈퍼 커패시터(20)의 구동 전력이 공급되도록 하여 급속 냉방이 이루어지도록 한다.

또한, 제어부(90)는 상기 온도 센서(80)를 통해 측정된 온도가 상기 제 2 기준 값보다 낮으면, 상기 공조 유닛(60)을 구성하는 히터에 상기 슈퍼 커패시터(20)의 구동 전력이 공급되도록 하여 급속 난방이 이루어지도록 한다.

또한, 상기 제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전에 의해 상기 공조 유닛(60)이 구동됨에 따라 상기 차량의 실내 온도가 상기 제 1 기준 값 이하 또는 상기 제 2 기준 값 이상이 되면, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전을 중지시킨다.

또한, 이와 다르게 상기 제어부(90)는 상기 온도 센서(80)에 의해 측정된 온도 값과 상기 제 1 또는 2 기준 값의 차이 값을 비례하게 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 시간을 결정하고, 상기 방전시간 동안에만 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 이루어지도록 할 수 있다.

한편, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 중지되면, 상기 제어부(90)는 상기 제 1 또는 2 기준 값에 대응하는 온도로 상기 차량의 실내 온도가 유지되도록 할 수 있다. 이때, 상기 실내 온도를 유지하기 위해 필요한 에너지는 상기 공조 유닛을 초기 구동하는데 필요한 에너지보다 훨씬 적다.

따라서, 상기 제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 중지된 이후에는, 상기 배터리(10)의 방전 전력을 이용하여 상기 공조 유닛(60)에 구동 전력을 공급한다.

상기와 같은, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 슈퍼 커패시터를 전력 공급원으로 사용하여, 차량의 초기 시동 시에 에어컨이나 히터를 포함하는 공조 유닛을 구동시킴으로써, 상기 공조 유닛이 사용하는 배터리 소모를 최소화할 수 있으며, 이에 따른 차량의 주행 거리를 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 전기 차량 또는 하이브리드 차량의 배터리 사용을 최소화함으로써, 배터리 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 차량의 초기 시동 시에 슈퍼 커패시터를 이용한 급속 난방 또는 급속 냉방이 가능하도록 함으로써, 짧은 시간 내에 차량의 실내 온도를 목표 온도로 맞출 수 있으며, 이에 따라 운전자 만족도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 슈퍼 커패시터를 이용하여 짧은 시간 내에 차량의 배터리 온도를 목표 온도로 상승 또는 하강시킴으로써, 이상 온도(abnormal Temperature)에서 급감하는 배터리 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 온도 조절 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 온도 조절 장치는, 하이브리드 전기 자동차에 적용되는 보조 장치이다. 이에 따라, 도 2에 도시된 온도 조절 장치는, 도 1에 도시된 구성에 엔진 및 얼터네이터를 더 포함한다.

또한, 도 1에서의 공조 유닛을 구성하는 히터는 상기 차량 내에 엔진이 포함되지 않기 때문에, 공기 가열식으로 구성되는 공기 가열 히터만을 포함하였다. 반면에, 도 2에서의 공조 히터를 구성하는 히터는, 상기 공기 가열 히터에 대응하는 제 1 공조 유닛 이외에도 상기 엔진에서 발생하는 폐열을 이용하여 냉각수를 가열하는 히터 코어의 제 2 공조 유닛을 추가로 더 포함한다.

도 2를 참조하면, 온도 조절 장치는 배터리(10), 슈퍼 커패시터(20), 양방향 DC-DC 컨버터(30), 인버터(40), 모터(50), 엔진(52), 얼터네이터(54), 공조 유닛(60), 스위치(70), 온도 센서(80), 제어부(90)를 포함한다. 그리고, 공조 유닛(60)은 상기 설명한 바와 같은 제 1 공조 유닛(62) 및 제 2 공조 유닛(64)을 포함한다.

이하에서, 도 1과 동일한 구성에 대해서는 이의 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 2에서의 온도 조절 장치는, 연료에 의해 동력을 발생하는 엔진(52)과, 차량이 이동하는 경우에, 교류 전력을 생성하여 배터리(10) 및 상기 슈퍼 커패시터(20)를 충전하기 위한 교류 전력을 발생하는 얼터네이터(54)를 더 포함한다.

