WO2023113388A1 - 유체가열히터의 구동 제어장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

유체가열히터의 구동 제어장치 및 이의 제어방법 Download PDF

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WO2023113388A1
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power supply
switch
supply unit
heating element
unit
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채용하
장길상
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한온시스템 주식회사
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
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    • H05B3/03—Electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a drive control device for a fluid heating heater and a control method thereof, and more particularly, according to a voltage value supplied from a power supply unit, a connection configuration between a power supply unit and a first heating element and a second heating element is changed to limit peak current and maximum heater
  • the present invention relates to a driving control device for a fluid heating heater capable of maximally increasing an applied voltage range and satisfying heater stability by satisfying a calorific value limit and an allowable maximum watt density, and a control method thereof.
  • a motor driving wheels of an electric vehicle is driven by power supply from a battery.
  • the performance of an electric vehicle battery is affected by various factors, but is particularly sensitive to temperature, so that the maximum current during charging and discharging of the battery varies depending on the temperature.
  • the temperature of the battery varies depending on the chemical reaction inside the battery and the external environment of the battery, and the battery for an electric vehicle needs to maintain an optimal temperature and suppress temperature change for its efficiency.
  • Japanese Patent Laid-open Publication No. 2011-016489 discloses a heat medium heating device capable of efficiently cooling the control board while miniaturizing the heat medium heating device and a vehicle using the same. An air conditioning system was initiated.
  • the heat medium heating device disclosed in Prior Document 1 includes a flat plate PTC heater and a pair of heat medium circulation portions stacked on both sides of the PTC heater and in communication with each other, and one of the pair of heat medium circulation portions is laminated on both sides of the PTC heater.
  • a substrate accommodating unit is integrally installed on one side surface, and a control board for controlling the PTC heater is provided in the substrate accommodating unit.
  • Korean Patent Publication No. 10-2016-0082661 (hereinafter referred to as 'Prior Document 2') discloses an overheating prevention device for a battery heater capable of securing stability in a battery temperature control system of an electric vehicle.
  • the device for preventing overheating of a battery heater disclosed in Prior Document 2 receives power from a heater unit for heating a heat exchange fluid that heats a battery, and receives heat from the heater unit and applies the heat to the heater unit when the temperature exceeds a predetermined value (Tf).
  • a temperature responsive switch that cuts off the power
  • a heat transfer member disposed between the heater unit and the temperature responsive switch, and transferring heat from the heater unit to the temperature responsive switch, and one surface of the heat transfer member on one surface of the temperature responsive switch
  • a fixing member for fixing the elastic support it is configured to ensure stability.
  • the durability and stability of the heating element may be reduced, resulting in a problem in that usability, such as a battery fire, is significantly deteriorated.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and the type of controlling a plurality of switching units according to the voltage value supplied from the power supply unit is subdivided into three switching modes, and between the power supply unit and the first heating element and the second heating element for each mode.
  • a drive control device for a fluid heating heater capable of maximally increasing the supplyable voltage range and satisfying heater stability by not exceeding the limits of peak current, maximum heating value and maximum watt density by having different connection configurations and controlling the same Its purpose is to provide a method.
  • the present invention has the following features in order to solve the above problems.
  • the present invention is a power supply unit for supplying power; a plurality of heating elements receiving power from the power supply unit and heating the fluid; a switching unit including a plurality of switches connected between the power supply unit and the plurality of heating elements to regulate power; and a control unit controlling the plurality of switches and supplying power to the power supply unit, wherein the control unit connects a plurality of heating elements in series or parallel according to a predetermined switching mode based on a voltage value of the power supply unit, or The plurality of switches are controlled so that power is supplied only to at least one heating element selected from among the plurality of heating elements.
  • the plurality of heating elements include a first heating element having one end connected to the positive electrode of the power supply unit and a second heating element having one end connected to the negative electrode of the power supply unit, and the switching unit connected between the other end of the first heating element and the negative electrode of the power supply unit.
  • control unit turns on the first and second switches and turns off the third switch when the voltage value is between a low voltage lower threshold and a low voltage upper threshold.
  • control unit turns on one of the first switch and the second switch and turns off the other switch and the third switch when the voltage value is between the low voltage upper threshold and the high voltage lower threshold.
  • control unit turns off the first switch and the second switch and turns on the third switch when the voltage value is between the high voltage lower threshold and the high voltage upper threshold.
  • control unit controls the power supply unit to stop power supply of the power supply unit when the voltage value is less than the low voltage lower threshold value, provides low voltage warning information, and provides power supply of the power supply unit when the voltage value is greater than the high voltage upper threshold value. It controls the power supply to stop supply and provides high voltage warning information.
  • the present invention drives a fluid heating heater including a power supply unit supplying power, a plurality of heating elements, a switching unit including a plurality of switches connected between the power supply unit and the plurality of heating elements, and a control unit controlling the plurality of switches and the power supply unit.
  • a control method of a control device wherein the control unit comprises: (a) measuring a voltage value of the power supply unit; (b) selecting a switching mode based on the measured voltage value; and (c) connecting the plurality of heating elements in series or parallel with a power source according to the selected switching mode or controlling a plurality of switches so that power is supplied only to at least one heating element selected from among the plurality of heating elements.
  • the plurality of heating elements include a first heating element having one end connected to the positive electrode of the power supply unit and a second heating element having one end connected to the negative electrode of the power supply unit, and the switching unit connected between the other end of the first heating element and the negative electrode of the power supply unit.
  • control unit selects the low voltage mode when the voltage value is between the low voltage lower threshold and the low voltage upper threshold, and selects the medium voltage mode when the voltage value is between the low voltage upper threshold and the high voltage lower threshold. and, if it is between the high voltage lower threshold and the high voltage upper threshold, the high voltage mode is selected.
  • step (c) the control unit turns on the first switch and the second switch and turns off the third switch.
  • step (c) the control unit turns on one of the first switch and the second switch and turns off the other switch and the third switch.
  • step (c) when the switching mode is the medium voltage mode, the first switch and the second switch are turned off and the third switch is turned on.
  • control unit controls the power supply unit to stop supplying power to the power supply unit, provides low voltage warning information, and determines that the voltage value is the high voltage upper threshold value. If it is greater than the power supply, the power supply unit is controlled to stop supplying power to the power unit, and high voltage warning information is provided.
  • the heater it is possible to operate the heater within the maximum watt density by adjusting the peak current by changing the resistance of the entire heating element according to the supply voltage of the power supply unit, thereby improving the durability of the heater.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a driving control device for a fluid heating heater according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a heating element according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a driving control circuit of a fluid heating heater according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a circuit in a low voltage mode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a circuit in a medium voltage mode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit in a high voltage mode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a comparison circuit 1 and a comparison circuit 2, which are driving control circuits of a conventional fluid heating heater.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing configuration resistance according to an applied voltage range of a drive control circuit and comparison circuits 1 and 2 of a fluid heating heater according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a peak current according to an applied voltage range of a drive control circuit and comparison circuits 1 and 2 of a fluid heating heater according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the maximum heating amount of the heater according to the applied voltage range of the driving control circuit and comparison circuits 1 and 2 of the fluid heating heater according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a diagram schematically showing the maximum watt density according to the applied voltage range of the drive control circuit and comparison circuits 1 and 2 of the fluid heating heater according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a flow chart illustrating a process of a driving control method of a fluid heating heater according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a specific process of steps S200 and S300 in FIG. 12 as an example.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a drive control device for a fluid heating heater according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view schematically showing a heating element according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is a diagram schematically showing a driving control circuit of a fluid heating heater according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 4 to 6 are diagrams showing circuits for each switching mode according to an embodiment of the present invention.
