KR101956179B1 - 전기자동차 공조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차 공조장치에 관한 것으로서, 현재의 운전모드가 난방모드에서 냉방모드로 변경되면 전열히터를 통과하는 공기온도가 기준온도 이하로 낮아질 때까지 탑승자의 하체 측으로 공기가 토출되도록 토출모드를 유지함으로써, 기준온도 이하로 낮아지지 않은 상태의 온기가 탑승자의 상체 측으로 토출되는 것을 미연에 방지하여 쾌적성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명은, 공조케이스 내부에 공기 유동방향을 따라 증발기 및 전열히터가 순차적으로 배치되어, 상기 공조케이스 내부로 공급된 공기를 상기 증발기로 냉각시키거나 상기 전열히터로 가열한 후 차 실내 탑승자의 상체 또는 하체측으로 공급하도록 이루어진 전기자동차용 공조장치에 있어서, 상기 공조장치의 현재 운전 모드가 난방모드에서 냉방모드로 변경되었는지를 판별하는 모드변경검출부(20)와; 상기 전열히터(3)를 통과한 공기의 온도를 검출하는 온도검출부(30); 및 상기 모드변경검출부(20)를 통해 난방모드에서 냉방모드로 변경되는 것으로 판별되면, 상기 전열히터(3)로 공급되는 전원을 감소시킴과 아울러, 상기 온도검출부(30)를 통해 전열히터(3)를 통과한 공기온도가 기준온도 이하로 낮아질 때까지 탑승자의 하체측으로 공기가 토출되도록 토출모드를 유지시키는 제어부(10)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차 공조장치{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR ELECTRIC VEHICLES}

본 발명은 전기자동차 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 현재의 운전모드가 난방모드에서 냉방모드로 변경되면 전열히터를 통과하는 공기온도가 기준온도 이하로 낮아질 때까지 탑승자의 하체 측으로 공기가 토출되도록 토출모드를 유지함으로써, 기준온도 이하로 낮아지지 않은 상태의 온기가 탑승자의 상체 측으로 토출되는 것을 미연에 방지하여 쾌적성을 향상시킬 수 있는 전기 자동차 공조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 하이브리드(Hybrid) 자동차 또는 전기자동차는, 엔진의 사용이 제한적이거나 엔진을 사용하지 않고 배터리에 축전된 전류로 모터를 회전시켜 주행한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 하이브리드 자동차 또는 전기자동차(이하, '전기자동차'라 칭함)의 공조장치는, 공조케이스(1)의 내측에 증발기(2)와, PTC히터(3)를 구비하고, 상기 증발기(2)와 PTC히터(3)를 통과한 공조공기를 디프로스트(Defrost), 페이스(Face), 플로어(Floor)측으로 토출되도록 유로가 형성된 벤트(Vent, 5) 및 상기 벤트(5)를 통해 토출되는 공기량을 조절하는 벤트도어(Vent Door, 6)를 포함한다.

상기 PTC(Positive Temperature Coefficient)히터(3)는, 전기자동차의 배터리에서 인가되는 전류를 이용하여 전기자동차의 실내를 난방하는 장치이다.

상기 PTC히터(3)는 전기에너지를 공급하면 온도가 상승하게 되는데 일정온도 이상에서 저항이 급격히 상승하는 특징이 있다. 상기 PTC히터(3)에 전류를 공급하면 온도가 상승하고 일정온도에서 저항이 커지게 되며, 저항이 커지게 되면 흐르는 전류가 줄어들어 발열량이 감소하게 된다. 발열량이 감소하면 흐르는 전류가 증가하여 전류의 공급만으로 PTC히터(3) 자체에서 일정온도를 유지할 수 있다.

상기 PTC히터의 구동방법은, 히터를 제어하는 제어부에서 출력된 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조) 신호에 따라 발열량이 제어되도록 구성된다. 상기 PWM 방식은 펄스변조 방식 중의 하나로서, 변조신호의 크기에 따라서 펄스의 듀티비(Duty Ratio)를 변화시켜 제어하는 방식이다.

또한, 상기 PTC히터(3)는, 전기자동차뿐만 아니라 내연기관용 자동차에서도 사용되며, 이는 엔진 시동 후 엔진이 예열되기 전에 초기 난방을 위해 사용된다.