이에 따라, 상기 인버터(40)는 상기 회생 제동에 의해 생성된 에너지 이외에도 상기 얼터네이터(54)를 통해 생성된 에너지를 직류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 직류 전력을 상기 배터리(10) 또는 상기 슈퍼 커패시터(20)에 충전한다.

한편, 상기 공조 유닛(60)은 상기 설명한 바와 같은 제 1 공조 유닛(62) 및 제 2 공조 유닛(64)을 포함한다. 이때, 상기 제 1 공조 유닛(62)은 도 1의 설명에서 이미 설명하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 제 2 공조 유닛(64)은 상기 엔진(52)을 냉각시킨 냉각수 배관이 관통되고 실외 공기를 흡입하여 실내로 공기를 공급하는 덕트와, 상기 덕트 내측에 설치되고 상기 배터리(10)와 연결되어 상기 흡입되는 공기를 가열하는 히터 코어를 포함한다. 상기와 같은 제 2 공조 유닛(64)은 연료에 의해 구동되는 내연 기관 난방 장치에 일반적으로 포함된 구성이며, 이에 따라 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제어부(90)는 상기 제 1 공조 유닛(62) 및 제 2 공조 유닛(64)의 동작을 제어한다. 한편, 이하에서는 히터의 동작을 중심으로 설명하기로 한다. 그러나, 아래의 설명에 대한 히터 동작이 에어컨의 동작에도 적용될 수 있음은 자명한 사항일 것이다.

제어부(90)는 시동 온 이벤트가 발생하면, 상기 온도 센서(80)를 통해 측정된 온도 값이 기설정된 기준 값 이하인지를 확인한다. 그리고, 상기 측정된 온도 값이 상기 기준 값보다 크면, 상기 제어부(90)는 사용자 설정 온도에 따라 상기 제 2 공조 유닛(64)이 구동되도록 한다. 이와 다르게, 상기 측정된 온도 값이 상기 기준 값보다 낮으면, 상기 제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 이루어지도록 하고, 이에 따라 일정 시간동안 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 전력에 의해 상기 제 1 공조 유닛(62)이 구동되도록 한다.

이때, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 및 상기 제 1 공조 유닛(62)의 구동은, 상기 온도 값과 기준 값 사이의 차이 값을 기준으로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 상기 차이 값이 크면, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 시간과, 이에 따른 상기 제 1 공조 유닛(62)의 구동 시간은 증가할 것이다. 그리고, 상기 차이 값이 작으면, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 시간과, 이에 따른 상기 제 1 공조 유닛(62)의 구동 시간은 감소할 것이다.

그리고, 상기 제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20) 및 상기 제 1 공조 유닛(62)에 의해, 상기 차량의 실내 온도가 목표 온도로 올라오게 되면, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 및 상기 제 1 공조 유닛(62)의 구동을 중지시킨다. 이때, 상기 목표 온도는 상기 기준 값과 동일할 수 있으며, 이와 다를 수 있다. 다시 말해서, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 시작을 위한 기준 값과, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 중지를 위한 상기 목표 온도를 서로 동일한 온도 값으로 설정될 수 있으며, 이와 다르게 서로 다른 온도 값으로 설정될 수 있을 것이다.

또한, 상기 제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20) 및 상기 제 1 공조 유닛(62)의 구동이 중지되면, 이후에는 상기 배터리(10)의 방전 전력에 의해 상기 제 2 공조 유닛(64)이 구동되도록 하여, 상기 차량의 실내 온도가 사용자 설정 온도를 유지할 수 있도록 한다.

결론적으로, 본 발명에서는 차량의 시동 온 이벤트가 발생하는 시점에, 상기 차량의 온도가 기준 값을 기준으로 일정 수준 이상을 벗어나면, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전에 의해 출력된 구동 전력에 의해 상기 제 1 공조 유닛(62)이 구동 되도록 하여, 이에 따른 급속 난방 또는 급속 냉방이 이루어지도록 한다.

또한, 본 발명에서는 상기 급속 난방이 이루어진 시점 이후에는 상기 제 2 공조 유닛(64)에 의해 일반적인 완속 난방이 이루어지도록 한다.

