KR20220072188A - 전기자동차 공조용 히팅시스템 - Google Patents

전기자동차 공조용 히팅시스템 Download PDF

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Abstract

본 개시의 실시예에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템은,
전기자동차 공조장치용 히팅시스템에 있어서,
열에너지를 발생시켜 유체를 가열하는 발열부(100); 상기 발열부(100)에 전원을 공급하는 전원공급부(200); 상기 발열부(100)에 의해 가열된 유체를 공조장치에 분배하는 분배부(300); 및 상기 발열부(100), 상기 전원공급부(200), 상기 분배부(300)와 연결되어 이를 제어하는 제어부(400); 를 포함하고,
상기 제어부(400)는 상기 전원공급부(200)의 소비전력 패턴을 감지하고 이를 바탕으로 정상패턴 또는 이상패턴과 비교하여 상기 전원공급부(200)의 이상상태를 진단하는 것을 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.

Description

전기자동차 공조용 히팅시스템 {Heating System For Eletric Vehicle Air Conditioning}
본 명세서에 개시된 내용은 전기자동차 공조용 히팅시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온 마찰에 의한 열 에너지를 이용한 전기자동차 공조용 히팅시스템에 관한 것이다.
종래 자동차의 난방시스템은 열교환매체(엔진냉각수)를 유로 상에 흐르게 하고, 상기 엔진냉각수가 열교환기를 통과할 때 차실 내로 공급되는 공기와 상기 열교환매체의 열을 열교환시켜 공기의 온도를 높임으로써 차량의 실내를 난방하였다.
최근의 자동차는 유류를 사용하지 않아 공해를 발생시키지 않는 무공해 전기자동차가 개발되고 있는데, 이러한 순수하게 모터로만 구동되는 전기자동차의 경우에는 모터를 냉각하기 위한 냉각수의 발열량이 연소식 엔진을 이용하는 일반 자동차 또는 하이브리드 자동차에 비해 현저하게 낮기 때문에 전기자동차의 경우에는 난방에 대한 대책이 시급한 설정이다.
이에, 온도조절도어가 장착되지 않으면서도 증발기의 후방에 피티씨히터(Positive Temperature Coefficient heater)(이하, PTC 히터라 함)를 설치하여 운전자의 냉난방요구에 맞는 온도를 차량의 실내에 보낼 수 있도록 개발된 기술이 다수 개시되어 있으며, 일례로 대한민국 공개특허 제2010-0038571호를 들 수 있다.
그러나 이러한 종래의 PTC 히터는 효율이 낮아 새로운 히팅시스템 개발의 필요성이 있다.
KR 101988342 B1 KR 1020190044403 A KR 1020180113850 A
본 개시의 실시예에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로,
전기자동차의 열관리 소모 전력을 저감할 수 있는 이온 마찰에 의한 열 에너지를 이용한 전기자동차 공조용 히팅시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 개시의 실시예에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템은,
전기자동차 공조장치용 히팅시스템에 있어서,
열에너지를 발생시켜 유체를 가열하는 발열부(100); 상기 발열부(100)에 전원을 공급하는 전원공급부(200); 상기 발열부(100)에 의해 가열된 유체를 공조장치에 분배하는 분배부(300); 및 상기 발열부(100), 상기 전원공급부(200), 상기 분배부(300)와 연결되어 이를 제어하는 제어부(400); 를 포함하고,
상기 제어부(400)는 상기 전원공급부(200)의 소비전력 패턴을 감지하고 이를 바탕으로 정상패턴 또는 이상패턴과 비교하여 상기 전원공급부(200)의 이상상태를 진단하는 것을 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 발열부(100)는 유체유입구와 유체배출구가 구비되고 내부에 유로가 형성된 본체모듈(110)과, 상기 본체모듈(110) 내부에 결합되어 이온 마찰에 의한 열에너지를 발생시키는 발열모듈(120)을 포함하되,
상기 발열모듈(120)은 적어도 하나 이상의 전극유닛(121)을 포함하고 내부에 상기 전극유닛(121)과의 상호작용에 의해 가열되는 열매체(122)가 저장되는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 열매체(122)는 소정 농도의 전해질 용액을 포함하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 전원공급부(200)는 상기 발열모듈(120)에 교류전원을 공급하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 분배부(300)는 상기 발열부(100)에 의해 가열된 유체가 저장되는 적어도 하나 이상의 저장모듈(310)과, 상기 저장모듈(310)에 결합되어 유체의 온도에 따라 개폐되는 적어도 하나 이상의 밸브모듈(320)을 포함하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 분배부(300)의 밸브모듈(320) 중 적어도 하나는 상기 본체모듈(110)의 유체유입구와 배관으로 연결되고,
상기 제어부(400)는 상기 분배부(300)에 저장된 소정 온도 이하의 유체에 대해 상기 발열부(100)로 이동시켜 다시 가열되도록 제어하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어부(400)는 상기 전원공급부(200)의 소비전력을 감지하는 소비전력감지모듈(410)과, 상기 전원공급부(200)가 정상상태일 경우의 정상소비전력패턴과 상기 전원공급부(200)가 이상상태일 경우의 이상소비전력패턴을 학습하여 저장하는 패턴저장모듈(410)과, 상기 소비전력감지모듈(420)에서 감지된 소비전력을 상기 패턴저장모듈(420)의 정상소비전력패턴 또는 이상소비전력패턴과 비교하여 상기 전원공급부(200)의 정상상태 또는 이상상태를 판단하는 상태분석모듈(430); 및 상기 소비전력감지모듈(410)에서 감지된 소비전력과 상기 상태분석모듈(430)에서 분석된 상태에 대한 결과를 출력하는 출력모듈(440)을 포함하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