  • a driving control device for a fluid heating heater includes a power supply unit 100 for supplying power, and a plurality of units receiving power from the power supply unit 100 and supplying thermal energy to fluid.
  • a switching unit 300 including a heating element 200 and a plurality of switches connected between the power supply unit 100 and the plurality of heating elements 200 to control power and controlling the plurality of switches and supplying power to the power supply unit It includes a control unit 400 that controls, and the control unit 400 connects the plurality of heating elements 200 in series or parallel according to a preset switching mode based on the voltage value (V dc ) of the power supply unit 100.
  • a plurality of switches are controlled so that power is supplied only to at least one heating element selected from among the plurality of heating elements 200 .
  • the power supply unit 100 supplies power to the plurality of heating elements 200 and is provided to generate heat in the heating elements 200.
  • a power supply unit 100 may be provided with a separate power supply unit, preferably a battery It can be configured to receive power from
  • the plurality of heating elements 200 are supplied with power through the power supply unit 100 and are provided to transfer heat to a fluid, which is a heating element accommodated around the heating element 200, such a plurality of heating elements 200 of the present invention It consists of a first heating element 210 and a second heating element 220 disposed spaced apart from each other according to an embodiment.
  • the present invention is configured with the first heating element 210 and the second heating element 220, but may be configured with a third heating element or more as needed.
  • the switching unit 300 is connected between the power supply unit 100 and the plurality of heating elements 200, that is, the first heating element 210 and the second heating element 220, so that power is supplied to the first heating element 210 and the second heating element 220. 2 It is provided to regulate the supply to the heating element 220, in one embodiment of the present invention, such a plurality of switching units 300 are connected between one end of the first heating element 210 and the cathode of the power supply unit 100 A first switch 310, a second switch 320 connected between one end of the first heating element 210 and one end of the second heating element 220, and the other end of the first heating element 210 and the second switch 320. A third switch 330 connected to one end of the second heating element 220 is included.
  • the reason why the switching unit 300 is composed of three places is that the plurality of heating elements 200 described above are composed of two places. If the plurality of heating elements 200 are composed of three places, the switching unit 300 ) is preferably composed of 6 or more places.
  • the controller 400 controls the first, second, and third switches 310, 320, and 330 to selectively supply power to the first heating element 210 and the second heating element 220.
  • control unit 400 controls the switching unit 300 according to a preset switching mode based on the voltage value V dc of the power supply unit 100.
  • the voltage value (V dc ) of the power supply unit 100 may be measured by including a measurement unit in the control unit 400, and may be configured to be transmitted to the control unit 400 through a separately provided voltage measuring means.
  • the preset switching mode is largely classified into three modes, which include a low voltage mode, a medium voltage mode, and a high voltage mode.
  • driving control is performed through two heating elements 200 and three switching units 300, and these three switching units 300 are controlled
  • the control unit controls the switching unit 300 so that two heating elements 200 are connected to each other in series or parallel, or only one of them is connected to the power supply unit 100.
  • connection configuration between the first and second heating elements 210 and 220 is different is to satisfy the heat generation amount and durability of the heating heater in response to the voltage value (V dc ) applied through the power supply unit 100.
  • the control unit 400 controls the first, second, and third switches 310, 320, and 330 of the first heating element 210 and the second heating element 220 in three places.
  • the connection configuration is performed in series connection, single heating element selection connection, and parallel connection according to the three switching modes, high voltage mode, medium voltage mode, and low voltage mode, respectively, to maintain a certain heating value and at the same time to secure durability of the heating element.
  • the range of voltage that can be applied to the driving control circuit of the fluid heating heater according to an embodiment of the present invention can be wider, so that various power sources can be used.
  • a voltage value (V dc ) is measured, and the measured voltage value is between a preset low voltage lower threshold value (V ref1 ) and a preset low voltage upper threshold value (V ref2 ).
  • the controller 400 determines the switching mode as the low voltage mode, turns on the first switch 310 and the second switch 320 as shown in FIG. 4, and turns on the third switch 330. ) is turned off so that the first heating element 210 and the second heating element 220 are connected in parallel to the power supply unit 100.
  • the first heating element 210 and the second heating element 220 are connected in parallel to each other, thereby minimizing a problem in which the amount of heat generated by lowering the peak current at low voltage is reduced.
  • control unit 400 determines that the switching mode is a medium voltage mode when the voltage value (V dc ) is between a preset low voltage upper threshold value (V ref2 ) and a preset high voltage lower threshold value (V ref3 ), As shown in FIG. 5, by turning on one of the first switch 310 and the second switch 320 and turning off the other switch and the third switch, the first heating element 210 and Only one selected from among the second heating elements 220 is connected to the power supply unit 100 .
  • the first switch 310 and the second switch 320 may be alternately intermittently controlled so that the first heating element 210 and the second heating element 220 are alternately connected to the power supply unit 100 according to settings.
  • control unit 400 determines that the switching mode is a high voltage mode when the voltage value (V dc ) is between a preset high voltage lower threshold value (V ref3 ) and a preset high voltage upper threshold value (V ref4 ), and As in 6, the first switch 310 and the second switch 320 are turned off and the third switch 330 is turned on so that the first heating element 210 and the second heating element 220 are connected to the power unit ( 100) and connected in series.
  • the controller 400 determines that the power supply of the power supply unit 100 is Controls the power supply unit 100 to be stopped.
  • low voltage warning information or high voltage warning information may be generated as needed, and such low voltage warning information or high voltage warning information may be output through a separate output means.
  • the output means may correspond to a display means for outputting warning data or a voice output means for outputting an alarm sound.
  • FIG. 7 is a view showing comparison circuit 1 and comparison circuit 2, which are driving control circuits of a conventional fluid heating heater
  • FIG. 8 is a driving control circuit of a fluid heating heater and application of comparison circuits 1 and 2 according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a diagram schematically showing the configuration resistance according to the voltage range
  • Figure 9 is a view schematically showing the peak current according to the applied voltage range of the drive control circuit and comparison circuits 1 and 2 of the fluid heating heater according to an embodiment of the present invention am.
  • FIG. 10 is a view schematically showing the maximum heating amount of the heater according to the applied voltage range of the driving control circuit and comparison circuits 1 and 2 of the fluid heating heater according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is an embodiment of the present invention. It is a diagram schematically showing the maximum watt density according to the applied voltage range of the driving control circuit and comparison circuits 1 and 2 of the fluid heating heater according to FIG.
  • the driving control circuit of the fluid heating heater according to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 4 to 6, the first heating element 210 and the second heating element 220 are parallel or It is configured in the form of being connected in series or only one, and the drive control circuit of the existing fluid heating heater is typically composed of a comparison circuit 1 or a comparison circuit 2 as shown in FIG.