또한, 전기자동차의 공조장치는, 외부의 조건에 따라 냉, 난방시스템을 통해 토출되는 냉기 및 온기를 적절히 혼합하여 실내온도를 자동으로 조절하는 자동제어방식(Full Automatic Temperature Control, FATC)이 사용되고 있다.

상기 자동제어방식은, 차량의 실내 온도를 측정하는 실내온도센서, 차량 실외의 온도를 측정하는 실외온도센서, 일사량을 측정하는 일사센서, 창유리의 습도를 측정하는 습도센서, 증발기의 온도를 측정하는 증발기온도센서의 측정값들이 제어부로 입력되어, 상기 제어부에서 상기한 각 센서들의 측정값에 따라 자동으로 토출온도 및 풍량을 조절한다.

상기와 같이 구성된 전기 자동차의 공조장치의 난방방법은, 제어부의 제어신호에 따라 배터리팩에 축전된 전기에너지가 PTC히터(3)로 공급되고 이를 통해 상기 PTC히터(3)가 발열하게 되며, 송풍기(도시하지 않음)를 통해 유입된 공기가 상기 증발기(2)와 PTC히터(3)를 순차적으로 통과하여, 열 교환된 온기가 벤트(5)를 통해 차량 실내로 토출됨으로써, 차량 실내를 난방한다.

한편, 자동제어(FATC)상태에서 탑승자가 설정온도를 냉방모드 기준온도(21℃) 이하로 낮추거나, 난방모드 기준온도(27℃) 이상으로 올리거나, 또는 주위 환경이 덥거나 추워지는 등의 변화에 의해 냉방모드 또는 난방모드로 진입될 경우에는, 토출모드가 플로어(Floor)모드에서 바이레벨(Bi-Level)모드 또는 벤트(Vent)모드로 변환되어, 냉기 또는 온기가 얼굴 쪽을 향하도록 하여 쾌적성을 향상시키고 있다.

그런데, 종래의 전기자동차의 경우 공조케이스(1) 내에 별도의 온도조절도어가 구비되어 있지않음으로써, 설정온도의 변경으로 난방모드 또는 냉방모드로 진입하게 되면, 진입되는 모드에 맞춰 PTC히터(3)의 발열량이 목표로 하는 토출온도에 도달되기 전까지 일정시간이 필요하게 된다. 이에 따라, 목표온도 도달시간까지 상기 PTC히터(3)에 잔존하는 발열량에 의해 공기가 열 교환되어, 탑승자가 원하지 않는 온기의 일부가 포함되어 토출되는 문제점이 있다.

또한, 탑승자가 설정온도를 변경하여 난방모드에서 냉방모드로 진입하게 되면, 전기자동차의 공조장치 토출모드가 바이레벨모드 또는 벤트모드로 전환되어 온기의 일부가 포함된 공기가 탑승자의 얼굴에 직접적으로 토출됨으로써 탑승자의 쾌적성을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안하는 것으로서, 현재의 운전모드가 난방모드에서 냉방모드로 변경되면 전열히터를 통과하는 공기온도가 기준온도 이하로 낮아질 때까지 탑승자의 하체 측으로 공기가 토출되도록 토출모드를 유지함으로써, 기준온도 이하로 낮아지지 않은 상태의 온기가 탑승자의 상체 측으로 토출되는 것을 미연에 방지하여 쾌적성을 향상시킬 수 있는 전기 자동차 공조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 공조케이스 내부에 공기 유동방향을 따라 증발기 및 전열히터가 순차적으로 배치되어, 상기 공조케이스 내부로 공급된 공기를 상기 증발기로 냉각시키거나 상기 전열히터로 가열한 후 차 실내 탑승자의 상체 또는 하체측으로 공급하도록 이루어진 전기자동차용 공조장치에 있어서, 상기 공조장치의 현재 운전 모드가 난방모드에서 냉방모드로 변경되었는지를 판별하는 모드변경검출부와; 상기 전열히터를 통과한 공기의 온도를 검출하는 온도검출부; 상기 모드변경검출부를 통해 난방모드에서 냉방모드로 변경되는 것으로 판별되면, 상기 전열히터로 공급되는 전원을 감소시킴과 아울러, 상기 온도검출부를 통해 전열히터를 통과한 공기온도가 기준온도 이하로 낮아질 때까지 탑승자의 하체측으로 공기가 토출되도록 토출모드를 유지시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 제어부는, 상기 전열히터를 통과한 공기온도가 기준온도 이하로 낮아지면, 탑승자의 하체측으로 공기를 토출시키는 토출모드를 탑승자의 상체측으로 공기를 토출시키는 토출모드로 전환시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 제어부는, 상기 전열히터에 공급되는 전원을 조절하여 차 실내로 공급되는 공기의 온도를 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 제어부는, 듀티비를 변환시켜 상기 전열히터의 발열량이 제어되도록 하는 PWM 방식인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 현재의 운전모드가 난방모드에서 냉방모드로 변경되면 전열히터를 통과하는 공기온도가 기준온도 이하로 낮아질 때까지 탑승자의 하체 측으로 공기가 토출되도록 토출모드를 유지함으로써, 기준온도 이하로 낮아지지 않은 상태의 온기가 탑승자의 상체 측으로 토출되는 것을 미연에 방지하여 쾌적성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전기자동차 공조장치의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차 공조장치의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 전기자동차 공조장치의 제어방법 블록도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다(종래와 일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다).