도 3은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온도 조절 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온도 조절 장치는, 순수 전기 자동차에 적용될 수 있으며, 이와 다르게 하이브리드 전기 자동차에도 적용될 수 있는 보조 장치이다. 이에 따라, 도 3에 도시된 온도 조절 장치는, 도 1에 도시된 구성에 배터리 보호부(12) 만을 더 포함할 수 있으며, 이와 다르게 도 2에 도시된 구성에 상기 배터리 보호부(12)를 더 포함할 수 있다.

또한, 도 1 및 2에서의 공조 유닛은 차량의 실내 온도를 조절하기 위한 온도 조절 기능을 수행하였으며, 이에 따라 히터, 에어컨 열선 시트나 냉방 시트와 같은 구성을 포함하였다.

반면에, 도 3에서의 온도 조절 장치는 상기 공조 유닛 이외에도 상기 배터리(10)의 인접 영역에 배치되어 상기 배터리(10)의 온도를 조절하는 배터리 보호부(12)를 더 포함한다.

이하에서, 도 1 및 2와 동일한 구성에 대해서는 이의 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 3에 따르면, 배터리 보호부(12)는 상기 배터리(10)의 인접 영역에 배치되어, 상기 배터리(10)로 온열을 발생하거나, 냉열을 발생한다. 다시 말해서, 상기 배터리 보호부(12)는 상기 배터리(10)로 온열을 발생하여 상기 배터리(10)의 온도를 승온시키는 히터일 수 있다. 또한, 이와 다르게 상기 배터리 보호부(12)는 상기 배터리(10)로 냉열을 발생하여 상기 배터리(10)의 온도를 감소시키는 냉풍 발생부일 수 있다. 한편, 상기 배터리 보호부(12)를 구성하는 상기 히터는, 상기 배터리(10)를 구성하는 각각의 배터리 모듈의 적어도 일면에 부착되며 내부에 면상 히터를 포함하는 히터 조립체를 포함할 수 있다.

한편, 도 3에서의 온도 센서(80)는 상기 차량의 실내 온도 또는 실외 온도를 측정하는 센서 이외에도, 상기 배터리(10)의 인접 영역에 배치되어, 상기 배터리(10)의 온도를 측정하는 배터리 온도 센서를 더 포함한다.

상기 배터리 온도 센서는 상기 배터리(10)의 온도를 측정하고, 상기 측정한 배터리(10)의 온도를 상기 제어부(90)에 전달한다.

제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20) 및 상기 공조 유닛(60)의 구동을 제어하는 기능 이외에도, 상기 배터리 온도 센서를 통해 측정된 배터리 온도를 기준으로 상기 배터리 보호부(12)의 구동을 추가로 제어한다.

바람직하게, 상기 배터리(10)는 온도에 민감하게 반응하며, 상기 온도에 따라 성능이 급변할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리(10)는 영하의 기온에서 성능이 급감하며, 이에 따라 빠르게 방전되는 상황이 발생하면 차량의 시동조차 걸 수 없는 상황이 발생하게 된다. 이에 따라, 상기 배터리(10)의 온도가 목표 온도보다 낮은 상황에서는 상기 배터리(10)의 온도를 급속 승온시켜야 한다. 이에 따라, 본 발명에서는 상기 배터리(10)의 온도가 상기 목표 온도보다 낮은 상황이면, 상기 슈퍼 커패시터(20)를 통해 상기 배터리 보호부(12)에 구동 전력이 공급되도록 하여, 상기 배터리 보호부(12)에 의한 급속 난방이 이루어지도록 한다. 이에 따라, 상기 배터리 보호부(12)에 의해 상기 배터리(10)의 온도는 짧은 시간 내에 목표 온도까지 승온될 수 있으며, 이에 따라 발생하는 배터리(10)의 성능 저하를 방지할 수 있다.

이를 위해, 제어부(90)는 상기 배터리 온도 센서를 통해 측정된 배터리 온도가 목표 온도보다 낮으면, 상기 슈퍼 커패시터(20)를 방전시켜 상기 배터리 보호부(12)에 구동 전력이 공급되도록 하고, 상기 배터리 보호부(12)에 의해 상기 배터리(10)의 급속 난방이 이루어지도록 한다. 또한, 상기 제어부(90)는 상기 배터리 온도가 목표 온도보다 높으면, 상기 슈퍼 커패시터(20)를 통해 상기 배터리 보호부(12)에 구동 전력이 공급되도록 하여, 상기 배터리(10)의 급속 냉방이 이루어지도록 한다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 조절 장치의 동작 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 조절 장치의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 제어부(90)는 차량의 시동 온 이벤트의 발생 여부를 감지한다(10단계).