  • comparison circuit 1 it corresponds to FIG. 5 (a) and is composed of one switching element 30, the first heating element 21, and the second heating element 22.
  • b it is composed of a first switch 31, a second switch 32, a first heating element 21, and a second heating element 22.
  • the two heating elements 21 and 22 are connected in parallel to each other so that they are stably driven in the low voltage mode, but the peak current increases in the medium voltage mode or the high voltage mode, and durability may deteriorate.
  • two heating elements 21 and 22 are connected in parallel to each other according to the intermittent control of the first switch 31 and the second switch 32, or only one heating element is supplied with power.
  • each heating element may be configured to receive power alternately.
  • FIG. 8 shows the total resistance of the heating element in the comparison circuit 1 and comparison circuit 2 and the driving control circuit of the present invention.
  • the connection configuration between the heating elements is different for each switching mode, The total resistance of increases step by step.
  • comparison circuit 1 has a constant total resistance
  • comparison circuit 2 has a two-step total resistance value.
  • the driving control circuit of the present invention is configured to change the switching mode according to the voltage value so that it is always kept lower than the peak current limit value regardless of the voltage value, whereas in the comparator circuit 1, the voltage value is in the medium voltage mode. Or, in the case of high voltage mode, the peak current limit is exceeded.
  • the peak current is kept lower than the peak current limit value as in the present invention, but it can be seen that the peak current is relatively higher than that of the present invention in the high voltage mode.
  • the heat generation amount of the heating element exceeds the maximum heater heat generation limit in the case of the comparison circuit 2 in the high voltage mode, and the maximum watt density of FIG. 11 also exceeds the allowable maximum watt density limit.
  • the present invention provides a stable heating operation for a relatively wide range of voltage values compared to the comparison circuit 1 and the comparison circuit 2 .
  • FIG. 12 is a flow chart illustrating a process of a driving control method of a fluid heating heater according to an embodiment of the present invention.
  • the voltage value (V dc ) is measured (S100)
  • the control unit 400 is the measured voltage value (V dc )
  • the controller 400 connecting the plurality of heating elements 200 with the power supply unit 100 in series or parallel according to the selected switching mode, or and controlling a plurality of switches so that power is supplied only to at least one selected heating element among the heating elements 200 (S300).
  • the power supply unit 100, the plurality of heating elements 200, and the plurality of switches are the same as in the above-described drive control device for the fluid heating heater.
  • the voltage value (V dc ) is measured (S100).
  • This voltage value may be configured to be measured by a measuring unit provided in the control unit 400 or measured by a separate voltage measuring unit and transmitted to the control unit 400 .
  • the controller 400 selects a preset switching mode according to the corresponding voltage value (V dc ) based on the measured voltage value (V dc ) (S200).
  • this switching mode is a low voltage mode, It consists of medium voltage mode and high voltage mode.
  • the voltage value (V dc ) received by the control unit 400 is between the preset low voltage lower threshold value (V ref1 ) and the low voltage upper threshold value (V ref2 ).
  • the low voltage mode is selected
  • the medium voltage mode is selected when the value is between the preset low voltage upper threshold (V ref2 ) and the high voltage lower threshold (V ref3 )
  • the preset high voltage lower threshold (V ref3 ) and the high voltage upper threshold are selected. If it is between the threshold value (V ref4 ), the high voltage mode is selected.
  • control unit 400 selects a switching mode
  • on/off control of the switching unit 300 that is, the first switch 310, the second switch 320, and the third switch 330, is performed according to the selected switching mode.
  • the controller 400 performs (S300).
  • the control unit 400 turns on the first switch 310 and the second switch 320 when the switching mode is the low voltage mode, The third switch 330 is turned off so that the first heating element 210 and the second heating element 220 are connected to the power supply unit 100 in parallel.
  • the control unit 400 turns on one of the first switch 310 and the second switch 320 and turns off the other switch and the third switch 330 to Only one selected from the first heating element 210 and the second heating element 220 is configured to be connected to the power supply unit 100 .
  • the first switch 310 and the second switch 320 may be alternately controlled so that the first heating element 210 and the second heating element 220 are alternately connected to the power supply unit 100.
  • the controller 400 turns off the first switch 310 and the second switch 320 and turns on the third switch 330 so that the first heating element 210 and the second switch 320 are turned on.
  • the second heating element 220 is configured to be connected in series with the power supply unit 100.
  • the control unit 400 controls the power unit 100 so that the power supply of the power unit 100 is stopped when the measured voltage value (V dc ) is smaller than the preset low voltage lower threshold value (V ref1 ) And, by providing low voltage warning information, it can be output to the outside through a separate output means.
  • the output unit may correspond to a display unit outputting warning data or an audio output unit outputting an alarm sound.
  • the controller 400 controls the power supply unit 100 to stop supplying power to the power unit 100 even when the voltage value (V dc ) is greater than the preset high voltage upper threshold value (V ref4 ), and high voltage warning Provide information so that it is output through an output means.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a specific process of steps S200 and S300 in FIG. 12 as an example.
  • a step of selecting a switching mode (S200) and a step of controlling the switching unit 300 (S300) are exemplified in more detail below. let it do
  • step S200 the control unit 400 determines whether the measured voltage value (V dc ) is greater than the high voltage upper threshold value (V ref4 ) (S210), and supplies the applied voltage of the power supply unit 100 if it is greater (S210) is stopped and high voltage warning information is provided (S310), and if it is small, it is determined whether the voltage value (V dc ) is smaller than the low voltage lower threshold value (V ref1 ) (S220).
  • the voltage supply of the power supply unit 100 is stopped and low voltage warning information is provided (S320), and when the voltage value (V dc ) is large, It is determined whether it is equal to or greater than the high voltage lower threshold value (V ref3 ) and smaller than the high voltage upper threshold value (V ref4 ) (S230).
  • the heating element 210 and the second heating element 220 are connected in series to each other (S330).
  • the switching mode is set to the medium voltage mode. , and controls the switching unit 300 so that only one of the first heating element or the second heating element is connected to the power supply unit 100 .
  • the voltage value (V dc ) is naturally equal to or greater than the low voltage lower threshold value (V ref1 ) and smaller than the low voltage upper threshold value (V ref2 ), so the switching mode is determined as the low voltage mode (S250), and the first The switching unit 300 is controlled so that the heating element 210 and the second heating element 220 are connected in parallel to each other (S350).
  • step S200 The sequence of the process of selecting a specific switching mode in step S200 may be changed, but the subsequent process performed by the control unit 400 cannot be changed when the switching mode is determined to be the corresponding switching mode.

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Abstract

본 발명은 배터리 온도 제어를 위한 유체가열히터의 구동 제어장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 전원부로부터 공급되는 전압값에 따라 전원부와 제1발열체 및 제2발열체 간 연결 구성을 다르게 하여 피크 전류 제한, 최대 히터 발열량 제한 및 허용 최대 와트밀도를 충족하도록 함으로써 인가 가능한 전압 범위를 최대한 증대시킴과 동시에 히터 안정성을 충족할 수 있는 유체가열히터의 구동 제어장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

Description

유체가열히터의 구동 제어장치 및 이의 제어방법
본 발명은 유체가열히터의 구동 제어장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 전원부로부터 공급되는 전압값에 따라 전원부와 제1발열체 및 제2발열체 간 연결 구성을 다르게 하여 피크 전류 제한, 최대 히터 발열량 제한 및 허용 최대 와트밀도를 충족하도록 함으로써 인가 가능한 전압 범위를 최대한 증대시킴과 동시에 히터 안정성을 충족할 수 있는 유체가열히터의 구동 제어장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
전기자동차의 차륜을 구동시키는 모터는 배터리의 전원 공급에 의해 구동된다. 전기자동차용 배터리의 성능은 여러 요소에 의하여 영향을 받으나, 특히 온도에 민감하여 배터리의 충전 및 방전시 최대전류는 온도에 따라 달라지게 된다.