전기자동차 공조장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 공조케이스(1)와, 상기 공조케이스(1)의 내측에 구비되는 증발기(2)와, 전열히터(3)와, 상기 증발기(2) 및 전열히터(3)를 통해 토출되는 공기를 디프로스트(Defrost), 페이스(Face), 플로어(Floor) 측으로 토출되도록 유로가 형성된 벤트(Vent, 5)와, 상기 벤트(5)를 통해 토출되는 공기량을 조절하는 벤트도어(Vent Door, 6), 및 이들 구성요소들을 제어하는 제어부(10)를 포함한다.

또한, 상기 제어부(10)는, 운전모드가 냉방모드에서 난방모드로 변경되었는지 또는 난방모드에서 냉방모드로 변경되었는지를 검출하는 모드변경검출부(20), 및 상기 전열히터(3)를 통과한 공기의 온도를 검출하는 온도검출부(30)를 포함한다.

상기 온도검출부(30)는 공조케이스(1)의 내측에 구비된 토출온도센서(32)를 통해 측정된 온도값을 제공받는다.

또한, 상기 전열히터(3)는 변조신호의 크기에 따라 펄스의 듀티비를 변화시켜 제어하는 PWM방식의 PTC히터임이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 전기자동차 공조장치의 제어방법을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 자동제어(FATC) 공조상태이고(S1), 탑승자가 설정온도를 난방모드 기준온도(27℃) 이상 또는 냉방모드 기준온도(21℃) 이하로 조절하거나 외부환경에 의하여 난방모드 또는 냉방모드로 진입되면(S2), 진입되는 모드에 맞춰 전열히터(3)의 발열량이 목표 토출온도에 맞춰지도록 PWM방식으로 전열히터(3)의 듀티비를 제어한다(S3).

상기 난방모드 기준온도(27℃) 및 냉방모드 기준온도(21℃)는 탑승자가 쾌적성을 느낄 수 있는 온도에 근거한 것이다.

이어서, 송풍기(도시하지 않음)를 통해 유입된 공기가 상기 전열히터(3)를 통과한 후 벤트(5)로 토출되기 전 토출온도센서(32)를 통해 측정된 토출온도가, 난방모드일 경우에는 목표 토출온도와 같거나 높은지, 냉방모드일 경우에는 목표 토출온도와 같거나 낮은지를 판별한다(S4).

상기 S4단계에서, 난방모드일 때에는 토출온도가 목표 토출온도와 같거나 높을 경우, 냉방모드일 때에는 토출온도가 목표 토출온도와 같거나 낮을 경우에, 전기자동차의 토출모드는 자동제어 공조방식에 따라 바이레벨모드 또는 벤트모드로 전환되도록 토출모드가 변경된다(S5).

만일, 상기 S4단계에서, 토출온도와 목표 토출온도를 비교하여, 난방모드일 경우 토출온도가 낮거나, 냉방모드일 경우 토출온도가 높을 경우에는, 현재 토출모드를 일정시간 동안 유지한다(S6).