상기 제어부(90)는 상기 차량의 시동 온 이벤트가 발생하면, 상기 차량 온 이벤트가 발생하는 시점에, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 이루어지도록 하고, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전에 의한 전력이 상기 공조 유닛(60)으로 공급되도록 한다(20단계). 이때, 상기 공조 유닛(60)은 히터일 수 있으며, 이와 다르게 에어컨일 수 있다.

이후, 제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 시작된 시점을 기준으로 일정 시간이 경과하였는지 여부를 판단한다(30단계). 다시 말해서, 상기 제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 전력에 의해 상기 공조 유닛(60)이 일정 시간 구동되었는지 여부를 판단한다.

그리고, 상기 제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 시작된 시점을 기준으로 일정 시간이 경과하였다면, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전을 중지시키고, 그에 따라 상기 슈퍼 커패시터(20)를 통한 전력 공급을 차단한다(40단계).

이후, 상기 제어부(90)는 기설정된 사용자 설정 온도를 기준으로, 상기 배터리(10)의 방전에 의해 발생한 구동 전력에 의해 상기 공조 유닛(60)이 구동되도록 한다(50단계).

한편, 상기에서는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 및 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전에 의한 공조 유닛(60)의 구동이 무조건적으로 수행되는 것으로 설명하였다, 그러나, 실질적으로 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 및 상기 공조 유닛(60)의 구동은 기설정된 조건에 의해 이루어지며, 이하에서는 이에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 온도 센서(80)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 조건을 결정하기 위한 온도를 측정한다(110단계). 이때, 상기 온도 센서(80)는 상기 차량의 외부 온도를 측정할 수 있고, 이와 다르게 상기 차량의 실내 온도를 측정할 수 있다. 이때, 상기 공조 유닛(60)은 차량 내부의 온도를 조절하기 위한 장치이며, 이에 따라 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 조건은 상기 차량의 실내 온도에 의해 결정되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 온도 센서(80)는 상기 차량의 실내 온도를 측정할 수 있다.

상기 온도 센서(80)에 의해 온도가 측정되면, 상기 제어부(90)는 기설정된 목표 온도를 확인한다(120단계). 이때, 상기 목표 온도는 상기 설명한 기준 온도 값이며, 이에 따라 계절에 따라 서로 다른 기준 온도 값이 적용될 수 있다.

이후, 상기 제어부(90)는 상기 목표 온도가 확인되면, 상기 확인된 목표 온도와 상기 측정된 측정 온도를 비교하고, 그에 따라 상기 목표 온도와 측정 온도 사이의 차이 온도 값을 확인한다(130단계).

또한, 상기 제어부(90)는 상기 확인한 차이 온도 값이 기설정된 기준 값을 초과하였는지 여부를 판단한다(140단계). 예를 들어, 겨울철에서의, 상기 제어부(90)는 상기 측정 온도가 상기 목표 온도보다 상기 기준 값 이상으로 낮은지 여부를 판단한다. 또한, 여름철에서의, 상기 제어부(90)는 상기 측정 온도가 상기 목표 온도보다 상기 기준 값 이상으로 높은지 여부를 판단한다.

이후, 상기 제어부(90)는 상기 차이 온도 값이 상기 기준 값을 초과하였다면, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 이루어지도록 하고, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전에 의한 전력이 상기 공조 유닛(60)으로 공급되도록 한다(150단계). 한편, 상기와 같은 슈퍼 커패시터(20)의 방전 및 상기 공조 유닛(60)의 구동은, 사용자에 의해 미리 상기 공조 유닛(60)의 동작 온이 설정되지 않은 경우에서도 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제어부(90)는 상기 차이 온도 값이 상기 기준 값을 초과하지 않았다면, 사용자 설정 온도를 기준으로 상기 배터리(10)의 방전 전력에 의해 상기 공조 유닛(60)이 구동되도록 한다(160단계).