즉, 배터리의 온도는 배터리 내부의 화학반응 및 배터리의 외부환경에 따라 달라지는데, 전기자동차용 배터리는 그 효율성을 위해 최적의 온도를 유지하고 온도 변화를 억제할 필요성이 있다.
이에 대한 개선책으로서, 일본공개특허 제2011-016489호(이하, '선행 문헌 1'이라 한다)에서는 열매체 가열 장치를 소형화하는 것과 동시에 그 제어 기판을 효율적으로 냉각할 수 있는 열매체 가열 장치 및 그것을 이용한 차량용 공기 조절 장치가 개시되었다.
상기 선행 문헌 1에 개시된 열매체 가열 장치는 평판상으로 되는 PTC 히터와, 그 PTC 히터를 끼우고 그 양면에 적층되는 서로에게 연통 되어 있는 한 쌍의 열매체 유통부를 구비하고, 한 쌍의 열매체 유통부의 어느 한쪽의 한 측면에 기판 수용부가 일체에 설치되고, 그 기판 수용부내에 PTC 히터를 제어하는 제어 기판이 마련되어 있다.
아울러 한국공개특허 제10-2016-0082661호(이하, '선행 문헌 2'라 한다)에서는 전기자동차의 배터리 온도 제어 시스템에서 안정성을 확보할 수 있는 배터리히터의 과열 방지장치가 개시되었다.
상기 선행 문헌 2에 개시된 배터리히터의 과열 방지장치는 전원을 공급받아 배터리를 가열시키는 열교환유체를 가열하는 히터부, 상기 히터부로부터 열을 받아 온도가 소정값(Tf) 이상이 되면 상기 히터부로 인가되는 전원을 차단시키는 온도감응스위치, 기 히터부와 상기 온도감응스위치 사이에 배치되고, 상기 히터부로부터 열을 상기 온도감응스위치에 전달하는 열전달부재 및 상기 열전달부재의 일면에 상기 온도감응스위치의 일면이 탄성 지지되도록 고정시키는 고정부재를 포함함으로써, 안정성을 확보할 수 있도록 구성되어 있다.
이와 같은 상기 선행 문헌 1 및 2는 발열체의 열선에 열밀도가 집중되고 피크 전류값이 커져서 용융 현상이 발생할 수 있고 전압이 커지면 PWM(Pulse Width Modulation; 펄스 폭 변조)에서 듀티(Duty Cycle) 조절이 필요한데, 고전압에서는 듀티가 작아 열밀도가 급격히 증대되는 문제가 발생된다.
이러한 상기 문제들로 발열체의 내구성 및 안정성이 감소되어 배터리의 화재 발생 등 사용성이 현저히 저하되는 문제를 초래할 수 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 전원부로부터 공급되는 전압값에 따라 복수의 스위칭부를 제어하는 유형을 3개소의 스위칭 모드로 세분화하고 해당 모드별로 전원부와 제1발열체 및 제2발열체 간 연결 구성이 다르도록 함으로써 피크 전류, 최대 히터 발열량 및 최대 와트밀도의 제한치를 초과하지 않도록 하여 공급 가능한 전압 범위를 최대한 증대시킴과 동시에 히터 안정성을 충족할 수 있는 유체가열히터의 구동 제어장치 및 이의 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 전원을 공급하는 전원부; 상기 전원부로부터 전원을 공급받아 유체를 가열하는 복수의 발열체; 상기 전원부와 복수의 발열체 사이에 연결되어 전원을 단속하는 복수의 스위치를 포함하는 스위칭부; 및 상기 복수의 스위치를 제어하고 상기 전원부의 전원 공급을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 전원부의 전압값에 기초하여 기설정된 스위칭 모드에 따라 복수의 발열체를 직렬 또는 병렬로 연결되도록 하거나 복수의 발열체 중 선택되는 적어도 하나의 발열체에만 전원이 공급되도록 상기 복수의 스위치를 제어한다.
여기서 상기 복수의 발열체는 상기 전원부의 양극과 일단이 연결된 제1발열체 및 상기 전원부의 음극과 일단이 연결된 제2발열체를 포함하고, 상기 스위칭부는 상기 제1발열체의 타단과 상기 전원부의 음극 간에 연결된 제1스위치와, 상기 제2발열체의 타단과 상기 전원부의 양극 간에 연결된 제2스위치 및 상기 제1발열체의 타단과 상기 제2발열체의 타단 간에 연결된 제3스위치를 포함한다.
또한 상기 제어부는 상기 전압값이 저전압 하위 임계값과 저전압 상위 임계값 사이인 경우 상기 제1스위치 및 제2스위치를 온시키고, 상기 제3스위치는 오프시킨다.
또한 상기 제어부는 상기 전압값이 저전압 상위 임계값과 고전압 하위 임계값 사이인 경우 상기 제1스위치 및 제2스위치 중 어느 하나를 온시키고, 다른 하나 및 상기 제3스위치는 오프시킨다.
아울러 상기 제어부는 상기 전압값이 고전압 하위 임계값과 고전압 상위 임계값 사이인 경우 상기 제1스위치 및 제2스위치를 오프시키고, 상기 제3스위치는 온시킨다.
또한 상기 제어부는 상기 전압값이 저전압 하위 임계값보다 작은 경우 상기 전원부의 전원 공급이 중지되도록 전원부를 제어하고, 저전압 경고정보를 제공하고, 상기 전압값이 고전압 상위 임계값보다 큰 경우 상기 전원부의 전원 공급이 중지되도록 전원부를 제어하고, 고전압 경고정보를 제공한다.
아울러 본 발명은 전원을 공급하는 전원부, 복수의 발열체와, 상기 전원부와 복수의 발열체 사이에 연결된 복수의 스위치를 포함하는 스위칭부 및 상기 복수의 스위치와 전원부를 제어하는 제어부를 포함하는 유체가열히터 구동 제어장치의 제어방법에 있어서, 상기 제어부는, (a) 상기 전원부의 전압값을 측정하는 단계; (b) 상기 측정된 전압값에 기초하여 스위칭 모드를 선택하는 단계; 및 (c) 상기 선택된 스위칭 모드에 따라 상기 복수의 발열체를 전원부와 직렬 또는 병렬로 연결하거나 복수의 발열체 중 선택되는 적어도 하나의 발열체에만 전원이 공급되도록 복수의 스위치를 제어하는 단계;를 포함한다.