이에 따라, 본 개시의 실시예에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템은,
이온 마찰에 의한 열 에너지를 이용하여 전기 에너지를 열에너지로 변환함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다는 이점이 있다.
또한, 구조가 간단하여 설치가 용이하고, 전압에 크게 영향을 받지 않아 호환성이 좋다는 이점이 있다.
도 1은 본 개시에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템을 나타낸 도면,
도 2는 본 개시에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템을 개략적으로 나타낸 개념도,
도 3은 본 개시에 따른 발열부, 발열모듈, 분배부의 구성을 간략히 나타낸 블록구성도,
도 4는 본 개시에 따른 발열모듈을 구체적으로 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 개시에 따른 제어부에서 전원공급부의 상태를 분석하는 것을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 기술적 사상을 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 개시에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템을 나타낸 도면, 도 2는 본 개시에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템을 개략적으로 나타낸 개념도, 도 3은 본 개시에 따른 발열부, 발열모듈, 분배부의 구성을 간략히 나타낸 블록구성도, 도 4는 본 개시에 따른 발열모듈을 구체적으로 설명하기 위한 도면, 도 5는 본 개시에 따른 제어부에서 전원공급부의 상태를 분석하는 것을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
<본 개시의 실시예에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템>
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템은 전기자동차 공조장치용 히팅시스템에 있어서 발열부(100), 전원공급부(200), 분배부(300) 및 제어부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 발열부(100)는 열에너지를 발생시켜 유체를 가열하기 위한 것으로 도 1 및 도 3의 (a)에 도시된 것과 같이 본체모듈(110)과 발열모듈(120)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 본체모듈(110)은 유체유입구와 유체배출구가 구비되며, 내부에 유로가 형성될 수 있다. 상기 유체유입구를 통해 외부의 차가운 공기가 유입될 수 있으며, 후술될 열매체(122)와 열교환을 통해 가열된 뜨거운 공기가 상기 유체배출구를 통해 배출되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 본체모듈(110)의 내부에는 상기 유체유입구와 상기 유체배출구와 결합되는 배관모듈(미도시)이 구비될 수 있으며, 이러한 배관모듈은 후술될 발열모듈(120)을 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다. 이에 의해 상기 발열모듈(120)과 유입된 유체 간의 열교환 효율을 높일 수 있을 것이다.
상기 발열모듈(120)은 상기 본체모듈(110)의 내부에 결합되어 이온 마찰에 의한 열에너지를 발생시키도록 구성될 수 있다.
이러한 발열모듈(120)은 도 1 및 도 3의 (b)에 도시된 것과 같이 적어도 하나 이상의 전극유닛(121)을 포함하며, 내부에 상기 전극유닛(121)과의 상호작용에 의해 가열되는 열매체(122)가 저장될 수 있다.
상기 열매체(122)는 소정 농도의 전해질 용액을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 열매체(122)는 전해질 용액이 1~5% 정도로 희석된 것이라면 증류수, 여과수, 생수, 수돗물 등 구분없이 사용할 수 있으며, 상기 전해질 물질로는 아산염, 규산염, 식용소다, 폴리인산염의 무기질, 아민류, 옥시산류 등을 주성분으로 하는 방청제가 사용될 수 있으며, 상기 열매체(122)의 저항은 전해질 용액의 농도 및 온도에 따라 달라지게 된다.
도 4를 참조하여 상기 발열모듈(120)을 구체적으로 설명해본다.
도 4의 (a)는 상기 발열모듈(120)에 전류가 통하지 않는 상태를 나타낸 것으로, 상기 열매체(122)의 +이온과 -이온이 자유롭게 배치되어 있음을 알 수 있다.
도 4의 (b)는 상기 전극유닛(121)은 +극을 상기 발열모듈(120)의 벽면은 -극인 상태를 나타낸 것으로, 상기 열매체(122)의 +이온은 상기 발열모듈(120)의 벽면 쪽으로 이동하게 되고, 상기 열매체(122)의 -이온은 상기 전극유닛(121)으로 이동하게 된다.
도 4의 (c)는 상기 전극유닛(121)은 -극을 상기 발열모듈(120)의 벽면은 +극인 상태를 나타낸 것으로, 상기 열맬체(122)의 +이온은 상기 전극유닛(121)으로 이동하게 되고, 상기 열맬체(122)의 -이온은 상기 발열모듈(120)의 벽면쪽으로 이동하게 된다.
한편, 상기 발열모듈(120)에 공급되는 전원이 교류전원인 경우에는, 예를 들어 1초에 60번씩 방향이 바뀌는 경우라며, 이온의 이동이 반복적으로 일어나게 되고, 이들이 물 분자와 충돌하여 생기는 마찰에 의해 열이 발생하게 된다.
상기 전원공급부(200)는 상기 발열부(100)에 전원을 공급하기 위한 것으로, 상기 전원공급부(200)는 전술한 발열모듈(120)에 교류전원을 공급하도록 구성될 수 있다.