또한, 도 6을 참조하면, 상기 온도 센서(80)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 조건을 결정하기 위한 온도를 측정한다(210단계). 이때, 상기 온도 센서(80)는 상기 차량의 외부 온도를 측정할 수 있고, 이와 다르게 상기 차량의 실내 온도를 측정할 수 있다. 이때, 상기 공조 유닛(60)은 차량 내부의 온도를 조절하기 위한 장치이며, 이에 따라 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 조건은 상기 차량의 실내 온도에 의해 결정되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 온도 센서(80)는 상기 차량의 실내 온도를 측정할 수 있다.

상기 온도 센서(80)에 의해 온도가 측정되면, 상기 제어부(90)는 기설정된 목표 온도를 확인한다(220단계). 이때, 상기 목표 온도는 상기 설명한 기준 온도 값이며, 이에 따라 계절에 따라 서로 다른 기준 온도 값이 적용될 수 있다.

이후, 상기 제어부(90)는 상기 목표 온도가 확인되면, 상기 확인된 목표 온도와 상기 측정된 측정 온도를 비교하고, 그에 따라 상기 목표 온도와 측정 온도 사이의 차이 온도 값을 확인한다(230단계).

그리고, 상기 제어부(90)는 상기 차이 온도 값이 확인되면, 상기 확인된 차이 온도 값을 기준으로 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 조건을 설정한다(240단계). 다시 말해서, 상기 방전 조건은 방전 시간을 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 차이 온도 값이 크면, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 시간을 증가시킬 수 있고, 상기 차이 온도 값이 작으면, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 시간을 감소시킬 수 있다.

이후, 상기 제어부(90)는 상기 설정된 슈퍼 커패시터(20)의 방전 조건에 따라 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 및 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전에 따른 공조 유닛(60)의 구동이 이루어지도록 한다(250단계).

한편, 도 7을 참조하면 하이브리드 자동차에서의 제어부(90)는 시동 온 이벤트가 발생하였는지 여부를 판단한다(310단계).

그리고, 상기 제어부(90)는 상기 시동 온 이벤트가 발생하였다면, 상기 도 6에서 설정한 동작을 기준으로 제 1 공조 유닛(62)의 구동 조건을 설정한다(320단계). 다시 말해서, 상기 제어부(90)는 상기 온도 센서(80)를 통해 측정된 온도와 기설정된 목표 온도를 기준으로 슈퍼 커패시터(20)의 방전 및 상기 제 1 공조 유닛(62)의 구동을 위한 조건을 설정한다.

이후, 상기 제어부(90)는 상기 구동 조건이 설정되면, 상기 설정된 구동 조건에 따라 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 이루어지도록 하고, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전에 의해 상기 제 1 공조 유닛(62)의 구동이 이루어지도록 한다(330단계).

그리고, 상기 제어부(90)는 상기 제 1 공조 유닛(62)의 구동이 이루어진 시점으로부터 일정 시간이 경과하였는지 여부를 판단한다(340단계). 다시 말해서, 상기 제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 시간이 설정된 경우, 상기 설정된 슈퍼 커패시터(20)의 방전 시간이 경과되었는지 여부를 판단한다.

이후, 상기 제어부(90)는 상기 일정 시간이 경과하였다면, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전 및 상기 제 1 공조 유닛(62)의 구동을 중지시킨다(350단계).

그리고, 상기 제어부(90)는 사용자 설정 온도를 기준으로 상기 배터리(10)의 방전 전력 및 엔진 폐열에 의해 상기 제 2 공조 유닛(64)이 구동되도록 한다(360단계).

한편, 상기에서는 차량의 시동 온 이벤트가 발생하는 시점에 상기 슈퍼 커패시터(20) 및 공조 유닛(60)에 의해 급속 난방 또는 급속 냉방이 이루어지는 것으로 설명하였다. 그러나, 상기 시동 온 이벤트는 본 발명이 적용될 수 있는 조건 중 일 예이며, 상기 시동 온 이벤트가 발생하지 않는 경우, 또는 상기 시동 온 이벤트가 발생한 시점부터 일정 시간이 경과한 이후에도 상기 급속 난방 또는 급속 냉방이 이루어지도록 할 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 제어부(90)는 차량의 원격 제어를 위한 스마트키(도시하지 않음)와 통신을 수행하고, 그에 따라 상기 차량과 상기 스마트키 사이의 거리를 계산한다(410단계). 이때, 상기 거리는 상기 스마트키와 상기 제어부(90) 사이의 송수신 신호의 세기를 기준으로 계산될 수 있으며, 이와 다르게 상기 스마트키의 위치 정보를 기준으로 계산될 수 있다.