여기서 상기 복수의 발열체는 상기 전원부의 양극과 일단이 연결된 제1발열체 및 상기 전원부의 음극과 일단이 연결된 제2발열체를 포함하고, 상기 스위칭부는 상기 제1발열체의 타단과 상기 전원부의 음극 간에 연결된 제1스위치와, 상기 제2발열체의 타단과 상기 전원부의 양극 간에 연결된 제2스위치 및 상기 제1발열체의 타단과 상기 제2발열체의 타단 간에 연결된 제3스위치를 포함한다.
또한 상기 제어부는, 상기 단계(b)에서 상기 전압값이 저전압 하위 임계값과 저전압 상위 임계값 사이인 경우 저전압 모드로 선택하고, 저전압 상위 임계값과 고전압 하위 임계값 사이인 경우 중전압 모드로 선택하며, 고전압 하위 임계값과 고전압 상위 임계값 사이인 경우 고전압 모드로 선택한다.
아울러 상기 제어부는, 상기 단계(c)에서 상기 스위칭 모드가 저전압 모드이면 상기 제1스위치 및 제2스위치를 온시키고, 상기 제3스위치는 오프시킨다.
또한 상기 제어부는, 상기 단계(c)에서 상기 스위칭 모드가 중전압 모드이면 상기 제1스위치 및 제2스위치 중 어느 하나를 온시키고, 다른 하나 및 상기 제3스위치는 오프시키며, 상기 제어부는, 상기 단계(c)에서 상기 스위칭 모드가 중전압 모드이면 상기 제1스위치 및 제2스위치를 오프시키고, 상기 제3스위치는 온시킨다.
아울러 상기 제어부는, 상기 단계(b)에서 상기 전압값이 저전압 하위 임계값보다 작은 경우 상기 전원부의 전원 공급이 중지되도록 전원부를 제어하고, 저전압 경고정보를 제공하고, 상기 전압값이 고전압 상위 임계값보다 큰 경우 상기 전원부의 전원 공급이 중지되도록 전원부를 제어하고, 고전압 경고정보를 제공한다.
본 발명에 따르면 전원부의 공급 전압에 따라 전체 발열체의 저항을 변화시킴으로써 피크 전류를 조절하여 최대 와트밀도 내에서 히터 작동이 가능함에 따라 히터 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러 전원부의 전압이 저전압 범위에 해당하더라도 발열량을 증대시킬 수 있으며, 고전압 범위에 해당하더라도 피크 전류를 감소시켜 최대 와트밀도를 감소시킬 수 있어 전원부의 공급 전압 허용 범위가 매우 증대되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발열체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 모드의 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 중전압 모드의 회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 모드의 회로를 나타낸 도면이다.
도 7은 종래 유체가열히터의 구동 제어회로들인 비교 회로1 및 비교 회로2를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로와 비교 회로 1 및 2의 인가 전압 범위에 따른 구성 저항을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로와 비교 회로 1 및 2의 인가 전압 범위에 따른 피크 전류를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로와 비교 회로 1 및 2의 인가 전압 범위에 따른 최대 히터 발열량을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로와 비교 회로 1 및 2의 인가 전압 범위에 따른 최대 와트밀도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어방법의 과정을 나타내는 순서도이다.
도 13은 도 12에서 S200 단계와 S300 단계의 구체적인 과정을 일예로 나타낸 순서도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발열체를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 모드별 회로를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어장치는 크게 전원을 공급하는 전원부(100)와, 상기 전원부(100)로부터 전원을 공급받아 유체에 열에너지를 공급하는 복수의 발열체(200)와, 상기 전원부(100)와 복수의 발열체(200) 사이에 연결되어 전원을 단속하는 복수의 스위치를 포함하는 스위칭부(300) 및 상기 복수의 스위치를 제어하고 전원부의 전원 공급을 제어하는 제어부(400)를 포함하며, 상기 제어부(400)는 상기 전원부(100)의 전압값(Vdc)에 기초하여 기설정된 스위칭 모드에 따라 복수의 발열체(200)를 직렬 또는 병렬로 연결되도록 하거나 복수의 발열체(200) 중 선택되는 적어도 하나의 발열체에만 전원이 공급되도록 복수의 스위치를 제어한다.
여기서 상기 전원부(100)는 상기 복수의 발열체(200)로 전원을 공급하여 발열체(200)에서 열이 발생하도록 구비되는데, 이러한 전원부(100)는 별도의 전원부가 구비될 수도 있지만, 바람직하게는 배터리로부터 전원을 공급받도록 구성할 수 있다.
또한 상기 복수의 발열체(200)는 상기 전원부(100)를 통해 전원을 공급받아 발열체(200) 주변으로 수용되는 열매체인 유체에 열을 전달하도록 구비되는데, 이러한 복수의 발열체(200)는 본 발명의 일실시예에 따라 서로 이격되어 배치되는 제1발열체(210)와 제2발열체(220)로 구성된다.
물론 본 발명의 일실시예에서는 상기 제1발열체(210)와 제2발열체(220)로 구성하였으나 필요에 따라 제3발열체 또는 그 이상으로 구성할 수도 있다.
아울러 상기 스위칭부(300)는 상기 전원부(100)와 복수의 발열체(200), 즉 제1발열체(210)와 제2발열체(220) 사이에 연결되어 전원이 해당 제1발열체(210) 및 제2발열체(220)에 공급되는 것을 단속하도록 구비되는데, 본 발명의 일실시예에서는 이와 같은 복수의 스위칭부(300)를 상기 제1발열체(210)의 일단과 상기 전원부(100) 음극 간에 연결되는 제1스위치(310)와, 상기 제1발열체(210)의 일단과 상기 제2발열체(220)의 일단 사이에 연결되는 제2스위치(320)와, 상기 제1발열체(210)의 타단과 상기 제2발열체(220)의 일단에 연결되는 제3스위치(330)를 포함한다.
이와 같은 스위칭부(300)가 3개소로 구성되는 것은 전술한 복수의 발열체(200)가 2개소로 구성되기 때문인데, 만일 복수의 발열체(200)가 3개소로 구성될 경우 상기 스위칭부(300)는 6개소 이상으로 구성됨이 바람직하다.
한편 상기 제어부(400)는 상기 제1, 제2 및 제3스위치(310, 320, 330)를 각각 제어하여 제1발열체(210) 및 제2발열체(220)에 전원 공급을 선택적으로 구성한다.
이러한 제어부(400)는 상기 스위칭부(300) 제어 시 상기 전원부(100)의 전압값(Vdc)에 기초하여 기설정된 스위칭 모드에 따라 상기 스위칭부(300) 제어를 수행한다.
여기서 전원부(100)의 전압값(Vdc)은 제어부(400) 내 측정부가 포함되어 측정이 이루어질 수 있으며 별도로 구비되는 전압 측정수단을 통해 제어부(400)가 전달받도록 구성될 수도 있다.
아울러 상기 기설정된 스위칭 모드는 크게 3가지 모드 형태로 분류되는데, 저전압 모드, 중전압 모드 및 고전압 모드가 이에 해당된다.
본 발명의 일실시예에서는 유체가열히터의 구동 제어를 함에 있어 2개소의 발열체(200)와 3개소의 스위칭부(300)를 통해 구동 제어를 수행하는데, 이러한 3개소 스위칭부(300)를 제어하는 제어부는 스위칭부(300) 제어를 통해 2개소의 발열체(200)가 서로 직렬 또는 병렬로 연결되도록 하거나 이들 중 어느 하나만 전원부(100)에 연결되도록 한다.