이러한 전원공급부(200)는 전술한 열매체(122)가 온도 변화에 따라 저항이 변하는 특성으로 인해 발생할 수 있는 과전류 현상을 방지하는 과전류방지모듈(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 분배부(300)는 전술한 발열부(100)에 의해 가열된 유체를 공조장치에 분배하기 위한 것으로, 도 1 및 도 3의 (c)에 도시된 것과 같이 적어도 하나 이상의 저장모듈(310)과 적어도 하나 이상의 밸브모듈(320)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 저장모듈(310)에 상기 발열부(100)에 의해 가열된 유체가 저장되도록 구성될 수 있다. 한편 가열된 유체의 온도에 따라 각각 다른 저장모듈(310)에 저장되도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 밸브모듈(320)은 상기 저장모듈(310)에 결합되어 유체의 온도에 따라 개폐되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 밸브모듈(320) 중 적어도 하나는 상기 본체모듈(110)의 유체유입구와 연결될 수 있으며, 후술될 제어부(400)에 의해 상기 분배부(300)에 저장된 소정 온도 이하의 유체에 대해 상기 발열부(100)로 이동시켜 다시 가열되도록 구성될 수 있다.
상기 제어부(400)는 전술한 발열부(100), 전술한 전원공급부(200), 전술한 분배부(300)와 연결되어 이를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부(400)는 유입된 유체의 온도와 배출될 유체의 온도에 따른 상기 전원공급부(200)의 데이터를 미리 구비하여 유체의 온도에 따라 상기 발열부(100)에 전원공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(400)는 상기 발열부(100)에서 배출된 유체의 온도를 감지하여 유체의 온도에 따라 상기 분배부(300)의 저장모듈(310)에 저장되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(400)는 상기 밸브모듈(320)을 제어하여 상기 저장모듈(310)에 저장된 소정 온도 이하의 유체에 대해 상기 발열부(100)로 이동시켜 다시 가열되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어부(400)는 상기 전원공급부(200)의 소비전력 패턴을 감지하고 이를 바탕으로 정상패턴 또는 이상패턴과 비교하여 상기 전원공급부(200)의 이상상태를 진단하도록 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제어부(400)는 상기 전원공급부(200)의 소비전력을 감지하는 소비전력감지모듈(410)과, 상기 전원공급부(200)가 정상상태일 경우의 정상소비전력패턴과 상기 전원공급부(200)가 이상상태일 경우의 이상소비전력패턴을 학습하여 저장하는 패턴저장모듈(420)과, 상기 소비전력감지모듈(410)에서 감지된 소비전력을 상기 패턴저장모듈(420)의 정상소비전력패턴 또는 이상소비전력패턴과 비교하여 상기 전원공급부(200)의 정상상태 또는 이상상태를 판단하는 상태분석모듈(430) 및 상기 소비전력감지모듈(410)에서 감지된 소비전력과 상기 상태분석모듈(430)에서 분석된 상태에 대한 결과를 출력하는 출력모듈(400)을 포함하여 구성될 수 있다.
이에 의해, 상기 전원공급부(200)의 이상 유무를 신속하게 파악할 수 있어 본 개시에 다른 전기자동차 공조장치용 히팅시스템의 유지 및 보수에 도움이 될 수 있을 것이다.
한편, 본개시의 실시예에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템은 상기 제어부(400)와 유선 또는 무선으로 연결되어 데이터를 전송받아 전기자동차 공조용 히팅시스템을 전반적으로 모니터링할 수 있는 별도의 모니터링부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 모니터링부는 네트워크를 통하여 원격지의 서버나 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터로 구현될 수 있으며, 여기서 컴퓨터는 웹 브라우저(Web Browser)가 탑재된 노트북, 데스크탑(Desktop), 랩탑(Laptop) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 모니터링부는 네트워크를 통하여 원격지의 서버나 단말에 접속할 수 있는 스마트 단말로 구현될 수 도 있다. 여기서 스마트 단말은 휴대성과 이동성이 보장되는 무선통신 장치로서, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트폰(smartphone), 스마트패드(smartpad), 타블렛 PC(Tablet PC) 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모니터링부는 상기 제어부(400)로부터 데이터를 전송받아 상기 전원공급부(200)의 이상상태에 대해서도 별도로 모니터링되도록 구성될 수 있음은 물론이다.
본 개시의 실시예에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템은,
이온 마찰에 의한 열 에너지를 이용하여 전기 에너지를 열에너지로 변환함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다는 이점이 있으며, 구조가 간단하여 설치가 용이하고, 전압에 크게 영향을 받지 않아 호환성이 좋다는 이점이 있다.
이상 본 개시의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용, 변형 및 개작을 행하는 것이 가능할 것이다.
1000 : 본 개시의 실시예에 따른 전기자동차 공조용 히팅시스템
100 : 발열부
110 : 본체모듈
120 : 발열모듈
121 : 전극유닛
122 : 열매체
200 : 전원공급부
300 : 분배부
310 : 저장모듈
320 : 밸브모듈
400 : 제어부
410 : 패턴저장모듈
420 : 소비전력감지모듈
430 : 상태분석모듈
440 : 출력모듈