이후, 상기 제어부(90)는 상기 스마트키와 상기 차량 사이의 거리가 일정 거리 이내인지 여부를 판단한다(420단계).

그리고, 상기 제어부(90)는 상기 스마트키와 상기 차량 사이의 거리가 일정 거리 이내이면, 상기 온도 센서(80)를 통해 측정되는 현재 온도와 기설정된 목표 온도 사이의 차이 온도를 확인한다(430단계).

이후, 상기 제어부(90)는 상기 차이 온도를 기준으로 상기 공조 유닛(60)의 구동이 필요한지 여부를 판단한다(440단계).

그리고, 상기 제어부(90)는 상기 공조 유닛(60)의 구동이 필요하면, 상기 계산된 거리 및 상기 온도 차이를 토대로 상기 공조 유닛(60)의 구동 조건(예를 들어, 전력 공급원 및 공급 시간)을 설정한다(450단계).

도 9를 참조하면, 온도 센서(80)를 구성하는 배터리 온도 센서는 배터리 온도를 측정하며, 상기 측정한 배터리 온도를 제어부(90)에 전달한다. 그리고, 상기 제어부(90)는 상기 배터리 온도 센서를 통해 측정된 배터리 온도를 수신한다(510단게).

이후, 상기 제어부(90)는 상기 수신한 배터리 온도가 기설정된 목표 온도에 따른 기준 범위를 벗어났는지 여부를 판단한다(520단계).

그리고, 상기 제어부(90)는 상기 기준 범위를 벗어났다면, 상기 목표 온도와 상기 배터리 온도 사이의 차이 온도를 기준으로 상기 배터리 보호부(12)의 구동 조건을 설정한다(530단계). 이때, 상기 구동 조건의 설정은 상기 배터리 보호부(12)를 구성하는 히터를 구동할 것인지, 아니면 냉풍 발생 장치를 구동할 것인지 여부를 설정하는 것을 포함할 수 있다.

이후, 상기 제어부(90)는 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전이 이루어지도록 하고, 상기 슈퍼 커패시터(20)의 방전에 의한 전력에 의해 상기 배터리 보호부(12)의 구동이 이루어지도록 한다(540단계).

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 슈퍼 커패시터를 전력 공급원으로 사용하여, 차량의 초기 시동 시에 에어컨이나 히터를 포함하는 공조 유닛을 구동시킴으로써, 상기 공조 유닛이 사용하는 배터리 소모를 최소화할 수 있으며, 이에 따른 차량의 주행 거리를 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 전기 차량 또는 하이브리드 차량의 배터리 사용을 최소화함으로써, 배터리 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 차량의 초기 시동 시에 슈퍼 커패시터를 이용한 급속 난방 또는 급속 냉방이 가능하도록 함으로써, 짧은 시간 내에 차량의 실내 온도를 목표 온도로 맞출 수 있으며, 이에 따라 운전자 만족도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 슈퍼 커패시터를 이용하여 짧은 시간 내에 차량의 배터리 온도를 목표 온도로 상승 또는 하강시킴으로써, 이상 온도(abnormal Temperature)에서 급감하는 배터리 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가 각 실 시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 배터리
12: 배터리 보호부
20: 슈퍼 커패시터
30: 양방향 DC-DC 컨버터
40: 인버터
50: 모터
52: 엔진
54: 얼터네이터
60: 공조 유닛
62: 제 1 공조 유닛
64: 제 2 공조 유닛
70: 스위치
80: 온도 센서
90: 제어부

Claims (10)