이와 같이 제1, 제2발열체(210, 220) 간 연결 구성을 달리하는 이유는 전원부(100)를 통해 인가되는 전압값(Vdc)에 대응하여 가열히터의 발열량과 내구성을 충족시키기 위함이다.
즉, 전압값(Vdc)이 고전압일 경우 저항 요소로 작용하는 발열체의 저항값이 낮게 되면 피크 전류가 높아져 발열체의 피로도를 높이고 손상을 초래할 수 있기 때문에 발열체의 저항값이 높게 설정되어야 하고, 전압값(Vdc)이 저전압일 경우 발열체에 흐르는 피크 전류가 낮아 발열량이 저하되어 원활한 유체의 가열이 어렵기 때문에 발열체의 수를 증대시킬 필요가 있다.
물론 발열체의 수를 증대시키는 경우라 하더라도 이들 간이 직렬로 연결되는 경우 피크 전류는 보다 낮아지게 되므로 전체 발열량의 증대를 기대하기 어려우므로 발열체 수를 증대시키되 이들 간의 연결을 병렬로 연결하여야 전체 발열량이 증대될 것이다.
이와 같이 전압값(Vdc)이 고전압인 경우와 저전압인 경우에 모두 일정 이상의 발열량을 유지하고 발열체의 내구성을 확보하려면 전압값(Vdc)에 따라 2개소의 발열체 간 연결 구성을 직렬 또는 병렬로 연결하거나 어느 1개소의 발열체만 인가전압이 공급되도록 구성하면 해결될 수 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에서는 제어부(400)가 3개소의 제1, 제2, 제3스위치(310, 320, 330)의 제어를 통해 제1발열체(210)와 제2발열체(220)의 연결 구성을 3개의 스위칭 모드인 고전압 모드, 중전압 모드 및 저전압 모드에 따라 각각 직렬 연결, 단일 발열체 선택 연결 및 병렬 연결로 수행하여 일정 이상의 발열량을 유지함과 동시에 발열체의 내구성을 확보한다.
이를 통해 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로에 인가될 수 있는 전압의 범위가 보다 넓어 질 수 있어 다양한 전력 공급원의 사용이 가능해질 수 있다.
전술한 3개의 스위칭 모드별 스위칭부 제어를 살펴보면 우선 전압값(Vdc)이 측정되고, 측정된 전압값이 기설정된 저전압 하위 임계값(Vref1)과 기설정된 저전압 상위 임계값(Vref2) 사이인 경우, 제어부(400)는 상기 스위칭 모드를 저전압 모드로 판단하고, 도 4에서와 같이 상기 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)를 온(ON)시키고, 상기 제3스위치(330)는 오프(OFF)시켜 상기 제1발열체(210) 및 제2발열체(220)가 상기 전원부(100)와 병렬 연결되도록 구성한다.
이에 따라 저전압 모드에서는 제1발열체(210)와 제2발열체(220)가 각각 병렬 연결되어 저전압시 피크전류가 낮아져 발열량이 저하되는 문제를 최소화시킬 수 있다.
아울러 상기 제어부(400)는 상기 전압값(Vdc)이 기설정된 저전압 상위 임계값(Vref2)과 기설정된 고전압 하위 임계값 사이(Vref3)인 경우 상기 스위칭 모드는 중전압 모드로 판단하고, 도 5에서와 같이 상기 제1스위치(310) 및 제2스위치(320) 중 어느 하나를 온(ON)시키고, 다른 하나 및 상기 제3스위치는 오프(OFF)시켜 상기 제1발열체(210) 및 제2발열체(220) 중 선택되는 어느 하나만 상기 전원부(100)와 연결되도록 한다.
물론 이때 설정에 따라 제1발열체(210)와 제2발열체(220)가 교대로 전원부(100)와 연결되도록 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)를 교대로 단속 제어할 수도 있다.
아울러 상기 제어부(400)는 상기 전압값(Vdc)이 기설정된 고전압 하위 임계값(Vref3)과 기설정된 고전압 상위 임계값(Vref4) 사이인 경우 상기 스위칭 모드는 고전압 모드로 판단하고, 도 6에서와 같이 상기 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)를 오프시키고, 상기 제3스위치(330)는 온시켜 상기 제1발열체(210) 및 제2발열체(220)가 상기 전원부(100)와 직렬 연결되도록 한다.
한편 본 발명의 일실시예에서는 전압값(Vdc)이 저전압 하위 임계값(Vref1) 보다 작거나 고전압 상위 임계값(Vref4)보다 큰 경우 제어부(400)는 전원부(100)의 전원 공급이 중지되도록 전원부(100)를 제어한다.
아울러 필요에 따라 저전압 경고정보 또는 고전압 경고정보를 생성할 수 있으며, 이러한 저전압 경고정보 또는 고전압 경고정보는 별도의 출력 수단을 통해 출력될 수 있다. 여기서 출력수단으로는 경고 데이터가 출력되는 디스플레이 수단이나 경보음을 출력하는 음성출력수단 등이 해당될 수 있다.
도 7은 종래 유체가열히터의 구동 제어회로들인 비교 회로1 및 비교 회로2를 나타내는 도면이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로와 비교 회로 1 및 2의 인가 전압 범위에 따른 구성 저항을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로와 비교 회로 1 및 2의 인가 전압 범위에 따른 피크 전류를 개략적으로 나타낸 도면이다.
아울러 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로와 비교 회로 1 및 2의 인가 전압 범위에 따른 최대 히터 발열량을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로와 비교 회로 1 및 2의 인가 전압 범위에 따른 최대 와트밀도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어회로는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 스위칭 모드별로 제1발열체(210) 및 제2발열체(220)가 서로 병렬 또는 직렬로 연결되거나 어느 하나만 연결되는 형태로 구성되는데, 기존의 유체가열히터의 구동 제어회로는 대표적으로 도 7에 도시된 바와 같이 비교 회로1 또는 비교 회로2로 구성되었다.
비교 회로1의 경우 도 5의 (a)에 해당하는 것으로 1개소의 스위칭 소자(30)와 제1발열체(21), 제2발열체(22)로 구성되고, 비교 회로2의 경우 도 5의 (b)에 해당되는 것으로 제1스위치(31), 제2스위치(32)와 제1발열체(21), 제2발열체(22)로 구성된다.
비교 회로1의 경우 2개소의 발열체(21, 22)가 서로 병렬 연결되어 저전압 모드에서는 안정적으로 구동되나 중전압 모드 또는 고전압 모드에서는 피크전류가 상승하여 내구성이 저하될 수 있다.
또한 비교 회로2의 경우 2개소의 발열체(21, 22)가 제1스위치(31) 및 제2스위치(32)의 단속 제어에 따라 서로 병렬 연결되거나 어느 하나의 발열체만 전원을 공급받게 된다.
물론 어느 하나의 발열체만 전원을 공급받는 경우 각 발열체가 교대로 전원을 공급받도록 구성할 수도 있다.