Claims (7)

  1. 전기자동차 공조장치용 히팅시스템에 있어서,
    열에너지를 발생시켜 유체를 가열하는 발열부(100);
    상기 발열부(100)에 전원을 공급하는 전원공급부(200);
    상기 발열부(100)에 의해 가열된 유체를 공조장치에 분배하는 분배부(300); 및
    상기 발열부(100), 상기 전원공급부(200), 상기 분배부(300)와 연결되어 이를 제어하는 제어부(400); 를 포함하고,
    상기 제어부(400)는 상기 전원공급부(200)의 소비전력 패턴을 감지하고 이를 바탕으로 정상패턴 또는 이상패턴과 비교하여 상기 전원공급부(200)의 이상상태를 진단하는 것을 것을 특징으로 하는 전기자동차 공조용 히팅시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열부(100)는 유체유입구와 유체배출구가 구비되고 내부에 유로가 형성된 본체모듈(110)과, 상기 본체모듈(110) 내부에 결합되어 이온 마찰에 의한 열에너지를 발생시키는 발열모듈(120)을 포함하되,
    상기 발열모듈(120)은 적어도 하나 이상의 전극유닛(121)을 포함하고 내부에 상기 전극유닛(121)과의 상호작용에 의해 가열되는 열매체(122)가 저장되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 공조장치용 히팅시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열매체(122)는 소정 농도의 전해질 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 공조장치용 히팅 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전원공급부(200)는 상기 발열모듈(120)에 교류전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 공조장치용 열발생장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분배부(300)는 상기 발열부(100)에 의해 가열된 유체가 저장되는 적어도 하나 이상의 저장모듈(310)과, 상기 저장모듈(310)에 결합되어 유체의 온도에 따라 개폐되는 적어도 하나 이상의 밸브모듈(320)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 공조용 히팅 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분배부(300)의 밸브모듈(320) 중 적어도 하나는 상기 본체모듈(110)의 유체유입구와 배관으로 연결되고,
    상기 제어부(400)는 상기 분배부(300)에 저장된 소정 온도 이하의 유체에 대해 상기 발열부(100)로 이동시켜 다시 가열되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 공조장치용 히팅시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부(400)는 상기 전원공급부(200)의 소비전력을 감지하는 소비전력감지모듈(410)과, 상기 전원공급부(200)가 정상상태일 경우의 정상소비전력패턴과 상기 전원공급부(200)가 이상상태일 경우의 이상소비전력패턴을 학습하여 저장하는 패턴저장모듈(410)과, 상기 소비전력감지모듈(420)에서 감지된 소비전력을 상기 패턴저장모듈(420)의 정상소비전력패턴 또는 이상소비전력패턴과 비교하여 상기 전원공급부(200)의 정상상태 또는 이상상태를 판단하는 상태분석모듈(430); 및 상기 소비전력감지모듈(410)에서 감지된 소비전력과 상기 상태분석모듈(430)에서 분석된 상태에 대한 결과를 출력하는 출력모듈(440)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 공조장치용 히팅시스템.
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