이 경우, 전기자동차 공조장치의 토출모드가 바이레벨모드 또는 벤트모드이면 플로어모드로 변환시켜 일정시간 동안 플로어모드를 유지시켜, 목표 토출온도로 도달되기 전의 공기가 페이스벤트를 통해 탑승자의 얼굴 쪽으로 토출됨에 따라 쾌적성이 저하되는 것을 방지한다.

또한, 상기 현재 토출모드를 유지시키는 일정시간은, 전열히터(3)가 목표 토출온도로 도달하는 시간을 의미하는 것으로, 통상 30초~1분의 시간임이 바람직하다. 만약, 토출모드 유지시간이 30초 미만이면 전열히터(3)의 발열량이 목표 토출온도에 미치지 못하게 되고, 1분을 초과하면 전열히터(3)의 발열량이 목표 토출온도에 도달한 상태를 계속 유지하게 된다.

이어서, 일정시간이 경과하면, S5단계로 진입되어 현재 토출모드를 바이레벨모드 또는 벤트모드로 변경한다.

즉, 운전모드가 난방모드에서 냉방모드로 변경되는 것이 모드변경검출부(20)를 통해 검출되어 이를 제어부(10)로 전송한다. 또한, 상기 제어부(10)는 토출온도센서(32)를 통해 전열히터(3)를 통과한 공기의 온도값을 온도검출부(30)를 통해 제공받는다. 이에 따라, 공기의 토출온도가 목표로 하는 기준온도보다 높을 경우, 토출모드를 탑승자의 하체 측으로 토출되는 모드를 유지시킨다.

또한, 온도검출부(30)를 통해 검출된 토출온도가 기준온도와 같거나 낮을 경우에는 토출모드를 탑승자의 상체 측으로 토출되도록 전환시키도록 한다.

이상에서 설명한 것은 전기 자동차 공조장치를 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경 실시가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

1: 공조케이스 2: 증발기
3: 전열히터 5: 벤트(Vent)
6: 벤트도어(Vent Door) 10: 제어부
20: 모드변경검출부 30: 온도검출부
32: 토출온도센서

Claims (4)

1. 공조케이스 내부에 공기 유동방향을 따라 증발기 및 전열히터가 순차적으로 배치되어, 상기 공조케이스 내부로 공급된 공기를 상기 증발기로 냉각시키거나 상기 전열히터로 가열한 후 차 실내 탑승자의 상체 또는 하체측으로 공급하도록 이루어진 전기자동차용 공조장치에 있어서,
   냉방모드 시에, 상기 증발기(2)를 통과한 공기가 상기 전열히터(3)의 통과 후 벤트(5)로 토출되는 구조이며;
   상기 공조장치의 현재 운전 모드가 난방모드에서 냉방모드로 변경되었는지를 판별하는 모드변경검출부(20)와;
   상기 전열히터(3)를 통과한 후, 벤트(5)로 토출되기 전 공기의 온도를 검출하는 온도검출부(30);
   상기 모드변경검출부(20)를 통해 난방모드에서 냉방모드로 변경되는 것으로 판별되면, 상기 전열히터(3)로 공급되는 전원을 감소시킴과 아울러, 상기 온도검출부(30)를 통해 전열히터(3)를 통과한 공기온도가 기준온도 이하로 낮아질 때까지 탑승자의 하체측으로 공기가 토출되도록 토출모드를 유지시켜, 난방모드에서 냉방모드로 변경 시에, 상기 전열히터(3)의 냉각속도를 보상하는 제어부(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부(10)는,
   상기 전열히터(3)를 통과한 공기온도가 기준온도 이하로 낮아지면, 탑승자의 하체측으로 공기를 토출시키는 토출모드를 탑승자의 상체측으로 공기를 토출시키는 토출모드로 전환시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부(10)는,
   상기 전열히터(3)에 공급되는 전원을 조절하여 차 실내로 공급되는 공기의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제어부(10)는,
   듀티비를 변환시켜 상기 전열히터(3)의 발열량이 제어되도록 하는 PWM 방식인 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공조장치.

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