이와 같은 비교 회로2의 경우 저전압 모드 또는 중전압 모드에서는 안정적으로 구동될 수 있으나 고전압 모드에서는 발열체(21, 22)의 발열량이 증대되어 최대 와트밀도가 증가하고 이에 발열체의 안정적인 내구성을 확보하기 위한 허용 최대 와트밀도 제한치를 초과하는 문제가 발생될 수 있다.
이는 도 8 내지 도 11에 도시되어 있는데, 도 8은 비교 회로1 및 비교 회로2와 본 발명의 구동 제어회로에서의 발열체 전체 저항을 나타낸 것으로 본 발명에서는 스위칭 모드별로 발열체 간 연결 구성을 달리하여 발열체의 전체 저항이 단계적으로 상승한다.
이에 반해 비교 회로1은 일정한 전체 저항을 가지며, 비교 회로2는 2단계의 전체 저항값을 가진다.
이에 따라 도 9에 나타난 바와 같이 본 발명의 구동 제어회로는 전압값에 따라 스위칭 모드를 달리하여 전압값과 상관없이 피크전류 제한치보다 항상 낮게 유지되도록 구성됨에 반해 비교 회로1은 전압값이 중전압 모드 또는 고전압 모드에 해당될 경우 피크전류 제한치를 초과하게 된다.
물론 비교 회로2의 경우에는 본 발명과 같이 피크전류 제한치보다 낮게 유지되나, 고전압 모드에서 본 발명에 비해 상대적으로 피크전류가 높음을 알 수 있다.
이 결과, 도 10에 나타난 바와 같이 발열체의 발열량이 비교 회로2의 경우 고전압 모드에서 최대 히터 발열량 제한치를 초과하게 되고 도 11의 최대 와트밀도 또한 허용 최대 와트밀도 제한치를 초과하게 된다.
따라서 도 8 내지 도 11에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 비교 회로1 및 비교 회로2에 비해 상대적으로 넓은 범위의 전압값에 대해 안정적인 발열 구동이 이루어짐을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어방법의 과정을 나타내는 순서도이다.
도면을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터 구동 제어장치의 제어방법은 전압값(Vdc)이 측정되는 단계(S100), 상기 제어부(400)가 상기 측정된 전압값(Vdc)에 기초하여 기설정된 스위칭 모드를 선택하는 단계(S200)와, 상기 제어부(400)가 상기 선택된 스위칭 모드에 따라 상기 복수의 발열체(200)를 전원부(100)와 직렬 또는 병렬로 연결하거나 복수의 발열체(200) 중 선택되는 적어도 하나의 발열체에만 전원이 공급되도록 복수의 스위치를 제어하는 단계(S300)를 포함한다.
여기서 상기 전원부(100), 복수의 발열체(200) 및 복수의 스위치는 전술한 유체가열히터의 구동 제어장치에서와 동일하다.
이에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어방법은 우선 전원부(100)에 의해 전원이 공급되면 전압값(Vdc)이 측정된다(S100).
이러한 전압값은 제어부(400) 내 측정부가 구비되어 측정되거나 별도의 전압 측정수단에 의해 측정되어 제어부(400)로 전달되도록 구성될 수 있다.
이에 따라 제어부(400)는 측정된 전압값(Vdc)에 기초하여 해당 전압값(Vdc)에 따라 기설정된 스위칭 모드를 선택하게 되는데(S200), 이러한 스위칭 모드는 전술한 바와 같이 저전압 모드, 중전압 모드 및 고전압 모드로 구성된다.
이러한 제어부(400)의 스위칭 모드를 선택하는 과정을 살펴보면, 우선 제어부(400)가 전달받은 전압값(Vdc)이 기설정된 저전압 하위 임계값(Vref1)과 저전압 상위 임계값(Vref2) 사이인 경우 저전압 모드로 선택하고, 기설정된 저전압 상위 임계값(Vref2)과 고전압 하위 임계값(Vref3) 사이인 경우 중전압 모드로 선택하며, 기설정된 고전압 하위 임계값(Vref3)과 고전압 상위 임계값(Vref4) 사이인 경우 고전압 모드로 선택한다.
아울러 제어부(400)가 스위칭 모드를 선택하게 되면, 선택된 스위칭 모드에 따라 스위칭부(300) 즉, 제1스위치(310), 제2스위치(320) 및 제3스위치(330)의 온오프 제어를 제어부(400)가 수행한다(S300).
이에 따라 스위칭 모드별로 제어부(400)의 스위칭부(300) 제어 과정을 살펴보면, 상기 제어부(400)는 스위칭 모드가 저전압 모드이면 상기 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)를 온시키고, 상기 제3스위치(330)는 오프시켜 상기 제1발열체(210) 및 제2발열체(220)가 상기 전원부(100)와 병렬 연결되도록 한다.
아울러 상기 제어부(400)는 스위칭 모드가 중전압 모드이면 상기 제1스위치(310) 및 제2스위치(320) 중 어느 하나를 온시키고, 다른 하나 및 상기 제3스위치(330)는 오프시켜 상기 제1발열체(210) 및 제2발열체(220) 중 선택되는 어느 하나만 상기 전원부(100)와 연결되도록 구성한다.
물론 이때 설정에 따라 제1발열체(210)와 제2발열체(220)가 교대로 전원부(100)와 연결되도록 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)를 교대로 단속 제어할 수 있다.
또한 상기 제어부(400)는 스위칭 모드가 고전압 모드이면 상기 제1스위치(310) 및 제2스위치(320)를 오프시키고, 상기 제3스위치(330)는 온시켜 상기 제1발열체(210) 및 제2발열체(220)가 상기 전원부(100)와 직렬 연결되도록 구성한다.
한편 상기 S200단계에서 상기 제어부(400)는 측정된 전압값(Vdc)이 기설정된 저전압 하위 임계값(Vref1)보다 작은 경우 상기 전원부(100)의 전원 공급이 중지되도록 전원부(100)를 제어하고, 저전압 경고정보를 제공하여 별도의 출력 수단을 통해 외부로 출력되도록 할 수 있다.
여기서 출력 수단은 경고 데이터가 출력되는 디스플레이 수단이나 경보음을 출력하는 음성출력수단 등이 해당될 수 있다.
아울러 제어부(400)는 이와 반대로 전압값(Vdc)이 기설정된 고전압 상위 임계값(Vref4)보다 큰 경우에도 상기 전원부(100)의 전원 공급이 중지되도록 전원부(100)를 제어하고, 고전압 경고정보를 제공하여 출력 수단을 통해 출력되도록 한다.
도 13은 도 12에서 S200 단계와 S300 단계의 구체적인 과정을 일예로 나타낸 순서도이다.
도면을 참조하면, 이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 유체가열히터의 구동 제어방법에서 스위칭 모드를 선택하는 단계(S200) 및 스위칭부(300)를 제어하는 단계(S300)를 보다 구체적으로 예시하도록 한다.
본 실시예에 따른 S200 단계는 우선 제어부(400)가 측정된 전압값(Vdc)이 고전압 상위 임계값(Vref4) 보다 큰지 여부를 판단하여(S210) 클 경우 전원부(100)의 인가 전압 공급을 중지하고 고전압 경고정보를 제공하며(S310), 작을 경우 전압값(Vdc)이 저전압 하위 임계값(Vref1) 보다 작은지 여부를 판단하게 된다(S220).