1. 공조 유닛;
   상기 공조 유닛에 전력을 공급하며, 복수의 전력 공급원을 포함하는 에너지 저장부;
   상기 실내 온도를 측정하는 온도 센서; 및
   상기 온도 센서를 통해 측정된 실내 온도를 기준으로 상기 공조 유닛에 전력을 공급하는 전력 공급원을 결정하고, 상기 결정된 전력 공급원을 통해 상기 공조 유닛에 구동 전력이 공급되도록 하는 제어부를 포함하며,
   상기 복수의 전력 공급원은,
   배터리 및 슈퍼 커패시터를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 실내 온도와 기설정된 제 1 목표 온도를 비교하고,
   상기 비교 결과에 따른 실내 온도와 상기 제 1 목표 온도 사이의 차이 값이 기설정된 기준 값을 초과하면, 상기 슈퍼 커패시터를 방전시켜 상기 공조 유닛에 상기 슈퍼 커패시터의 방전 전력이 공급되도록 하는
   온도 조절 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 공조 유닛은,
   상기 실내 온도를 상승시키는 히터를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 실내 온도가 상기 제 1 목표 온도보다 상기 기준 값 이상 낮으면, 상기 슈퍼 커패시터의 방전 전력에 의해 상기 히터의 급속 난방 모드가 수행되도록 하는
   온도 조절 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 공조 유닛은,
   상기 실내 온도를 감소시키는 에어컨을 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 실내 온도가 상기 제 1 목표 온도보다 상기 기준 값 이상 높으면, 상기 슈퍼 커패시터의 방전 전력에 의해 상기 에어컨의 급속 냉방 모드가 수행되도록 하는
   온도 조절 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 차이 값을 기준으로 상기 슈퍼 커패시터의 방전 시간을 설정하며,
   상기 방전 시간이 경과하면, 상기 슈퍼 커패시터의 방전을 중지시켜 상기 배터리를 통해 상기 공조 유닛에 구동 전력이 공급되도록 하는
   온도 조절 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 슈퍼 커패시터의 방전 이후에 상기 실내 온도가 기설정된 제 2 목표 온도에 도달하면, 상기 슈퍼 커패시터의 방전을 중지시켜 상기 배터리를 통해 상기 공조 유닛에 구동 전력이 공급되도록 하는
   온도 조절 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 배터리의 온도를 상승 또는 감소시키는 배터리 보호부; 및
   상기 배터리의 온도를 측정하는 배터리 온도 센서를 더 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 배터리의 온도가 기설정된 기준 범위를 벗어나면, 상기 슈퍼 커패시터를 방전시켜 상기 배터리 보호부가 구동되도록 하는
   온도 조절 장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   시동 온 이벤트가 발생하는 시점에 상기 전력 공급원을 결정하는
   온도 조절 장치.
8. 실내 온도를 측정하는 단계;
   상기 측정된 실내 온도와 기설정된 목표 온도를 비교하는 단계;
   상기 실내 온도와 목표 온도 사이의 차이 값이 기설정된 기준 값을 초과하였는지 여부를 판단하는 단계;
   상기 차이 값이 상기 기준 값을 초과하였는지 여부에 따라 공조 유닛에 전력을 공급할 전력 공급원을 결정하는 단계; 및
   상기 결정된 전력 공급원을 방전시켜 상기 공조 유닛을 구동시키는 단계를 포함하고,
   상기 전력 공급원은,
   제 1 출력 밀도를 가지는 제 1 전력 공급원과,
   상기 제 1 출력 밀도보다 높은 제 2 출력 밀도를 가지는 제 2 전력 공급원을 포함하고,
   상기 결정하는 단계는,
   상기 차이 값이 상기 기준 값을 초과하면, 상기 제 2 전력 공급원을 통해 상기 공조 유닛에 구동 전력이 공급되도록 하는 단계를 포함하는
   온도 조절 장치의 동작 방법
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제 2 전력 공급원에 의해 상기 공조 유닛이 구동된 이후에 상기 실내 온도를 재측정하는 단계;
   상기 재측정된 실내 온도와 상기 목표 온도 사이의 차이 값이 상기 기준 값 이하이면, 상기 제 2 전력 공급원의 출력을 차단하는 단계; 및
   상기 제 1 전력 공급원을 통해 상기 공조 유닛에 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는
   온도 조절 장치의 동작 방법.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 전력 공급원의 온도를 측정하는 단계; 및,
    상기 측정된 제 1 전력 공급원의 온도가 기설정된 범위를 벗어나면, 상기 제 2 전력 공급원을 통해 상기 제 1 전력 공급원을 승온시키는 단계를 더 포함하는
    온도 조절 장치의 동작 방법.

Images