이에 따라 전압값(Vdc)이 저전압 하위 임계값(Vref1) 보다 작을 경우 전원부(100)의 전압 공급을 중지하고 저전압 경고정보를 제공하게 되며(S320), 클 경우 전압값(Vdc)이 고전압 하위 임계값(Vref3)과 같거나 크고 고전압 상위 임계값(Vref4) 보다 작은지 여부를 판단하여(S230), 그렇다면 스위칭 모드를 고전압 모드로 판단하고 스위칭부(300) 제어를 통해 제1발열체(210)와 제2발열체(220)가 서로 직렬 연결되도록 한다(S330).
아울러 그렇지 않다면 다시 전압값(Vdc)이 저전압 상위 임계값(Vref2)과 같거나 크고 고전압 하위 임계값(Vref3) 보다 작은지 여부를 판단하는데(S240), 만일 그렇다면 스위칭 모드를 중전압 모드로 판단하고, 제1발열체 또는 제2발열체 중 어느 하나만 전원부(100)와 연결되도록 스위칭부(300)를 제어한다.
아울러 그렇지 않은 경우에는 전압값(Vdc)은 당연히 저전압 하위 임계값(Vref1)과 같거나 크고 저전압 상위 임계값(Vref2) 보다 작을 것이므로 스위칭 모드를 저전압 모드로 판단하고(S250), 제1발열체(210)와 제2발열체(220)가 서로 병렬 연결되도록 스위칭부(300)를 제어한다(S350).
이와 같은 S200 단계에서의 구체적인 스위칭 모드 선택하는 과정은 그 선후가 변경될 수도 있으나, 해당 스위칭 모드로 판단된 경우 제어부(400)가 수행하는 후속 수행과정은 변경될 수 없음은 물론이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 전원을 공급하는 전원부;
    상기 전원부로부터 전원을 공급받아 유체를 가열하는 복수의 발열체;
    상기 전원부와 복수의 발열체 사이에 연결되어 전원을 단속하는 복수의 스위치를 포함하는 스위칭부; 및
    상기 복수의 스위치를 제어하고 상기 전원부의 전원 공급을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 전원부의 전압값에 기초하여 기설정된 스위칭 모드에 따라 복수의 발열체를 직렬 또는 병렬로 연결되도록 하거나 복수의 발열체 중 선택되는 적어도 하나의 발열체에만 전원이 공급되도록 상기 복수의 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 유체가열히터의 구동 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발열체는
    상기 전원부의 양극과 일단이 연결된 제1발열체 및
    상기 전원부의 음극과 일단이 연결된 제2발열체를 포함하고,
    상기 스위칭부는
    상기 제1발열체의 타단과 상기 전원부의 음극 간에 연결된 제1스위치와,
    상기 제2발열체의 타단과 상기 전원부의 양극 간에 연결된 제2스위치 및
    상기 제1발열체의 타단과 상기 제2발열체의 타단 간에 연결된 제3스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체가열히터의 구동 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 전원의 전압값이 저전압 하위 임계값과 저전압 상위 임계값 사이인 경우 상기 제1스위치 및 제2스위치를 온시키고, 상기 제3스위치는 오프시키는 것을 특징으로 하는 유체가열히터의 구동 제어장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 전원의 전압값이 저전압 상위 임계값과 고전압 하위 임계값 사이인 경우 상기 제1스위치 및 제2스위치 중 어느 하나를 온시키고, 다른 하나 및 상기 제3스위치는 오프시키는 것을 특징으로 하는 유체가열히터의 구동 제어장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 전원의 전압값이 고전압 하위 임계값과 고전압 상위 임계값 사이인 경우 상기 제1스위치 및 제2스위치를 오프시키고, 상기 제3스위치는 온시키는 것을 특징으로 하는 유체가열히터의 구동 제어장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 전원의 전압값이 저전압 하위 임계값보다 작은 경우 상기 전원부의 전원 공급이 중지되도록 전원부를 제어하고, 저전압 경고정보를 제공하고,
    상기 전원의 전압값이 고전압 상위 임계값보다 큰 경우 상기 전원부의 전원 공급이 중지되도록 전원부를 제어하고, 고전압 경고정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 유체가열히터의 구동 제어장치.
  7. 전원을 공급하는 전원부, 복수의 발열체와, 상기 전원부와 복수의 발열체 사이에 연결된 복수의 스위치를 포함하는 스위칭부 및 상기 복수의 스위치와 전원부를 제어하는 제어부를 포함하는 유체가열히터 구동 제어장치의 제어방법에 있어서,
    상기 제어부는,
    (a) 상기 전원부의 전압값을 측정하는 단계;
    (b) 상기 측정된 전압값에 기초하여 스위칭 모드를 선택하는 단계; 및
    (c) 상기 선택된 스위칭 모드에 따라 상기 복수의 발열체를 전원부와 직렬 또는 병렬로 연결하거나 복수의 발열체 중 선택되는 적어도 하나의 발열체에만 전원이 공급되도록 복수의 스위치를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체가열히터 구동 제어장치의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 발열체는
    상기 전원부의 양극과 일단이 연결된 제1발열체 및
    상기 전원부의 음극과 일단이 연결된 제2발열체를 포함하고,
    상기 스위칭부는
    상기 제1발열체의 타단과 상기 전원부의 음극 간에 연결된 제1스위치와,
    상기 제2발열체의 타단과 상기 전원부의 양극 간에 연결된 제2스위치 및
    상기 제1발열체의 타단과 상기 제2발열체의 타단 간에 연결된 제3스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체가열히터 구동 제어장치의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단계(b)에서 상기 전원의 전압값이 저전압 하위 임계값과 저전압 상위 임계값 사이인 경우 저전압 모드로 선택하고,
    저전압 상위 임계값과 고전압 하위 임계값 사이인 경우 중전압 모드로 선택하며,
    고전압 하위 임계값과 고전압 상위 임계값 사이인 경우 고전압 모드로 선택하는 것을 특징으로 하는 유체가열히터 구동 제어장치의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단계(c)에서 상기 스위칭 모드가 저전압 모드이면 상기 제1스위치 및 제2스위치를 온시키고, 상기 제3스위치는 오프시키는 것을 특징으로 하는 유체가열히터 구동 제어장치의 제어방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단계(c)에서 상기 스위칭 모드가 중전압 모드이면 상기 제1스위치 및 제2스위치 중 어느 하나를 온시키고, 다른 하나 및 상기 제3스위치는 오프시키는 것을 특징으로 하는 유체가열히터 구동 제어장치의 제어방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단계(c)에서 상기 스위칭 모드가 중전압 모드이면 상기 제1스위치 및 제2스위치를 오프시키고, 상기 제3스위치는 온시키는 것을 특징으로 하는 유체가열히터 구동 제어장치의 제어방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단계(b)에서 상기 전압값이 저전압 하위 임계값보다 작은 경우 상기 전원부의 전원 공급이 중지되도록 전원부를 제어하고, 저전압 경고정보를 제공하고,
    상기 전압값이 고전압 상위 임계값보다 큰 경우 상기 전원부의 전원 공급이 중지되도록 전원부를 제어하고, 고전압 경고정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 유체가열히터 구동 제어장치의 제어방법.
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